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红外热成像基础知识

2022-12-06分类:电力资讯 / 电力科技来源:
【CPEM全国电力设备管理网】

   1800年英国天文学家威廉姆·赫胥尔发现了红外线。由于太阳光是由各种颜色的光谱组成,并且是一种热量来源,赫胥尔想了解哪一种颜色的光是产生热量的原因。他设计了一个巧妙的实验。

他将直射的太阳光穿过一个玻璃棱镜,生成光谱,然后用温度计测量每种颜色的温度。赫胥尔发现从紫色到红色的光谱波段,温度会逐渐升高,而且在红色光谱以上的区域竟然是所有光谱中温度最高的一部分。这部分区域由于其热量辐射,是无法被人类肉眼探测到的,属于不可见光区域。赫胥尔将这种不可见辐射命名为发热的射线。现在我们将其称之为红外辐射。

就是这个拿着三棱镜的老大爷发现了红外线

红外辐射

        自然界中的一切温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体,每时每刻都辐射红外线。红外辐射的物理本质是热辐射,也是一种电磁波。红外线是从物质内部发射出来,产生红外线的根源是:物质内部分子热运动。自然界任何物体都会向外辐射红外线。

       红外辐射(红外线)通常指波长从0.78至1000μm的电磁波,红外波段的短波端与可见光红光部分相邻,长波端与微波相接。红外与电磁频谱的其他波段一样以光速传播,遵守同样的反射、折射、衍射和偏振等定律,只是波长、频率不同而已。因此红外成像的原理同可见光的照相机、摄影机完全一样!


比辐射率:定义为辐射源的辐射出射度与具有同一温度的黑体的辐射出射度之比。

常用材料比辐射率:

不同物体的峰值波长

红外热成像的应用

红外热成像是利用:目标和背景或目标各部分之间的温度差或辐射差异形成的红外辐射特征图像来发现和识别目标。


温度测量和故障检测:根据红外辐射与温度的对应关系实现温度测量。


不受黑夜的限制:红外辐射不受可见光影响,夜晚依然存在,能够24小时工作。


全被动观察:被动接受目标辐射的红外线,其本身并不向外辐射电磁波,不易被对方发现和干扰。


恶劣的天气下工作:热成像工作波长比可见光长,所以透烟雾、尘埃、雨的能力比可见光强,并可透过战场环境的烟幕而看清目标。


在复杂环境中发现目标,识破伪装:热成像所获的是目标与背景的温差及辐射率差的图像,一般的伪装无法影响目标的热辐射强度及分布。因此,对热成像来说,目标的伪装是非常困难的。  

作用距离远:很多目标是良好的热辐射源,所以作用距离要比可见光远,可以在夜间探测几公里到几百公里处的飞机、舰船。


红外的大气窗口

红外的波段从0.78μm-1000μm,但由于大气对红外的吸收很强烈,只有三个波段的红外能透过大气。

 以下三个波段又称为红外的三个大气窗口

红外的大气透过率曲线


短波红外相机

       可广泛应用于夜视、侦察监视、遥感、红外成像制导、光电对抗、光谱学、无损检测、天文学、交通、医疗等领域。

短波红外特点

可见、红外的无缝隙探测,丰富的光谱信息

工作温度高,寿命长

成像画面人眼观感舒适度强

低背景下的高温目标信号对比大


中波红外相机

应用最广泛的红外探测波段,包括各类导引头、光电吊舱、舰载热像仪、红外瞄具等。

以InSb锑化铟和  MCT碲镉汞探测器为主

适用于小像元大规模面阵

更高的工作温度


长波红外相机

主要应用在红外测温,夜视监控,夜视望远镜,枪瞄,空地导弹、红外预警等。

8~14μm窗口是地表目标热成像的主要区域

穿透烟雾的能力强,适应复杂使用环境

适合于高性能远距离目标探测

具备探测低温物体的能力



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