红外探测器
红外探测器原理
红外探测器原理
红外探测器是一种能够感知红外辐射的传感器，其原理基于物体的热辐射特性。
红外辐射是指波长长于可见光的电磁辐射，通常处于0.75μm至1000μm的范围内。
红外探测器主要应用于红外成像、红外测温、红外遥控以及红外安防等领域。
红外探测器的原理主要有热释电、热电偶、焦平面阵列等几种。
热释电原理是基于物质在吸收红外辐射后产生温度升高，从而产生电荷变化的
现象。
热释电探测器的工作原理是通过将红外辐射转化为热能，再将热能转化为电能，最终得到电信号。
这种原理的探测器具有快速响应、高灵敏度的特点，但需要外部电源供电。
热电偶原理是利用两种不同材料的接触产生的塞贝克效应，当其中一种材料吸
收红外辐射时，产生的热量使得两种材料的接触点产生温差，从而产生电压信号。
热电偶探测器的优点是工作稳定、寿命长，但对环境温度变化敏感。
焦平面阵列是一种集成式的红外探测器，由多个微小的红外探测单元组成，每
个单元都能够独立感知红外辐射并转化为电信号。
焦平面阵列探测器具有高分辨率、高灵敏度和多功能集成的特点，广泛应用于红外成像领域。
除了以上几种原理外，红外探测器还可以根据探测方式分为主动式和被动式。
主动式红外探测器通过发射红外辐射并测量其反射回来的信号来实现探测，常用于红外遥控和红外测距。
被动式红外探测器则是通过感知周围环境中的红外辐射来实现探测，常用于红外安防和红外监测。
总的来说，红外探测器通过感知物体的红外辐射来实现探测，其原理多种多样，应用也十分广泛。
随着科技的不断进步，红外探测器的性能将会不断提升，为各种领域的应用提供更加可靠、高效的技术支持。
红外焦平面探测器
红外焦平面探测器介绍红外焦平面探测器（Infrared Focal Plane Array Detector，以下简称IRFPA）是一种用于探测红外辐射的器件，可广泛应用于航天、军事和民用领域。
它能够实时、高效地探测并转换红外辐射能量为电信号，从而实现红外图像的获取和处理。
工作原理IRFPA的工作原理基于红外辐射与物体表面的相互作用。
当红外辐射照射在IRFPA上时，它会导致IRFPA内的感光元件产生电子-空穴对。
感光元件通常由半导体材料制成，如硒化铟（InSb）、硫化镉汞（CdHgTe）等。
这些电子-空穴对随后在感光元件中分离并转换为电信号。
IRFPA的关键组件是焦平面阵列（Focal Plane Array，以下简称FPA），它由大量排列成矩阵的感光元件组成。
每个感光元件都对应于焦平面上的一个像素，因而整个FPA可以同时探测多个红外像素。
这些像素的信号经过放大和处理后，可以生成红外图像。
型号和特性IRFPA的型号和特性各不相同，取决于其应用领域和需求。
以下是一些常见的IRFPA型号和相应的特性：1.分辨率：IRFPA的分辨率指的是其能够探测到的最小单位像素数量。
一般而言，分辨率越高，探测到的红外图像越清晰。
常见的分辨率有320x240、640x480等。
2.帧率：IRFPA的帧率是指其每秒能够获取和处理的红外图像数量。
较高的帧率可以捕捉到快速移动的物体，对于一些动态场景非常重要。
3.波段范围：不同的IRFPA可以探测不同波长范围的红外辐射，如近红外（NIR），短波红外（SWIR），中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）。
选择适当波段范围的IRFPA取决于具体的应用需求。
4.灵敏度：IRFPA的灵敏度是指其能够探测到的最小红外辐射强度。
较高的灵敏度意味着IRFPA可以探测到较微弱的红外辐射，对于一些低信噪比场景非常重要。
应用领域IRFPA在多个领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.热成像：IRFPA可以通过探测物体表面的红外辐射，用于热成像和温度分布检测。
红外探测器是什么-红外探测器的原理和使用方法
红外探测器是什么，红外探测器的原理和使用方法如今，随着社会的进步，经济的发展，越来越多人开始重视安防产品，家庭安防产品销售量开始逐年增长，红外探测器普及到越来越多的家庭，那么，什么是红外探测器的原理和使用方法？一、什么是红外探测器？红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。
红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。
要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。
一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。
现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。
这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。
二、红外探测器的原理无线红外探测器的基本原理是，将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。
红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。
要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。
一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。
在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。
然后，对电压信号进行波形分析。
于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时，才输出检测信号。
例如，在两个不同的频率范围内放大电压信号，且将被放大的信号用于鉴别由人体引起的信号。
于是，误将诸如热电元件的爆米花噪声一类噪声当作为由人体所产生而在准备加以检测乃得以防止。
三、红外探测器的使用方法而红外探测器有很多种类，不同分类的红外探测器有不同的使用方法。
1. 接近探测器：是一种当入侵者接近它时能触发报警的探测装置。
在接近探测器中，通常有一个高频率的LC震荡电路，震荡电路的LC回路通过导线连通到外部的金属部件上。
当人体靠近时，通过空间的电磁偶合，会改变LC回路的谐振频率，引起震荡频率改变，探测器的检测电路能够识别这种频率的改变而发出警示信号。
红外探测器
温差电偶和温差电堆的原理性结构如下图所示
❖ 热电偶型红外探测器的时间常数较大，所以响应时间较长， 动态特性较差，北侧辐射变化频率一般应在10HZ以下。
❖ 在实际应用中，往往将几个热偶串联起来组成热电堆来检 测红外辐射的强弱
v R(T)--电阻值 v T--温度 v A,C,D--随材料而变化的常数
v 金属热敏电阻，电阻温度 系数为正，绝对值比半导 体小，电阻与温度的关系 基本上是线性的，耐高温 能力较强，多用于温度的 模拟测量。
v 半导体热敏电阻恰恰相反， 用于辐射探测，如报警、 防火系统、热辐射体搜索 和跟踪。
v 常见的是NTC型热敏电阻.
热电偶型红外探测器
❖ 热电偶也叫温差电偶，是最早出现的一种热电探测器件， 其工作原理是热电效应。由两种不同的导体材料构成的接 点，在接点处可产生电动势。热电偶接收辐射的一端称为 热端，另一端称为冷端。
❖ 热电效应:如果把这两种不同的导体材料接成回路，当两 个接头处温度不同时，回路中即产生电流。
❖ 为提高吸收系数，在热端都装有涂黑的金箔构成热电偶的 材料，既可以是金属，也可以是半导体。在结构上既可以 是线、条状的实体，也可以是利用真空沉积技术或光刻技 术制成的薄膜
❖ 由于自由电荷中和面束缚电荷所需时间较长，大约需要数 秒钟以上，而晶体自发
❖ 极化的驰豫时间很短，约为10-12秒，因此热释电晶体可响 应快速的温度变化.
高莱气动型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测器
v 高莱气动型探测器又称高莱(Golay) 管，是高莱于1947年发明的。它 是利用气体吸收红外辐射能量后， 温度升高、体积增大的特性，来 反映红外辐射的强弱。其结构原 理如下图所示:
红外线探测器的原理及应用
红外线探测器的原理及应用原理红外线探测器是一种能够感知和测量红外辐射的装置。
其工作原理基于红外辐射对物质的相互作用。
红外辐射红外辐射是一种电磁辐射，其波长范围在可见光波长和微波波长之间。
红外辐射在宇宙中普遍存在，是物体固有的热量辐射，其强度与物体的温度息息相关。
红外线探测器的工作原理1. 热释电效应红外线探测器中最常用的原理是热释电效应。
该效应是指当物体受到红外辐射后，其温度升高，从而引起材料内部的电荷分布变化。
探测器通过测量电荷变化来判断红外辐射的存在与强度。
2. 光电效应光电效应是指当光照射到特定的材料表面时，材料中的电子被从原子中解离出来，形成电流。
某些红外线探测器利用这一原理工作，通过测量光电效应引起的电流变化，来实现红外辐射的探测。
3. 热敏电阻原理红外线探测器还可以基于热敏电阻原理工作。
在材料受到红外辐射时，其温度发生变化，从而引起电阻值的改变。
探测器通过测量电阻值的变化来识别红外辐射的存在和强度。
应用红外线探测器广泛应用于各种领域，具有许多重要的应用。
安防领域红外线探测器在安防领域中被广泛应用。
通过红外辐射的检测，可以实现对周围环境的监控。
红外线探测器可以用于入侵报警系统，当有人或动物进入被监控区域时，探测器能够及时发出警报。
此外，红外线探测器还可以用于火灾报警系统，及早发现潜在的火灾危险。
工业自动化在工业自动化领域，红外线探测器也发挥着重要作用。
通过探测红外辐射的强度和变化，可以监测设备和机器的温度，及时发现异常情况。
红外线探测器还可以用于控制系统，实现对温度、湿度等参数的监测和控制，提高生产效率和产品质量。
医疗领域在医疗领域，红外线探测器被广泛用于医疗设备和仪器中。
例如，红外线探测器可以用于体温计，测量人体的体温。
此外，红外线探测器还可以用于热成像设备，对人体或物体进行非接触式的温度测量和图像显示。
环境监测红外线探测器还可以应用于环境监测领域。
通过测量环境中的红外辐射，可以对大气温度、湿度、空气质量等参数进行监测。
红外探测器的操作方法
红外探测器的操作方法红外探测器是一种能够感应红外辐射并将其转化成可见光或电信号的仪器。
它常用于安防领域、温度测量、红外成像和通信等应用中。
下面将详细介绍红外探测器的操作方法。
1. 检查设备在开始操作红外探测器之前，需要先检查设备是否完好无损。
确保红外探测器的电源正常接通，连接端口没有松动或损坏。
2. 设置工作模式根据实际需要，设置红外探测器的工作模式。
通常有以下几种模式可供选择：单脉冲检测模式、双脉冲检测模式、宽带检测模式等。
根据应用需求选择合适的模式可以提高探测器的灵敏度和性能。
3. 调节灵敏度根据环境条件和需要，调节红外探测器的灵敏度。
一般情况下，灵敏度调节旋钮可用于设定红外探测器对红外辐射的感应范围。
根据需要，适当调节灵敏度可以提高探测效果。
4. 定位红外源在使用红外探测器之前，需要确定感兴趣的红外辐射源的方向和位置。
可以通过肉眼观察或使用其他辅助设备进行定位，以确保红外探测器能够准确捕捉到红外辐射。
5. 启动红外探测器在调整好红外探测器的各项参数后，将其启动。
通常通过按下电源开关或相应控制按钮来完成启动操作。
一些高级红外探测器还可以通过遥控器进行操作。
6. 检测红外辐射一旦红外探测器启动，它将开始检测其感兴趣区域内的红外辐射。
根据探测器的工作模式和灵敏度设置，它将捕获红外辐射并将其转化成可见光或电信号进行显示或记录。
7. 红外成像对于可见光以外的红外辐射，一些红外探测器还可以进行红外成像。
通过使用红外阵列探测器和图像处理技术，可以将红外辐射转化为热图或红外图像，以便于人们观察、分析和记录。
8. 数据处理与输出在红外探测器进行红外辐射检测后，一些先进的探测器还可以对数据进行处理和分析。
它们可以测量辐射强度、温度、频率等参数，并将结果通过显示屏或输出端口进行显示、记录或传输。
9. 关闭红外探测器在使用完红外探测器后，需要及时关闭它以节约能源和延长设备使用寿命。
通常通过按下电源开关或相应的控制按钮来完成关闭操作。
红外探测器原理
红外探测器原理
红外探测器原理是基于红外辐射的特性。
红外辐射是一种在光谱中长波段的电磁辐射，对于人眼来说是不可见的。
红外探测器利用一种特殊的材料，被称为红外探测传感材料。
这种材料能够吸收红外辐射并转变为电信号。
当红外辐射照射到探测器上时，探测器内部的红外探测传感材料会吸收辐射能量并导致材料内部的电荷分布发生变化。
探测器内部还包含一个电路，用于测量和放大红外探测传感材料中由辐射能量引起的电荷变化。
这样，探测器就可以将红外辐射转化为电信号，从而进行信号处理和分析。
通常，探测器还配备了滤光片，用于选择特定波长的红外辐射，以增强探测器的准确性和灵敏度。
红外探测器的工作原理可归纳为以下几个步骤：辐射能量被红外探测传感材料吸收后，产生电荷变化；电荷变化被探测器内部的电路接收并放大；放大后的电信号经过信号处理和分析，可以得到关于红外辐射的信息。
红外探测器广泛应用于安防监控、火灾报警、人体检测、无人驾驶等领域。
通过感知红外辐射，探测器能够实时准确地识别和监测目标物体，具有很高的应用价值。
红外探测器工作原理
红外探测器工作原理
红外探测器是一种能够探测红外辐射的装置，主要原理基于物体发出的红外辐射与红外探测器的相互作用。
红外辐射是指波长范围在0.75-1000微米之间的电磁辐射，对应于频率范围在300-400 THz之间。
红外探测器常用的工作原理包括热电偶、热电阻、半导体等。
下面将分别介绍这些工作原理：
1. 热电偶原理：热电偶是由两种不同材料的导线接触形成的，它们之间存在热电效应。
当其中一侧受到红外辐射时，它的温度会升高，从而在热电偶的两端产生温差，进而产生电压差。
这个电压差可以用来检测红外辐射的强度。
2. 热电阻原理：热电阻器材料的电阻值随温度的变化而变化。
红外辐射会使热电阻器材料的温度升高，从而导致其电阻值发生变化。
测量热电阻器的电阻值变化，可以间接检测红外辐射的存在。
3. 半导体原理：半导体材料对红外辐射具有很好的吸收能力。
在半导体红外探测器中，人们常用的是InSb（砷化铟）、HgCdTe（汞镉铟）、Si（硅）等材料。
这些材料的能带结构使得它们能够吸收红外辐射而产生电荷载流子。
通过测量电荷载流子的变化，可以检测红外辐射的存在。
总之，红外探测器的工作原理是基于物体发出的红外辐射与红
外探测器的相互作用。
不同的原理适用于不同的应用场景，但都能够实现红外辐射的探测和测量。
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只在较宽波段范围内接受总辐射能的大部分辐射能量
根据史蒂芬-玻尔兹曼定律
M T 0 ε λ C 1 λ 5 [e C 2 x /λ)- p T 1 1 d ( λ ] ε σ T 4
物体表面的辐射功率不仅决定于温度T 还依赖于物体表面的发射率ε
不同物体发射率差异很大 不能只通过单一测量辐射出射度来测量温度。
如果移动光学系统或探测器，使它在像平面上扫描, 则可得到像平面上辐射分布的按时间顺序排列的“图 像” ,它正好对应于物面的辐射分布
三、成像探测器
成像探测器
由无数个单元探测器构成
两类探测器的关键差别是
观测时间不同 成像探测器对整个像不间断地响应,而单元探测器则必 须依次探测各个像素,由此可将多个单元探测器按线阵 或面阵的结构组合成多元列阵成像探测器.
二、 光子探测器
红外光子探测器 利用入射光子流与探测材料中电子之间直接相互作
用，从而改变电子能量状态，引起各种电学现象称为光子 效应。
根据引起光子效应的大小可以测量被吸收的光子数。 并依据所产生的不同电学现象，可制成各种光子探测器 。
二、 光子探测器
光子探测器几种类型： (1) 光电子发射探测器 (2) 光电导探测器 (3) 光-伏探测器 (4) 光磁电探测器
三、成像探测器
3. 红外电荷藕合器件（CCD):
以金属-氧化物-半导体技术为基础 以少数载流子作为信息代表存储于MOS电容器的反型 层中，并通过电极下势阱进行传输。 主要用于成像、存贮和模拟延迟等方面
第二节 红外热像仪
一、医用红外热像仪的原理 二、医用红外热像仪的性能与参数 三、红外热像仪的特点与临床应用
可知测温仪接收到的辐射出射度只与温度有关
取λ为单位波长 在 λT<<C2 时 M λελC 1λ 5[eC x2/λ p)T ( 1 ]
一、医用红外热像仪的原理
2.单色测温原理
用黑体标定 温度TBB 的黑体辐射能量应等于温度T 的目标辐射能量
ελC 1λ5[ex C 2/p λ(T ) ]1= C 1λ 5[ex C 2/p λb ( T ) ]1
第十章 红外线成像与热断层成像
红外线成像
红 外目 辐标
射
探 测 红 外 线
红外线成像 热断层成像
第十章 红外线成像与热断层成像
第一节 红外探测器 第二节 红外热像仪 第三节 热断层成像
第一节 红外探测器
一、热探测器 二、光子探测器 三、成像探测器
第一节 红外探测器
红外辐射能
红外探测器 转变
电能（探测器） 电压、电流等（传感器）
近红外探测器 按响应波长范围 中红外探测器
远红外探测器 单元探测器 按结构和用途 多元列阵探测器 成像探测器
一、热探测器
根据入射辐射的热效应引起探测材料某一物理性质变化而工作 探测材料因吸收入射红外辐射
温度升高
产生温差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化 或者气体体积与压强变化等
测量这些物理性质的变化就能够测量被吸收的红外辐射功率
hνhcλ/
二、 光子探测器
与热探测器不同，光子探测器是探测光子数的吸收速 率，探测器的响应正比于单位时间吸收的光子数。而且， 欲使材料中的电子从体内逸出，或从束缚态激发到自由导
电状态，吸收的光子能量 hνhcλ必/ 须超过某一确定值。
三、成像探测器
单元探测器 对景物依次扫描时能形成图像,将单元探测器置于景物 的像平面上,仪的原理
2.单色测温原理 通过测量目标在某一辐射光谱波段内的辐射功率来确定目标温 度，所得到的是物体的亮温度
亮温度定义 ελMλT Mλ1 T
即物体的亮度是在某一特征波长物体与温度为T的黑体光谱辐
射出射度相等 ，如目标的光谱发射率 ε λ 已知
从 M λλ λ Δε λ λ C 1 λ 5 [eC x 2 /λp )T -1 ( 1 d ] λ
从F.W.赫歇尔发现红外线时使用的涂黑灵敏温度计开始， 随着固体物理学及半导体物理与器件的发展，根据红外辐射 与物质相互作用时产生的各种次级效应，到目前已研制出多 种结构新颖、灵敏度高、响应快的红外探测器。
第一节 红外探测器
红外探测分类 ： 低温探测器(需液态He 、Ne 、N2致冷)
按工作温度分 中温探测器(工作温度在195～200K热电致冷) 室温探测器
三、成像探测器
按其工作原理可分成下列几种类型： 1.热释电摄像管
不同温度分布 产生不同表面电荷分布
特殊热电材料靶面 形成由图像产生电荷分布 扫描电子束读出
三、成像探测器
2.光电子发射型成像探测器: 利用光阴极的外光电效应制成的成像器件。
两种使用较广的成像探测器： (1) 变像管 将红外图像变为可见光图像 (2) 热像管（光热离子变像管） 根据光电子发射随温度的变化而制成的热敏成像器件
于是得
T/TλbT lnελ/(C 2)
测试波长选的越短由发射率引起的误差就越小
一、热探测器
热探测器是依据辐射产生的热效应来测量入射辐射能量 的吸收速率。或者说，热探测器的响应只依赖于吸收的辐射 功率，与辐射的光谱分布无关。
原则上讲，热探测器是一类无选择性的探测器。热探测 器的响应时间较长（一般为几毫秒或更长些）。
一、热探测器
热探测器几种类型： (1) 测辐射温差热电偶和热电堆 (2) 金属和半导体热敏电阻热辐射探测器 (3) 热释电探测器 (4) 气动红外辐射探测器
一、医用红外热像仪的原理
1.全辐射测温原理 通过黑体定标
设黑体的温度为 T b 所对应的辐射出射度为 MbT σTb4
若两者的接受辐射出射度相同，应有如下关系：
M Tεσ T4M b Tσ T b 4
T Tb 4ε
所得到的温度称为物体的辐射温度 因发射率 ε< 1 故辐射温度总低于真实温度 发射率越小 辐射温度与真实温度相差越大
一、医用红外热像仪的原理
目标的本身和背景之间的红外线差 形成 热红外线形成的图像称为热像图
红外图像
目标的热像图与目标的可见光图像不同
不是人眼所能看到的目标可见光图像 而是目标表面温度分布图像
表面温度分布
转变
（不能直接看到）
热像图 （可以看到）
一、医用红外热像仪的原理
1.全辐射测温原理 通过收集目标发出的整个光谱范围内的全部辐射能