紅外熱成像原理

   波長(zhǎng)為2.0~1000μm的部分稱(chēng)為熱紅外線(xiàn)。我們周?chē)奈矬w只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見(jiàn)光。相比之下，我們周?chē)袦囟仍诹愣龋?/span>-273℃）以上的物體，都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線(xiàn)。所以，熱紅外線(xiàn)（或稱(chēng)熱輻射）是自然界中存在為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個(gè)重要的特性。

1．大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線(xiàn)，但是對(duì)3~5μm和8~14μm的熱紅外線(xiàn)卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱(chēng)為熱紅外線(xiàn)的“大氣窗口" 。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們?cè)?無(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場(chǎng)，清晰地觀(guān)察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了的夜視裝備并為飛機(jī)、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)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(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來(lái)對(duì)物體進(jìn)行無(wú)接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測(cè)手段和診斷工具。

現(xiàn)代的熱成像裝置工作在中紅外區(qū)域（波長(zhǎng)3~5μm）或遠(yuǎn)紅外區(qū)域（波長(zhǎng)8~12μm）。通過(guò)探測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射，熱成像儀產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。并將不可見(jiàn)的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢?jiàn)的、清晰的圖像。熱成像儀非常靈敏，能探測(cè)到小于0.1℃的溫差。

工作時(shí)，熱成像儀利用光學(xué)器件將場(chǎng)景中的物體發(fā)出的紅外能量聚焦在紅外探測(cè)器上，然后來(lái)自與每個(gè)探測(cè)器元件的紅外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻格式，可以在標(biāo)準(zhǔn)的視頻監(jiān)視器上顯示出來(lái)，或記錄在錄像帶上。由于熱成像系統(tǒng)探測(cè)的是熱而不是光，所以可全天候使用；又因?yàn)樗?是被動(dòng)式的裝置，沒(méi)有光輻射或射頻能量，所以不會(huì)暴露使用者的位置。

紅外探測(cè)器分為兩類(lèi)：光子探測(cè)器和熱探測(cè)器。光子探測(cè)器在吸收紅外能量后，直接產(chǎn)生電效應(yīng)；熱探測(cè)器在吸收紅外能量后，產(chǎn)生溫度變化，從而產(chǎn)生電效應(yīng)。溫度變化引起的電效應(yīng)與材料特性有關(guān)。

光子探測(cè)器非常靈敏，其靈敏度依賴(lài)于本身溫度。要保持高靈敏度，就必須將光子探測(cè)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(cè)器一般沒(méi)有光子探測(cè)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。