紅外熱成像儀工作原理

發布日期：2016-03-19 00:00 來源：http://www.kgmu.cc 點擊：

波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。我們周圍的物體只有當它們的溫度高達1000℃以上時，才能夠發出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地發出熱紅外線。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個重要的特性。

1．大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的戰場，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個特點，熱紅外成像技術軍事上提供了先進的夜視裝備并為飛機、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統。這些系統在海灣戰爭中發揮了非常重要的作用。

2．物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關。熱輻射的這個特點使人們可以利用它來對物體進行無接觸溫度測量和熱狀態分析，從而為工業生產，節約能源，保護環境等等方面提供了一個重要的檢測手段和診斷工具。

現代的熱成像裝置工作在中紅外區域（波長3~5um）或遠紅外區域（波長8~12um）。通過探測物體發出的紅外輻射，熱成像儀產生一個實時的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。并將不可見的輻射圖像轉變為人眼可見的、清晰的圖像。熱成像儀非常靈敏，能探測到小于0.1℃的溫差。

工作時，熱成像儀利用光學器件將場景中的物體發出的紅外能量聚焦在紅外探測器上，然后來自與每個探測器元件的紅外數據轉換成標準的視頻格式，可以在標準的視頻監視器上顯示出來，或記錄在錄像帶上。由于熱成像系統探測的是熱而不是光，所以可全天候使用；又因為它完全是被動式的裝置，沒有光輻射或射頻能量，所以不會暴露使用者的位置。

紅外探測器分為兩類：光子探測器和熱探測器。光子探測器在吸收紅外能量后，直接產生電效應；熱探測器在吸收紅外能量后，產生溫度變化，從而產生電效應。溫度變化引起的電效應與材料特性有關。

光子探測器非常靈敏，其靈敏度依賴于本身溫度。要保持高靈敏度，就必須將光子探測器冷卻至較低的溫度。通常采用的冷卻劑為斯太林（Stirling）或液氮。

熱探測器一般沒有光子探測器那么高的靈敏度但在室溫下也有足夠好的性能，因此不需要低溫冷卻。