第一章 红外辐射0
第一部分红外辐射传感器教学课件
第9 章 辐射式传感器
热释电效应：电石、水晶、酒石酸钾钠、钛酸钡等晶体 受热产生温度变化时，其原子排列将发生变化，晶体自 然极化，在其两表面产生电荷的现象称为热释电效应。
用此效应制成的“铁电体”，其极化强度（单位面 积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化 的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强 度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所 以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片 相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号 的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的 红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压响应率正 比于入射光辐射率变化的速率。
吸收衰减：由于介质粘滞性，使超声波在介质中 传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分声能转换 为热能，通过热传导进行热交换，导致声能的损耗。
第9 章 辐射式传感器
（3）超声波的波型转换
scL insciL 1n 1sciS 1n 2scL i2 nscS i2 n
: 入射角
、
1
：纵波与横波的反射角
第二节 超声波传感器
超声波：高于2×104 Hz的机械波
次声波
声波
音乐 语言
超声波
微波
0.25×106
20×106
探测
101 102 103 104 105 106 107 f/Hz
第9 章 辐射式传感器
一、 超声波的波型及其传播速度 1、超声波波型 ① 纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波，
U0
P
:响应U 率 0 ：； 输出 ; P:电 红压 外辐
（2）响应波长范围 红外探测器响应率与入射辐射的波长的关系。
第9 章 辐射式传感器
红外辐射原理
红外辐射原理
红外辐射是一种电磁辐射，波长长于可见光，但短于微波。
红外线是一种无形的能量，我们肉眼无法看到它，但它在我们的日常生活中发挥着重要作用。
红外辐射原理是指物体在温度不为零时会发出红外辐射，这种辐射能够被红外传感器捕捉到并转化为热像图像。
本文将详细介绍红外辐射的原理及其在各个领域的应用。
首先，红外辐射的产生是由物体的温度决定的。
根据普朗克辐射定律，温度越高的物体会发出更多的红外辐射。
这就是为什么我们可以利用红外辐射来测量物体的温度。
红外测温仪就是利用了这个原理，通过探测物体发出的红外辐射来计算物体的温度，广泛应用于工业生产、医疗保健等领域。
其次，红外辐射在红外夜视、红外热像等领域也有着重要的应用。
红外夜视仪利用物体发出的红外辐射来形成夜视图像，使我们能够在夜晚看清楚周围的环境。
而红外热像仪则是利用物体发出的红外辐射与周围环境的温度差异来显示物体的热分布情况，广泛应用于建筑检测、电力维护等领域。
另外，红外辐射还在安防监控、火灾报警等领域发挥着重要作
用。
红外感应器可以探测物体发出的红外辐射，当有人或物体进入感应范围时，感应器会发出信号，从而实现对区域的安全监控。
在火灾报警系统中，红外感应器也可以检测到火焰的红外辐射，及时发出警报，保护人们的生命和财产安全。
总的来说，红外辐射原理是基于物体温度的辐射特性，利用物体发出的红外辐射来实现温度测量、夜视观察、热像显示、安防监控等多种应用。
随着科技的不断发展，红外技术将会在更多领域得到应用，为人类生活带来更多便利和安全保障。
红外辐射原理
1) 18+19= 2) 29+12= 3) 14+48= 4) 35+47= 5) 39+24= 6) 46+27= 7) 69+45= 8) 46+34= 9) 9+88= 10) 12+42= 11) 57+34= 12) 37+45= 13) 42+39= 14) 37+48= 15) 56+36= 16) 47+45= 17) 18+38= 18) 42+29= 19) 41+29= 20) 76+19= 21) 28+63= 22) 39+48= 23) 50+50= 24)28+39= 25) 26+47= 26) 43+28= 27) 39+11= 28) 46+10= 29)29+38= 30) 37+47= 31) 27+63= 32) 38+25= 33) 17+28= 34) 19+71= 35) 46+31= 36) 34+36= 37) 36+28= 38) 53+19= 39) 39+28= 40) 89+8= 41) 43+36= 42)28+38= 43) 14+79= 44) 21+48= 45) 18+22= 46) 28+32= 47) 59+39= 48) 16+27= 49) 26+28= 50) 41+46=1) 90-57= 2) 89-74= 3) 88-18= 4) 59-37= 5) 58-26= 6) 74-45= 7) 99-57= 8) 81-67= 9) 99-47= 10) 42-38= 11) 68-57= 12) 74-37= 13) 74-67= 14) 80-56= 15) 62-56= 16) 92-78= 17) 17-8= 18) 84-77= 19) 92-77= 20) 18-8= 21) 76-48= 22) 90-37= 23) 99-36= 24) 40-37= 25) 96-15= 26) 67-19= 27) 72-14= 28) 93-87= 29) 91-16= 30) 36-34= 31) 66-18= 32) 61-44= 33) 64-28= 34) 60-57= 35) 92-58= 36) 67-59= 37) 63-25= 38) 42-39= 39) 93-66= 40) 78-38= 41) 43-36= 42) 79-26= 43) 92-68= 44) 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33) 10-5= 34) 40-0= 35) 90-1=36) 10-7= 37) 90-9= 38) 40-5= 39) 30-5= 40) 80-9=41) 80-2= 42) 40-1= 43) 80-2= 44) 80-1= 45) 70-9=46) 40-0= 47) 40-9= 48) 90-4= 49) 20-7= 50) 80-2=一年级两位数加一位数的（进退位）加法口算练习题（9）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 13+9= 2) 9+12= 3) 0+41= 4) 5+82= 5) 7+51=6) 67+0= 7) 7+22= 8) 3+44= 9) 0+62= 10) 95+0=11) 21+2= 12) 97+0= 13) 2+37= 14) 5+14= 15) 26+1=16) 55+7= 17) 70+8= 18) 38+5= 19) 3+35= 20) 7+72=21) 3+9= 22) 5+93= 23) 5+3= 24) 93+1= 25) 5+79=26) 2+81= 27) 75+4= 28) 5+46= 29) 7+54= 30) 49+9=31) 79+2= 32) 4+2= 33) 2+88= 34) 23+6= 35) 1+15=36) 3+20= 37) 8+26= 38) 5+0= 39) 6+56= 40) 6+42=41) 0+96= 42) 93+4= 43) 56+2= 44) 3+95= 45) 98+2=46) 1+85= 47) 1+60= 48) 0+53= 49) 5+5= 50) 8+35= 一年级两位数加一位数的（进退位）加法口算练习题（10）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 96+3= 2) 42+1= 3) 43+3= 4) 91+1= 5) 5+37=6) 90+4= 7) 2+13= 8) 78+5= 9) 1+9= 10) 8+17=11) 15+4= 12) 2+97= 13) 9+14= 14) 1+6= 15) 22+0=16) 21+0= 17) 50+1= 18) 9+91= 19) 60+8= 20) 3+76=21) 17+4= 22) 13+0= 13) 7+30= 24) 7+63= 25) 2+90=26) 6+66= 27) 32+9= 28) 82+4= 29) 1+94= 30) 4+50=31) 4+39= 32) 6+2= 33) 30+0= 34) 4+40= 35) 77+3=36) 62+5= 37) 71+5= 38) 8+61= 39) 47+2= 40) 49+9=41) 0+44= 42) 14+2= 43) 49+4= 44) 6+68= 45) 9+48=46) 2+49= 47) 9+56= 48) 3+18= 49) 84+1= 50) 89+2= 100以内两位数加减整十数的口算练习题（11）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 1+70= 2) 80+0= 3) 14+40= 4) 35+40= 5) 39+60=6) 40+27= 7) 69+10= 8) 46+40= 9) 9+50= 10) 50+42=11) 30+34= 12) 40+45= 13) 42+30= 14) 30+40= 15) 60+36=16) 20+3= 17) 18+20= 18) 42+40= 19) 41+40= 20) 20+19=21) 28+40= 22) 20+60= 23) 50+50= 24) 60+40= 25) 26+20=26) 67-10= 27) 72-10= 28) 93-80= 29) 91-10= 30) 36-30=31) 66-10= 32) 61-40= 33) 64-20= 34) 60-50= 35) 52-50=36) 67-50= 37) 63-20= 38) 42-30= 39) 93-60= 40) 78-30=41) 43-30= 42) 79-20= 43) 92-60= 44) 71-30= 45) 64-30=46) 41-20= 47) 96-40= 48) 89-40= 49) 81-40= 50) 72-20=100以内两位数加减整十数的口算练习题（12）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________16) 92-90= 17) 17-0= 18) 84-70= 19) 72-70= 20) 18-0= 21) 76-40= 22) 90-30= 23) 99-30= 24) 40-30= 25) 96-10= 26) 70+28= 27) 80+11= 28) 46+10= 29) 2+20= 30) 40+47= 31) 27+70= 32) 70+25= 33) 17+70= 34) 10+71= 35) 60+31= 36) 34+30= 37) 36+30= 38) 53+40= 39) 4+10= 40) 89+10= 41) 43+50= 42) 20+80= 43) 3+70= 44) 21+40= 45) 70+22= 46) 50+32= 47) 7+50= 48) 0+50= 49) 26+40= 50) 41+30=100以内两位数加减整十数的口算练习题（13）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 13+9= 2) 9+12= 3) 0+41= 4) 5+82= 5) 7+51=6) 67+0= 7) 7+22= 8) 3+44= 9) 0+62= 10) 95+0= 11) 21+2= 12) 97+0= 13) 2+37= 14) 5+14= 15) 26+1= 16) 55+7= 17) 70+8= 18) 38+5= 19) 3+35= 20) 7+72= 21) 3+9= 22) 5+93= 23) 5+3= 24) 93+1= 25) 5+79= 26) 62-0= 27) 57-2= 28) 28-3= 29) 36-5= 30) 81-7= 31) 61-0= 32) 86-0= 33) 70-1= 34) 5-5= 35) 97-0= 36) 2-1= 37) 8-6= 38) 87-8= 39) 38-5= 40) 24-4= 41) 78-8= 42) 74-2= 43) 37-0= 44) 77-1= 45) 80-0= 46) 67-9= 47) 42-9= 48) 35-8= 49) 87-3= 50) 17-6= 100以内两位数加减整十数的口算练习题（14）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 35-1= 2) 34-1= 3) 63-3= 4)7-5= 5) 74-9=6) 90-2= 7) 5-4= 8) 26-1= 9)44-8= 10) 77-8= 11) 3-0= 12) 79-8= 13) 19-0= 14) 96-3= 15) 9-8= 16) 37-5= 17) 52-6= 18) 20-3= 19) 17-1= 20) 53-5= 21) 91-2= 22) 75-4= 23) 84-3= 24) 75-9= 25) 61-3= 26) 2+81= 27) 75+4= 28) 5+46= 29) 7+54= 30) 49+9= 31) 79+2= 32) 4+2= 33) 2+88= 34) 23+6= 35) 1+15= 36) 3+20= 37) 8+26= 38) 5+0= 39) 6+56= 40) 6+42= 41) 0+96= 42) 93+4= 43) 56+2= 44) 3+95= 45) 98+2= 46) 1+85= 47) 1+60= 48) 0+53= 49) 5+5= 50) 8+35= 100以内两位数加减整十数的口算练习题（15）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 0+70= 2) 40+40= 3) 10+90= 4) 60+40= 5) 30+60=6) 80+20= 7) 60+10= 8) 40+30= 9) 40+50= 10) 50+40= 11) 70+30= 12) 40+40= 13) 40+30= 14) 30+40= 15) 60+30= 16) 10+20= 17) 10+20= 18) 40+40= 19) 40+40= 20) 20+10= 21) 20+80= 22) 50+40= 23) 40+40= 24) 50+30= 25) 20+10= 26) 50-10= 27) 90-70= 28) 80-80= 29) 80-10= 30) 30-20=31) 60-10= 32) 60-30= 33) 60-20= 34) 50-30= 35) 50-40=36) 60-50= 37) 60-20= 38) 30-30= 39) 90-30= 40) 70-0=41) 30-30= 42) 70-20= 43) 80-50= 44) 60-20= 45) 50-30= 46) 40-10= 47) 90-40= 48) 80-40= 49) 80-30= 50) 60-20=100以内两位数加减整十数的口算练习题（16）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________16) 50-30= 17) 60-50= 18) 30-10= 19) 10-10= 20) 50-50= 21) 90-10= 22) 70-30= 23) 80-30= 24) 40-20= 25) 80-10= 26) 70+20= 27) 20+80= 28) 90+0= 29) 10+20= 30) 40+40= 31) 20+70= 32) 70+20= 33) 30+70= 34) 10+70= 35) 60+30= 36) 30+70= 37) 70+30= 38) 50+40= 39) 30+10= 40) 80+10= 41) 40+50= 42) 10+80= 43) 20+70= 44) 20+80= 45) 70+20= 46) 50+30= 47) 30+50= 48) 40+50= 49) 20+40= 50) 40+30100以内两位数加减整十数的口算练习题（17）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 40+2= 2) 40+2= 3) 70+3= 4) 10+8= 5) 80+0=6) 3+90= 7) 10+6= 8) 30+2= 9) 50+9= 10) 9+80=11) 1+10= 12) 8+80= 13) 20+1= 14) 20+3= 15) 0+10=16) 6+40= 17) 6+50= 18) 20+4= 19) 20+2= 20) 6+60=21) 90+2= 22) 80+4= 23) 90+4= 24) 0+80= 25) 60+4=26) 60-2= 27) 30-4= 28) 40-6= 29) 80-8= 30) 60-1=31) 90-1= 32) 70-1= 33) 10-5= 34) 40-0= 35) 90-1=36) 10-7= 37) 90-9= 38) 40-5= 39) 30-5= 40) 80-9=41) 80-2= 42) 40-1= 43) 80-2= 44) 80-1= 45) 70-9=46) 40-0= 47) 40-9= 48) 90-4= 49) 20-7= 50) 80-2= 100以内两位数加减整十数的口算练习题（18）姓名：_____________ 班级：__________ 分数________1) 80-6= 2) 80-6= 3) 10-7= 4) 50-2= 5) 20-4=6) 30-7= 7) 50-0= 8) 70-6= 9) 90-3= 10) 20-3=11) 50-5= 12) 20-2= 13) 60-5= 14) 40-7= 15) 50-4=16) 80-0= 17) 60-8= 18) 60-6= 19) 10-0= 20) 30-6=21) 20-8= 22) 30-8= 23) 20-4= 24) 80-8= 25) 60-1=26) 60+1= 27) 2+60= 28) 30+4= 29) 40+6= 30) 8+80=31) 1+60= 32) 1+90= 33) 70+1= 34) 5+10= 35) 40+0=36) 90+1= 37) 10+7= 38) 9+90= 39) 40+5= 40) 30+5=41) 80+9= 42) 80+2= 43) 40+1= 44) 80+2= 45) 1+80=46) 9+70= 47) 40+0= 48) 40+9= 49) 90+4= 50) 20+7=小学一年级口算题：20以内的退位减法（1）16 - 8=（2）12 - 3 =（3）16 - 9 =（4）17 - 9 =（5）11 - 9 =（6）18 -9 =（7）11 - 5 =（8）16 - 7 =（9）13 - 6 =（10）14 - 5 =（11）15 - 8 =（12）11 - 3 =（13）12 - 7 =（14）12 - 6 =（15）13 - 9 =小学一年级口算题：两位数加整十数的加法（1）39 + 20 =（2）27 + 40 =（3）14 + 50 =（4）26 + 70 =（5）18 + 10 =（6）83 + 10 =（7）28 + 60 =（8）17 + 10 =（9）72 + 20 =（10）14 + 60 =（11）33 + 50 =（12）78 + 10 =（13）59 + 20 =（14）65 + 10 =（15）52 + 20 =小学一年级口算题：两位数加一位数的加法（1）75 + 9 =（2）40 + 3 =（3）87 + 3 =（4）89 + 8 =（5）23 + 9 =（6）15 + 6 =（7）52 + 1 =（8）17 + 2 =（9）16 + 7 =（10）45 + 4 =（11）77 + 4 =（12）11 + 3 =（13）22 + 1 =（14）26 + 5 =（15）83 + 5 =小学一年级口算题：整十数减整十数的减法（1）10 - 10 =（2）40 - 10 =（3）30 - 10 =（4）30 - 20 =（5）90 - 60 =（6）40 - 30 =（7）50 - 10 =（8）10 - 10 =（9）70 - 60 =（10）60 - 60 =（11）80 - 10 =（12）20 - 20 =（13）80 - 60 =（14）60 - 50 =（15）10 - 10 =小学一年级口算题：整十数加整十数的加法（1）80 + 10 =（2）30 + 20 =（3）40 + 40 =（4）50 + 30 =（5）60 + 10 =（6）80 + 10 =（7）40 + 30 =（8）20 + 60 =（9）20 + 20 =（10）40 + 40 =（11）60 + 10 =（12）20 + 10 =（13）60 + 20 =（14）30 + 40 =（15）50 + 10 =小学一年级口算题：整十数减一位数的减法（1）90 - 4 =（2）70 - 5 =（3）90 - 2 =（4）10 - 9 =（5）20 - 5 =（6）40 - 8 =（7）90 - 4 =（8）90 - 9 =（9）10 - 5 =（10）10 - 5 =（11）50 - 3 =（12）50 - 2 =（13）70 - 1 =（14）90 - 6 =（15）20 - 1 =小学一年级口算题：数学计算综合（1）60 + 5 - 2=（2）40 - 20 + 16=（3）53+ 8-1 =（4）16 + 3 - 8= （5）11 - 1 + 49=（6）78 – 9+1 =（7）99 + 1 -60=（8）14 + 4 - 9= （9）75 - 2 -8=（10）14 + 7 +60=（11）31 + 5-9=（12）4 + 70-7 = （13）95-5+6 =（14）78-6+9=（15）88 - 10 + 7=。
红外辐射度学基础概述
通过使用扫描仪对目标物体进行扫描，并记录每 个点的红外辐射强度。这种方法可以用于大面积 的目标物体测量。
遥感测量法
通过使用卫星或飞机搭载的红外探测器对地球表 面进行遥感测量，可以获取大面积的红外辐射数 据。
红外辐射测量的误差分析
探测器误差
01
由于探测器的响应特性、噪声和稳定性等因素，可能导致测量
详细描述
一切温度高于绝对零度的物体都会产生热辐射，其中红外辐射占据主要部分。物体的温度越高，其发射的红外辐 射的能量越大，波长越短。红外辐射在真空中传播速度与光速相同，约为3×10^8米/秒。在非真空环境中，红外 辐射可以穿透某些介质，如大气、烟雾等，传播距离受到介质特性的影响。
02 红外辐射度量学基础
红外辐射度学基础概述
目录
• 红外辐射的基本概念 • 红外辐射度量学基础 • 红外辐射的探测与测量 • 红外辐射的应用领域 • 红外辐射度学的未来发展
01 红外辐射的基本概念
红外辐射的定义
总结词
红外辐射是指波长介于可见光和微波 之间的电磁波，通常在0.75~1000μm 的波长范围内。
详细描述
红外辐射是电磁波的一种，其波长比 可见光长，比微波短。它不能被人眼 直接观察到，但可以通过特定的传感 器进行检测和测量。
大气污染监测
通过检测大气中污染物的红外光谱特征，分析污染物的种类和浓 度。
气候变化研究
利用卫星遥感技术监测地球表面温度和大气成分的红外辐射特征， 研究气候变化规律。
生物多样性保护
通过红外相机监测野生动物的活动和种群分布，为生物多样性保 护提供科学依据。
05 红外辐射度学的未来发展
新型红外探测技术的发展趋势
光子探测器
红外技术 第一章 红外辐射
– 很长一段时间内，人们主要从 事红外线的本质方面的研究以 及红外光学材料研究，随着一 些高灵敏度的探测器的出 现， 红外技术开始走向实用阶 段。
– 1835年，安培宣告了光和热射线的同一性。 – 1870年，兰利制成了面积只有针孔那样大小的探测 器，并用凹面反射光栅、岩盐及氟化物棱镜来提高 测量色散的能力，这为红外应用的重要方面——航 空摄影奠定了基础。 – 1880年，“红外”一词出现在阿贝尼的文 章中（最 早）。 – 1888年，麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了赫胥耳 的探测和测量方法，为红外技术奠定了基础。 – 1904年，开始采用近红外进行摄影。 – 1929年，苛勒发明了银氧铯（Ag-o-Cs）光阴极， 开创了红外成像器件的先河。 – 二十世纪30年代中期，荷兰、德国、美国各自独立 研制成红外变像管，红外夜视系统应用于实战。 – 1952年，美国陆军制成第一台热像记录仪。
红外技术
• 红外技术是光电子学的重要组成部分， 属于光学的应用分支。 • 红外技术课是一门培养学生掌握红外基 本理论和相关的红外探测技术的应用基 础课。
1
本课程内容
• 本课程分九章：
– 一、红外辐射
• 红外辐射的基本概念，辐射物理量和光谱辐射量，基尔霍 夫定律，黑体和普朗克公式，斯蒂芬—玻尔兹曼定律和维 恩位移定律。
8
Herschel directed sunlight through a glass prism to create a spectrum - the "rainbow" created when light is divided into its colors - and measured the temperature of each color. He used three thermometers with blackened bulbs (to better absorb the heat) and placed one bulb in each color while the other two were placed beyond the spectrum as control samples. As he measured the temperatures of the violet, blue, green, yellow, orange and red light, he noticed that all of the colors had temperatures higher than the controls and that the temperature of the colors increased from the violet to the red part of the spectrum. After noticing this pattern, Herschel decided to measure the temperature just beyond the red portion of the spectrum in a region apparently devoid of sunlight. To his surprise, he found that this region had the highest temperature of all. Herschel performed further experiments on what he called the "calorific rays" that existed beyond the red part of the spectrum and found that they were reflected, refracted, absorbed and transmitted just like visible light. What Sir William had discovered was a form of light (or radiation) beyond red light. These "calorific rays" were later renamed infrared rays or infrared radiation (the prefix infra means `below'). Herschel's experiment was important not only because it led to the discovery of infrared, but also because it was the first time that someone showed that there were forms of light that we cannot see with our eyes. Herschel's original prism and mirror are on display at the National Museum of Science and Industry in London, England. 9
红外辐射及应用学习
红外辐射及应用学习红外辐射是指波长在0.75微米至1000微米之间，对人眼不可见的电磁辐射。
红外辐射广泛存在于我们日常生活中，例如太阳光、火焰、电炉、电视遥控器等。
红外辐射具有一些特点，如无需媒质传播、热量穿透力强、可以被物体吸收和辐射等。
红外辐射在许多领域中有着重要的应用。
其中，红外热像技术是红外辐射应用的一个重要方向。
红外热像技术利用物体在不同温度下辐射的红外辐射能量来获得物体的热图像，从而可以实现对物体表面温度分布的非接触快速测量。
红外热像技术广泛应用于军事、工业、医疗、环境、建筑、公共安全等诸多领域。
在军事上，红外热像技术被广泛应用于夜视仪、导弹制导、无人机探测等领域。
由于红外辐射可以穿透夜间、烟雾等恶劣环境，因此红外热像技术可以在黑暗和恶劣天气条件下提供良好的侦察和监测能力。
在工业上，红外热像技术可以用于故障诊断、预防性维护和工艺控制。
通过红外热像测量，可以及时检测到设备的异常温度分布，避免设备故障和生产事故的发生。
同时，红外热像技术还可以帮助优化工业生产过程，提高能源利用效率。
在医疗上，红外热像技术用于体温检测和医学诊断。
如今，红外热像技术已经被广泛应用于新冠疫情防控。
通过红外热像仪，可以快速测量人体的体温，并及时发现患者。
此外，红外热像技术还用于检测血液供应不足的情况，以及对于某些炎症和肿瘤的早期诊断。
在环境监测上，红外热像技术可以用于大气污染的监测和控制。
通过红外热像技术，可以快速获得建筑物、工厂和输电线路等物体的热量分布图像，以便及时发现和解决能源浪费问题。
在建筑领域，红外热像技术可以用于建筑热性能的检测和改进。
通过红外热像技术，可以直观地得到建筑物表面的热分布情况，进而判断出保温隔热系统的状况，指导改进建筑物的保温隔热效果。
同时，红外辐射还被应用于消费电子产品中的红外传感器。
这些传感器可以用于电视遥控器、智能手机、安防设备等产品中，实现对设备的远程控制和感应。
红外辐射及其应用的学习对于我们理解热能传输、探测和应用有着重要的意义。
第一章红外物理基础
造成“红外线白内障”
光电效应等
Aห้องสมุดไป่ตู้
15
1.2 电磁波谱
A
16
1.电磁波的分类
• Gamma 射线：
• X射线：
• 紫外线：
• 可见光: 0.38～0.75微米
• 红外线： 0.75～1000微米
• 微波：
• 射频：
A
17
2. 红外辐射的光谱划分
• 根据红外辐射在地球大气层中的传输特性划分：
名称
SPIE “INFRARED TECHNOLOGY AND APPLICATIONS”国际会议
A
10
主要内容
➢ 第一章 红外物理基础
➢ 第二章 红外探测器
➢ 第三章 红外探测器的参数测试
➢ 第四章 微光探测技术
➢ 第五章 制冷技术
➢ 第六章 红外与微光技术应用
A
11
第一章 红外物理基础
1.1 红外线的发现与本质
A
22
1.3 红外辐射源
1.3.1 热辐射的基本定律 1. 基尔霍夫定律(Kirchhoff’s Law)
热平衡时，必有：
T
ME
EM
（1-1）
A
其中，M是物体A的辐出度；
α是物体A的吸收率；
E是物体A上的辐照度
表述：
在热平衡条件下，物体的辐射出射度与其吸收率的比值等
于空腔中的辐射照度，这与物体的性质无关。
➢ 热成像
侦察和监视，热测绘，潜艇探测，导弹的地下发射阱、人员、车辆、武器野 营吹火以及战地营房的探测等
➢ 反射通量测量
夜间驾驶，冲锋枪的射击，入侵检测，伪装探测，基地保卫，停泊和着陆等
➢ 合作光源
红外辐射的基本定律红外辐射
1.基本定律
2
红外探测器的类型
红外传感器（也称为红外探测器）是利用红外辐射与 物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测 器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光电探测 器两大类。前者对整个红外波段均有响应，后者仅对长波段有 响应。
红外传感器一般由光 学系统、 红外敏感元件、 测量电路、信号调理电路 及显示单元等组成。
HW-4红外测温仪，量程：0～400°C,精度1.0%，分辨率： 1 °C
入射的红外光经调制盘调制成脉冲光，交 变地照射到热敏电阻R上转变成交变的电信号， 经电容c耙合到高阻变换器的选频放大器，最 后解调为直流电压，由三位半数字电压板转换 成数字信号，供LED显示被测温度。
4．5传感器的发展趋势
/ m
1 0－ 9 1 0－ 7 1 0－ 5 宇宙射线 射线 1 0－ 3 1 0－ 1 紫 可 外 见 线 光 10
/ cm
1 0－ 1 10 1 02
/m
1 03 1 04
X射线
红外线
微波
无线电波
近红外 0 3
中红外 6 9
远红外 12 15
极远红外 18 21
/ m
智能传感器按结构分 • 模块式智能传感器
集成度较高、体积较大，但比较实用
• 混合式智能传感器
将微处理器和信号处理电路制作在不同的芯片上， 是被广泛应用的智能传感器类型将传感器。
• 集成式智能传感器
将一个或多个敏感元件与微处理器、信号处理电 路集成在同一芯片上。 今后，随着传感器技术的发展，还将研制出更高 精度集成式智能传感器，它完全可以做到将检测、逻 辑＆记忆等功能集成在一块半导体芯片上。
4.4.4热释电红外传感器
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– 红外光谱
分子光谱,双原子分子的振—转光谱,多原子分子的红外 分子光谱,双原子分子的振 转光谱 转光谱, 光谱. 光谱.
– 红外线在大气中的传输
大气特性,大气吸收,大气散射. 大气特性,大气吸收,大气散射.
– 红外探测器
红外探测器分类,噪声和性能参数;光子探测器,热探测 红外探测器分类,噪声和性能参数;光子探测器, 检测微弱信号的方法. 器;检测微弱信号的方法.
– 一,辐射功率P 辐射功率
辐射功率就是单位时间内发射 传输或接收)的辐射能.单 辐射功率就是单位时间内发射(传输或接收 的辐射能 传输或接收 的辐射能. 位为: 瓦 焦耳 焦耳/秒 . 位为:[瓦](焦耳 秒). 辐射功率 的定义表示为 辐射功率P的定义表示为
P = lim(
t → 0
Q Q )= t t
– 二,辐射度M 辐射度
辐射源单位面积向半球空间(立体角为 发射的辐射功率, 辐射源单位面积向半球空间 立体角为2π)发射的辐射功率, 立体角为 发射的辐射功率 称为辐射源的辐射度.单位为: [瓦/m2]. 称为辐射源的辐射度.单位为: 瓦 . 辐射度 的定义表示为 辐射度M的定义表示为 P P
二,红外线
– 红外线也是电磁波,其波长范围从0.7微米到 微米到1000微 红外线也是电磁波,其波长范围从 微米到 微 米.
– 分为三个波段: 分为三个波段:
Near-infrared (NIR,IR-A):0.7um~1.4um , :
近红外
– 水吸收窗口,常用于光纤通讯(fiber optics 水吸收窗口,常用于光纤通讯 telecommunication)
– 光谱辐射功率 λ: 光谱辐射功率P – 光谱辐射度 λ : 光谱辐射度M – 光谱辐射强度 λ : 光谱辐射强度I – 光谱辐亮度 λ : 光谱辐亮度L – 光谱辐照度 λ : 光谱辐照度E
P Pλ = λ M Mλ = λ I Iλ = λ L Lλ = λ E Eλ = λ
[瓦um-1] 瓦
可见辐亮度与观测者所在的方位角有关. 可见辐亮度与观测者所在的方位角有关.
根据辐亮度的定义,源面上的小面积元A在θ方 根据辐亮度的定义,源面上的小面积元 在 方 向上的小立体角 内发射的辐射功率为 向上的小立体角
2 P = L cos θA
dA向半球空间(2π球面度)发射的辐射功率为 向半球空间( 球面度 球面度) 向半球空间
P = (
(2 )
∫π
L cos θ d )A
根据辐射度M的定义,有 根据辐射度M的定义,
P M= = ∫ L cos θ d A (2π )
上面给出的几个物理量(辐射度,辐射强度和辐亮度 上面给出的几个物理量 辐射度,辐射强度和辐亮度) 辐射度 都用于表征辐射源的辐射特性. 都用于表征辐射源的辐射特性.
P2 Id 2 I cos θ = 2 = E2 = A l d 1 l2
1.2.2 光谱辐射量
– 前面几个辐射量只考虑了辐射功率的空间分 布特征,并认为这些辐射量包含了波长从0 布特征,并认为这些辐射量包含了波长从 的全部辐射, 到∞ 的全部辐射,所以常把它们叫做全辐 射量. 射量. – 下面给出对辐射的光谱特征的度量. 下面给出对辐射的光谱特征的度量. – 光谱辐射量即波长单位间隔 取波长单位为 光谱辐射量即波长单位间隔(取波长单位为 um)内的辐射度量. 内的辐射度量. 内的辐射度量
M λ (T ) = α (λ , T ) Eλ (T )
– 其中 其中α(λ, T)为物体的吸收率. 为物体的吸收率. 为物体的吸收率 – 为了研究物体的辐射特性,提出了黑体的概 为了研究物体的辐射特性, 即对于理想黑体α(λ, T)=α=1 . 念,即对于理想黑体
根据辐射强度I的定义, 根据辐射强度 的定义,有 的定义
I = dP / d = L cos θA
根据M=πL,则有 , 根据
I=
M
π
cos θA = I 0 cos θ
(朗伯定律的另 朗伯定律的另 一形式) 一形式
– 四,理想漫反射体辐亮度与辐照度的关系
理想漫反射体将辐射到它上面的辐射功率无ห้องสมุดไป่ตู้收 和无透射地反射出去. 和无透射地反射出去.所以辐射度等于其表面上 的辐照度, 的辐照度,即M=E. . 根据 根据M=πL,则 ,
点源单位立体角内的辐射功率称为辐射强度.单 点源单位立体角内的辐射功率称为辐射强度. 位为[瓦 球面度 球面度]. 位为 瓦/球面度 . 辐射强度 的定义表示为 辐射强度I的定义表示为 P P I = lim ( )= → 0 它给出了点源发射的辐射功率在某方向上角密度 的度量. 的度量.很明显它与辐射功率的关系还可表示为
Short wavelength infrared(SWIR,IR-B):1.4um~3um , : Mid-wavelength infrared(MWIR,IR-C):3um~8um , :
中红外 远红外
– 大气窗口,被动式热寻导弹的工作窗口. 大气窗口,被动式热寻导弹的工作窗口.
Long wavelength infrared(LWIR,IR-C):8um~15um infrared(LWIR, IR-C):8um~15um , , : :
注意:虽然余弦定律是针对理想漫辐射源的,但 注意:虽然余弦定律是针对理想漫辐射源的, 在实际中很多辐射源在一定范围内具有接近朗伯 余弦定律的辐射规律,如实验用的黑体; 余弦定律的辐射规律,如实验用的黑体;电绝缘 与法线方向小于60度 . 体(与法线方向小于 度). 与法线方向小于
1.2.4 漫辐射源的辐射特性
小面源上的L可以看成是相同的, 小面源上的 可以看成是相同的, 可以看成是相同的 则其可以看作是朗伯辐射体. 则其可以看作是朗伯辐射体. 则其上小面元dA辐射功率 则其上小面元 辐射功率 可以表示为
d 2 P = L cos θ dAd
小面源A上的辐射功率为 小面源 上的辐射功率为
dP = L cos θAd
[瓦 m-2 um-1] 瓦
[瓦球面度 um-1] 瓦 球面度 球面度-1
[瓦 m-2球面度-1 um-1] 瓦 球面度
[瓦 m-2 um-1] 瓦
1.2.3 朗伯余弦定律 朗伯余弦定律(Lambert's Law)
– 镜面反射体与漫反射体. 镜面反射体与漫反射体. – 理想漫反射体服从朗伯余弦定律: 理想漫反射体服从朗伯余弦定律: 2 P = B cos θA 即理想漫辐射源单位表面积向空间指向方向 (如观测方向 单位立体角内发射 或反射 的 如观测方向)单位立体角内发射 或反射)的 如观测方向 单位立体角内发射(或反射 辐射功率与该指定方向与表面法线夹角的余 弦成正比.其中B是与方向角无关的比例系 弦成正比.其中 是与方向角无关的比例系 数.
M = lim (
A→ 0
A
)=
A
相应一面辐射源的辐射功率可以表示为
P=
∫
源面积A
MdA
– 三,辐射强度 辐射强度I
点源与扩展源: 点源与扩展源:
– 相对于被观测者 一般指探测器 相对于被观测者(一般指探测器 一般指探测器) 的张角很小的辐射源称为点源. 的张角很小的辐射源称为点源. – 相对于被观测者的张角很大的辐 射源称为扩展源. 射源称为扩展源.
– 红外调制
红外调制的方法及分类. 红外调制的方法及分类.
参考文献: 参考文献:
– – – – – – – 1,《红外物理学》,张幼文. , 红外物理学》 张幼文. 2,《红外光学工程》,陈衡. , 红外光学工程》 陈衡. 3,《光电检测技术》,罗先和等. , 光电检测技术》 罗先和等. 4,《光电检测技术》,雷玉堂等. , 光电检测技术》 雷玉堂等. 5,《红外光谱法》,董庆年. , 红外光谱法》 董庆年. 6,《红外系统》,杨宜禾等. , 红外系统》 杨宜禾等. 7,《红外辐射测量基础》,周书铨. , 红外辐射测量基础》 周书铨.
– 五,辐照度 辐照度E
用于表示被照面接收辐射的特性. 用于表示被照面接收辐射的特性. 辐照度是被照表面单位面积上接收的辐射功率. 辐照度是被照表面单位面积上接收的辐射功率. 单位是: 瓦 单位是:[瓦/m2]. . 辐照度E的定义可表示为 辐照度 的定义可表示为 P P E = lim ( ) = A→ 0 A A 辐照度E的大小不仅与在被照面上的 辐照度 的大小不仅与在被照面上的 位置有关, 位置有关,而且还与辐射源的特性及 被照面与源的相对位置有关.如图, 被照面与源的相对位置有关.如图, 两点源s1和 的辐射强度 相同, 的辐射强度I相同 两点源 和s2的辐射强度 相同,它们 在x位置产生的辐照度为 位置产生的辐照度为 P Id 1 I 1 E1 = = 2 = 2 A l d 1 l
P=
发射立体角
∫
Id
– 四,辐亮度 辐亮度L
对于扩展源有辐亮度的概念. 对于扩展源有辐亮度的概念. 辐亮度为扩展源单位面积 在某方向上单位立体角内的 辐射功率. 辐射功率. 单位为: 瓦 球面度)] 单位为: [瓦/(m2球面度 球面度 辐亮度 的定义可表示为 辐亮度L的定义可表示为
2 P 2P 2P L = lim = = A→0 A Aθ A cos θ θ → 0
第一章 红外辐射 (Infrared Radiation, IR)
信息科学与工程学院 冯传胜 Email:fcs@
1.1 红外线基本知识 1.2 基本辐射量与光谱辐射量 1.3 红外辐射基本定律
1.1 红外线基本知识
一,红外现象的发现
– 1800年,英国天文学家S.W.赫 年 英国天文学家 赫 歇尔(Sir William Herschel)第 歇尔 第 一次发现红外辐射现象. 一次发现红外辐射现象.
本课程内容
本课程分六章: 本课程分六章: