紅外技術(shù)論文

1、紅外技術(shù)班級：通信111501姓名：郭曉茹 韋曉璐 宋夢灑 伍琴 劉瑤日期：2014年9月15日 紅外技術(shù)一、紅外線概述1672年，牛頓使用分光棱鏡把太陽光（白光）分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各色單色光，證實了太陽光（白光）是由各種顏色的光復合而成。1800年，英國物理學家F. W. 赫歇爾從熱的觀點來研究各種色光時，偶然發(fā)現(xiàn)放在光帶紅光外的一支溫度計，比其他色光溫度的指示數(shù)值高。經(jīng)過反復試驗，這個所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布:太陽發(fā)出的輻射中除可見光線外，還有一種人眼看不見的“熱線”，這種看不見的“熱線”位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。二、紅外發(fā)展史紅外

2、技術(shù)發(fā)展的先導是紅外探測器的發(fā)展。1800年，F(xiàn)·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時使用的是水銀溫度計，這是最原始的熱敏型紅外探測器。1830年以后，相繼研制出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計等。在1940年以前，研制成的紅外探測器主要是熱敏型探測器。19世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器，認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質(zhì)，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)并可以測量。20世紀初開始，測量了大量的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價值。30年代，首次出現(xiàn)紅外光

3、譜代，以后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。40年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)牢靠。50年代，半導體物理學的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60年初期，對于13、35和813微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在同一時期內(nèi)，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù)在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用。60年代中葉起，紅外探測器和系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)了紅外技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。1.在114微米范圍內(nèi)的探測器已從單元發(fā)展到多元，從多元發(fā)展到焦平面陣列。2.紅外探測器的工作波段從近紅外擴展到遠紅外

4、。3.輕小型化。非致冷、集成式、大面陣紅外探測器方向發(fā)展。4.紅外探測系統(tǒng)從單波段向多波段發(fā)展。60年代激光的出現(xiàn)極大地影響了紅外技術(shù)的發(fā)展，很多重要的激光器件都在紅外波段，其相干性便于移用電子技術(shù)中的外差接收技術(shù)，使雷達和通信都可以在紅外波段實現(xiàn)，并可獲得更高的分辨率和更大的信息容量。由于這類應用的需要，促使出現(xiàn)新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術(shù)向更先進的方向發(fā)展。三、紅外基本特征1.紅外線是波長介于微波與可見光之間的電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)，波長在770納米至1毫米之間，在光譜上位于紅色光外側(cè)。2.所有高于絕對零度（-273.15）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理

5、學稱之為熱射線。3.穿透云霧能力比可見光強（1）利用紅外線觀測低空水蒸氣含量進行天氣預報；（2）晴天利用紅外線觀測大氣CO含量，估計溫室效應；（3）晴天利用紅外線觀測大氣污染的情況。（4）紅外線具有很強熱效應，并易于被物體吸收，通常被作為熱源。俗稱紅外光紅外線劃分紅外線可分為：近紅外線（7002000nm）、中紅外線（30005000nm）、遠紅外線（800014000nm）。紅外線還有一些與可見光不一樣的獨有特性:1.紅外線對人的眼睛不敏感，所以必須用對紅外線敏感的紅外探測器才能接收到。2.紅外線的熱效應比可見光要強得多。3.紅外線的光量子能量比可見光的小，例如10m波長的紅外光子的能量大約

6、是可見光光子能量的1/20。4.紅外線更易被物質(zhì)所吸收，但對于薄霧來說，長波紅外線更容易通過。四、紅外技術(shù)的應用1、紅外光譜儀紅外光譜儀是利用物質(zhì)對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進行分子結(jié)構(gòu)和化學組成分析的儀器。兩種類型 色散型 干涉型（傅立葉變換紅外光譜儀）傅立葉變換紅外光譜儀目前廣泛使用，下面對其進行詳細說明紅外光譜儀原理圖傅立葉變換紅外光譜儀被稱為第三代紅外光譜儀，利用麥克爾遜干涉儀將兩束光程差按一定速度變化的復色紅外光相互干涉，形成干涉光，再與樣品作用。探測器將得到的干涉信號送入到計算機進行傅立葉變化的數(shù)學處理，把干涉圖還原成光譜圖。紅外光譜儀特點1.只需三個分束器即可覆蓋從紫外到遠紅

7、外的區(qū)段。2.專利干涉儀，連續(xù)動態(tài)調(diào)整，穩(wěn)定性極高。3.可實現(xiàn)LC/FTIR、TGA/FTIR、GC/FTIR等技術(shù)聯(lián)用。4.智能附件即插即用，自動識別，儀器參數(shù)自動調(diào)整。5.光學臺一體化設(shè)計，主部件對針定位，無需調(diào)整。紅外光譜儀應用領(lǐng)域1.進行化合物的鑒定 進行未知化合物的結(jié)構(gòu)分析。2.進行化合物的定量分析 進行化學反應動力學、晶變、相變、材料拉伸與結(jié)構(gòu)的瞬變關(guān)系研究。3.工業(yè)流程與大氣污染的連續(xù)檢測，在煤炭行業(yè)對游離二氧化硅的監(jiān)測。4.衛(wèi)生檢疫，制藥，食品，環(huán)保，公安，石油， 化工，光學鍍膜，光通信，材料科學等諸多領(lǐng)域珠寶行業(yè)的檢測。5.水晶石英羥基的測量 聚合物的成分分析 藥物分析。2、

8、紅外測溫儀 紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。 其測溫原理是將物體（如鋼水）發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體（如鋼水）本身的溫度相對應，根據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號大小，可以確定物體（如鋼水）的溫度。紅外測溫儀分類人用紅外線測溫儀紅外線人體體溫監(jiān)測儀適用于人流量大的公共場合快速監(jiān)測人體體表溫度的專業(yè)儀器。具有非接觸式測溫、準確度高、測量速度快、超溫語音報警等優(yōu)點。 出入境口岸、港口、機場、碼頭、車站、機關(guān)、學校、影劇院等場合。工業(yè)紅外測溫儀 工業(yè)紅外測溫儀測量物體的表面溫度，其光傳感器輻射、反射并傳輸能量，然后能量由探頭進行收集、聚焦

9、，再由其它的電路將信息轉(zhuǎn)化為讀數(shù)顯示在機上，本機配備的激光燈更有效對準被測物及提高物體精度。檢測、火檢、船舶、噴漆、墨水、石油化工、機械制造業(yè)等各種工業(yè)物體領(lǐng)域應用 。雙色紅外測溫雙色紅外測溫儀即測量物體在兩個不同光譜范圍內(nèi)發(fā)出的紅外輻射亮度并由這兩個輻射亮度之比推斷物體的溫度，稱為雙色測溫儀。 雙色紅外測溫儀應用領(lǐng)域很廣，特別是在鋼鐵工業(yè)、金屬熱處理、金屬加工和鑄造等方面。選擇紅外測溫儀（1）性能指標方面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、窗口、顯示和輸出、響應時間、保護附件等；（2）環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護附件等；（3）其他選擇方面，如使用方便、維修和

10、校準性能以及價格等，也對測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。在選擇測溫儀型號時應首先確定測量要求，如被測目標溫度，被測目標大小，測量距離，被測目標材料，目標所處環(huán)境，響應速度，測量精度，用便攜式還是在線式等等；1、確定測溫范圍確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。有些測溫儀產(chǎn)品量程可達到為-50- +3000，但這不能由一種型號的紅外測溫儀來完成。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此，用戶的被測溫度范圍一定要考慮準確、周全，既不要過窄，也不要過寬。2、確定目標尺寸紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標面積 應充滿測

11、溫儀視場。建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場，背景輻射能量就會進入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。相 反，如果目標大于測溫儀的視場，測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。3、確定距離系數(shù)（光學分辨率）距離系數(shù)由D：S之比確定，即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率的測溫儀。光學分辨率越高，即增大D：S比值，測溫儀的成本也越高。4、確定波長范圍目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長對于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。在高溫區(qū)，測量 金屬材

12、料的最佳波長是近紅外，可選用0.81.0m。其他溫區(qū)可選用1.6m,2.2m和3.9m。由于有些材料在一定波長上是透明的，紅外能 量會穿透這些材料，對這種材料應選擇特殊的波長。5、確定響應時間響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到達最后讀數(shù)的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。6、環(huán)境條件考慮測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。當環(huán)境溫度高，存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。3、紅外熱像儀應用范圍：紅外熱像儀行業(yè)是一個發(fā)

13、展前景非常廣闊的新興高科技產(chǎn)業(yè)，也是紅外應用產(chǎn)品中市場份額最大的一塊，在軍民兩個領(lǐng)域都有廣泛的應用。紅外熱像儀在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下的衛(wèi)星、導彈、飛機等軍事武器上獲得了廣泛的應用。同時，隨著非制冷紅外熱成像技術(shù)的生產(chǎn)成本大幅度降低，該產(chǎn)品的應用已延伸到了電力、消防、工業(yè)、醫(yī)療、安防等國民經(jīng)濟各個部門。紅外線治療的機理紅外線治療的基礎(chǔ)是溫熱效應。在紅外線照射下，組織溫度升高，毛細血管擴張，血流加快，物質(zhì)代謝增強，組織細胞活力及再生能力提高 ，具體來說對人體有以下作用：（1）、激活生物大分子的活性。在紅外光子，特別是2-6微米紅外光子的作用下，使生物體的分子能級被激發(fā)而處于較高振動能級，這便激活了核酸蛋

14、白質(zhì)等生物大分子的活性，從而發(fā)揮了生物大分子調(diào)節(jié)機體代謝、免疫等活動的功能，有利于機體機能的恢復和平衡，達到防病、治病的目的。（2）令水分子活化，提高身體的含氧量。遠紅外線能使水分子產(chǎn)生共振，變成獨立水分子，提高身體的含氧量，細胞因而能恢復活力，提高抗病能力，延緩衰老。（3）促進和改善局部和全身的血液循環(huán)。紅外作用于皮膚后，大部分能量被皮膚所吸收，被吸收的能量轉(zhuǎn)化為熱能，引起皮溫升高，刺激皮膚內(nèi)熱感受器，使血管平滑肌松馳，血管擴張，血液循環(huán)加強。另一方面，由于熱作用，引起血管活性物質(zhì)的釋放，血管張力降低，淺小動脈、淺毛細管和淺靜脈擴張，血液循環(huán)加快，血液循環(huán)得以改善。（4）增強新陳代謝。如果人

15、體的新陳代謝發(fā)生了紊亂，引起體內(nèi)外物質(zhì)的交換失常，那么，各種疾病將會不約而至，給人體造成極大的麻煩。通過紅外的熱效應，可以增強細胞的活力，調(diào)整神經(jīng)體液機制，加強新陳代謝，使體內(nèi)外的物質(zhì)交換處于平穩(wěn)狀態(tài)。（5）提高免疫功能。經(jīng)臨床觀察，紅外確有提高機體的巨噬細胞吞噬功能，增強人體的細胞免疫和體液免疫功能，有利于人體的健康。（6）具有消炎、消腫作用。紅外線治療慢性炎癥時，改善血液循環(huán)，增加細胞的吞噬功能，消除腫脹，促進炎癥消散。紅外線可降低神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，有鎮(zhèn)痛、解除橫紋肌和平滑肌痙攣以及促進神經(jīng)功能恢復等作用。在治療慢性感染性傷口和慢性潰瘍時，改善組織營養(yǎng)，消除肉芽水腫，促進肉芽生長，加快傷口

16、愈合。（7）鎮(zhèn)痛作用。紅外的熱效應，降低了神經(jīng)末梢的興奮性；血液循環(huán)的改善，水腫的消退，減輕了神經(jīng)末梢的化學和機械刺激；紅外的熱作用，提高了痛閾，以上種種原因，均起到緩解疼痛的作用。醫(yī)學紅外熱像儀成像原理 醫(yī)用紅外熱像儀由紅外攝像頭、工作臺車、內(nèi)部黑體源、數(shù)據(jù)處理及控制電路、系統(tǒng)分析軟件，計算機主機及顯示器打印機等幾部分組成其壁本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)組成如圖所示。自然界中凡是溫度高于絕對零度(即-273)的任何物體都能產(chǎn)生紅外輻射，皆可視為紅外輻射源，人體也是一個紅外輻射源，其輻射的峰值波長為9348 m，具有很高的輻射本領(lǐng)。醫(yī)學應用中，紅外熱成像技術(shù)通過光學電子系統(tǒng)將人體輻射的遠紅外光波經(jīng)濾波聚集、調(diào)

17、制及光電轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娦盘?，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)多媒體圖像處理技術(shù)，以偽彩色熱圖形式顯示人體的溫度場。紅外熱像儀能被動接收人體的紅外輻射，并把這種輻射信息轉(zhuǎn)換成人眼能觀察到的紅外熱圖像。 在醫(yī)學上的應用熱像儀的以不同顏色代表體溫分布狀態(tài)的多元化信息的紅外圖，通過采集人體溫度變化的信息和對熱圈的分析，便可提前發(fā)現(xiàn)病變，對人體健康有預警作用對疾病的診斷有重要的早期提示作用。醫(yī)用熱像儀技術(shù)用于臨床診斷已有幾十年的歷史，現(xiàn)已可用于多種疾病的診斷。醫(yī)用熱像儀已成為診斷淺表腫瘤、血管疾病和皮膚病癥等的有效工具，在醫(yī)療學科研究中，熱像儀在醫(yī)學中的應用已成為一個專門的研究課題。下面將熱像儀在醫(yī)學上的應用： 1.乳

18、腺瘤的早期診斷2.血管疾病的診斷3.皮膚損傷病癥的診斷如對于皮膚的診斷：用熱像儀很容易查出皮膚凍傷面積，其準確性接近100%。因為凍傷部位壞死，無血供應，其溫度比周圍皮膚明顯低。此外，皮膚燒傷的熱像診斷也很有前途。熱像儀不但可準確診斷燒傷面積內(nèi)血管損壞的程度，判定燒傷度數(shù)，識別可存活皮膚面積、確定需植皮的面積，而且在治療過程中可觀察燒傷組織血運恢復情況，掌握發(fā)炎和感染情況及判斷植皮的成敗與否，以便及時采取措施，為用藥及手術(shù)提供參考。紅外技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護上的應用 在醫(yī)院中，為使患者得到更好的照料和醫(yī)學觀察研究之用，監(jiān)護系統(tǒng)是必可少的?，F(xiàn)在大部分醫(yī)院所用監(jiān)護系統(tǒng)為電視系統(tǒng)和微光監(jiān)護系統(tǒng)，它們對光線的

19、要求較高，而基于紅外熱成像技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)就不存在這一問題。紅外監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計分成兩部分：一部分置于患者病房內(nèi)，以獲取患者信息，稱之為前端；另一部分置于監(jiān)控室內(nèi)，負責將患者信息提供給監(jiān)護人員，稱之為后端；二者之間可根據(jù)情況進行有線、無線或紅外視頻傳輸。 由于紅外監(jiān)護系統(tǒng)接收的是患者身體發(fā)出的紅外信號，所以無論可見光的強、弱、有、無，系統(tǒng)都不受任何影響，能夠全天候地正常工作。特別是在夜間實施監(jiān)護時，不需要進行額外的處理，不會對患者的休息造成不良影響。4、紅外通訊技術(shù)紅外通訊技術(shù)利用紅外線來傳遞數(shù)據(jù)，是無線通訊技術(shù)的一種。紅外通信是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射

20、和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源進行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，而接收系統(tǒng)用光學裝置和紅外探測器進行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。特點: 1.保密性強，息容量大，結(jié)構(gòu)簡單，既可以是室內(nèi)使用，也可以在野外使用.2.紅外線的傳輸距離為1100CM，傳輸方向的定向角30度，點對點直線數(shù)據(jù) 傳輸。3.紅外線方式不受無線電干擾。IRDA標準IrDA1.0，又稱為SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP開發(fā)出來的一種異步的、半雙工的紅外通信方式。IrDA1.0的最高通訊速率只有115.2Kbps，適應于串行端口的速率。IrDA1.1標準，即Fast InfraRed，簡稱為FIR。FIR采用了全新的4PPM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其最高通訊速率達到4Mbps。繼IRDA1.1之后，IRDA又發(fā)布了通訊速率高達16Mbps的VFIR技術(shù)(Very Fast InfraRed)。不斷提高的速率使紅外線使它在短距無線通信領(lǐng)域占有一席之地，而不僅是數(shù)據(jù)線纜的