传感器原理及其应用第10章红外传感器.doc

传感器原理及其应用第10章红外传感器.doc第力章壮外传竄器
Infrared sensors
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绪论
红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外 辐射(红外线)是一种人眼看不见的光线，波长范围大致在 0. 76~100ym。任何温度高于热力学零度(-273. 15°C)的物体 都会辐射红外线。
与其他探测技术相比,红外探测技术有如下主要优点：
环境适应性好，在夜间和恶劣气象条件下的工作能力优于 可见光；
被动式工作，隐蔽性好，不易被干扰；
⑶ 靠目标和背景之间各部分的温度和发射率形成的红外辐射 差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光； ⑷ 红外系统的体积小、质量轻、功耗低。
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广 泛应用。军事领域的应用主要包括：
侦查、損索和预警；
探测和跟踪；
全天候前视和夜视；
武器瞄准；
红外制导导弹；
⑹红外成像相机；
(7)水下探潜、探雷技术。
在民用工程领域的应用主要是：
⑴ 在气象预报、地貌学、环境监测、遥感资源调查等领域的 应用；
在地下矿井测温和测气中的应用；
、石化以及医疗和森林火灾顶扌艮 中的应用。
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红外辐射的基本知识
红外辐射
任何物体，只要它的温度高于热力学零度(-273. 15 °C)时，就 会向外辐射能量，故称为热辐射，又称为红外辐射或俗称红外线。 它是一种人眼看不见的光线，但实际上它与其他任何光线一样， 也是一种客观存在的物质。在电磁辐射波谱中，红外线是位于可 见光中红色光以外的光线，~100呵，对应 的频車大致在4 X 1014 ~ 3 x ion Hz之间。
红外线与可见光一样，也具有反射、折射、散射、 等特性，它在真空中的传播速度为光速，即c =3xl08m/so
在红外技术中，一般将红外辐射分为4个区域：波长在0・76~
3 pm为近红外区；波长在3讪n 为中红外区；波长在6|nrn20 为中远红外区；波长在20-lQto 为远红外区。
红外辐射在大气中传播时， ，使辐射能在 传输过程中逐渐衰减。但红外辐射在通过大气层时，在以下3个 波段区间：2 ~ 2. 6 pm、3~5pm、8~14pm,大气对红外线几 乎不吸收，故称之为“大气窗口”。这3个大气窗口对红外技术 应用特别重要，红外仪器都工作在这3个窗口之内。

辐射能0
以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。单位为焦 耳(J)。
辐射能通量0
单位时间内发射、传输或接收的辐射能称为辐射能通量，其单 位为瓦特(W): 0=dQ

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3）辐射强度/
点辐射源向各个方向发出辐射，在某一方向，在单位立体角内 发出的辐射能通量为，则辐射强度z为
1 = ^- 单位：瓦/球面度（W/Sr） o
dQ
4）辐射出射度〃
d<P
~6S
单位：瓦/米2（W血）。
指辐射源单位发射面积发出的辐射能通量，即
5）辐射亮度Z和光谱辐射亮度乙
为了表征具有有限尺寸辐射源辐射能通量的空间发布，釆用辐射 亮度这样一个辐射量。
单位：瓦/ （球面度•米2） [W/ （Sr • m2）]。
辐射亮度实际上是包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光谱 中某一波长的辐射能量，则称为在此波长下的光谱辐射亮度乙。
对于朗伯特辐射体（也称余弦辐射体），其在各个方向的辐射亮 度都相等，且有实际辐射物体一般都可以看作朗伯 特辐射箱。
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10. 、白体和透明体
nn

当物体接收到辐射能以后，根据物体本身的 性质， 现象，如图所示，有
—+-^-+ —= « + T+ p = \
Q Q Q
式中：a为吸收率，表示吸收的能量所占的比率；&为透射率， 表示透射的能量所占的比率；Q为反射率，表示反射的能量所 占的比率。
2.
黑体
当QJQ=a=l时，贝U曰），0=0。这说明照射到物体上的辐射 能全部被吸收，既无反射也无透射，具有这种性质的物体称