红外和导光材料PPT课件
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仪器具源自文库良好的稳定性，选择性和抗震性，因此， 可以广泛应用于环境保护、医学研究、 化工流程、石油 工业、录井勘探、冶金、机械工业等领域，也可以用于实 验室分析。
根据红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对 气体成分进行分析。
例如，二氧化碳对于波长为2.7μm、4.33μm和 14.5μm红外光吸收相当强烈，并且吸收谱相当的宽， 即存在吸收带。根据实验分析，只有4.33μm吸收带不 受大气中其他成分影响，因此可以利用这个吸收带来 判别大气中的CO2的含量。
当温度在人体正常体温附近变动时，辐射光谱 处在红外波段。检测红外波段的辐射能量，就可以得 到人体的温度。
2、红外测温的特点：
（1）非接触式测量； （2）响应速度快； （3）对人体无伤害。
3、目前应用红外测温的领域：
冶金：炼钢炉 建材：水泥窑炉、玻璃热加工、沥青 塑料：薄膜生产，复合材料 造纸：高速转鼓发热情况监视 食品：食品加工温度 医疗：红外热成像仪
2、红外材料的应用
（1）辐射测量与光谱辐射测量
如非接触温度测量，农业、渔业、地面勘探， 探测零件焊接缺陷等。
（2）对能量辐射物的搜寻和跟踪
如宇宙装置导航，火箭、飞机预警，遥控引 爆管等。
（3）制造红外成像器件、夜视仪器和红外显微镜
如火山、地震研究，肿瘤、中风早期诊断， 军事上的伪装识别，半导体元件和集成电路的质 量检查等。
材料
一
玻璃
些 红
石英
外 光
LiF
学
NaCl
材 料
KCl
的
AgCl
透 光
KBr
范
CsBr
围
TlBr-TlI
CsI
透光范围/m 0.3~2.5 0.2~3.6 0.2~6.0 0.2~17 0.2~21 0.2~25 0.2~25 1~38 1~45 1~50
（4）其它无机化合物单晶体
无机晶体：SrTiO3 （浸没透镜）、 Ba3Ta4O15（耐高温）、Bi4Ti3O12等；金属铊的 卤化物晶体：TlBr、TlCl、TlBr-TlCl等。
Chapter 2 光学功能材料(2)
(Optical Functional Materials)
三、红外材料
红外材料是指能够透过红外线，并对不同 波长的红外线具有不同透过率、折射率和色 散的材料。
红外的波长范围很宽，按波长分为三个 光谱区：
近红外(0.7~15 m), 中红外(15~50 m)， 远红外(50~1000m) 。
二氧化碳红外气体分析仪由气体(含CO2)的样品室、 参比室(无CO2)、光调制器、反射镜系统、滤光片、红外 检测器和选频放大器等组成。
应用之三：红外光谱仪
滤光片型红外光谱仪主要作专用分析仪器，如粮食 水分测定仪。由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系 的样品。
傅立叶变换红外光谱仪
应用之四：红外防盗电子警犬
（2）碱土卤化物晶体 离子晶体: CaF2、BaF2、SrF2、MgF2等； 特点: 较高的力学强度和硬度，难溶于水。 应用：适合窗口、滤光片、基板等方面。
（3）氧化物晶体
晶体：Al2O3、SiO2、MgO和TiO2等。 特点：具有优良的物化性质，熔点高、 硬度大，化学稳定性好。 应用：可作为优良的红外材料，在火箭、 导弹、人造卫星、通讯、遥测等方面的红外 装置中被广泛用作窗口和整流罩。
这是红外探测器， 当人走进防区内时， 它能检测到人体发出 的热量而发出报警信 息。
这也是一种红外报 警探测器，它的防 区范围可达到225 米，一般情况，它 用于室外周界防范。
这是双鉴探测 器，它把红外 和微波两种探 测方法结合在 一起，大大减 少错报和误报。
最常用的周界防范措施是使用红外对射报警探测 器，它是由红外发射端和接收端组成，一旦中间有阻 挡，接收端就能发出报警信号。
特点：具有很宽的透过波段(1~45 m)，且 微溶于水。
应用：适合在较低温度下使用的良好的红 外窗口和透镜材料。
（5）半导体晶体
晶体：PbS、PbSe、CdSe、CdTe、IrSb， PtSi、HgCdTe等。
特点：该探测器可覆盖1~25m的红外波段。 应用：是目前国外制备光伏列阵器件、焦平 面器件的主要材料。其中HgCdTe 是目前最重要 的红外探测器材料，
(4) 手提便携式 测温仪
适用范围： 机场、学校、机 关、工业企业的 场所人群的温度 测试。
(5) 手 掌 式 测 温 仪
适用范围：用于海关、机场 等大流量人群。将手掌 伸进检测口，通过检测手掌温度进行测试。
应用之二：红外气体分析仪
可以连续测量气体浓度，如CO、 CO2、CH4、C2H4、C3H8、C4H10、 N2O、NH3等气体浓度。
夜间可见光很微弱，但人眼看不见的红外线却很 丰富。红外线探头可以帮助人们在夜间进行观察、搜 索、瞄准和驾驶车辆。
红外探头是靠探测人体发 射的红外线而进行工作的。探 头收集外界的红外辐射通过聚 集到红外感应源上。红外感应 源通常采用热释电元件，这种 元件在接收了红外辐射温度发 生变化时就会向外释放电荷， 检测处理后产生报警动作。
（4）通信和遥控
如宇宙飞船之间的视频和音频传输，海洋、 陆地、空中目标的距离和速度测量。红外通信抗 干扰性好。
应用之一：红外快速测温测定仪
1、红外测温原理：
物体在绝对零度（0K）以上，都有能量辐射，其 辐射强度随温度升高而加大，辐射峰波长向短波方向 偏移。
从绝对黑体表面辐射的全部能量与其表面温度 Ｔ的四次方成正比，检测出辐射能量即可求出温度。
4、快速体温探测仪
（1）门框式体温探测仪
适用范围： 海关、机场等大流 量人群场所，通过 扫描人体额头温度 进行测试。
(2) 悬 挂 式 体 温 探 测 仪
适用范围：海关、机场等大流量人群场所，通过扫 描人体额头温度进行测试。设定温度可自动报警。
(3) 额头红外测温仪
适用范围：直接测量人体额头的温度，设定温度可自动 报警，主要用于中等流量的人群温度测试。
1、主要的红外材料
红外材料一般都是晶体，主要有碱卤化合物 晶体、碱土卤化物晶体、氧化物晶体、其它无机 化合物晶体和半导体晶体。
（1）碱卤化合物晶体
离子晶体如LiF、NaF、KCl、KBr等； 这类晶体熔点高，易生成大晶体，具有较高 的透过率和较宽的透过波段。缺点是晶体易受潮、 硬度低、力学强度差。
根据红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对 气体成分进行分析。
例如，二氧化碳对于波长为2.7μm、4.33μm和 14.5μm红外光吸收相当强烈，并且吸收谱相当的宽， 即存在吸收带。根据实验分析，只有4.33μm吸收带不 受大气中其他成分影响，因此可以利用这个吸收带来 判别大气中的CO2的含量。
当温度在人体正常体温附近变动时，辐射光谱 处在红外波段。检测红外波段的辐射能量，就可以得 到人体的温度。
2、红外测温的特点：
（1）非接触式测量； （2）响应速度快； （3）对人体无伤害。
3、目前应用红外测温的领域：
冶金：炼钢炉 建材：水泥窑炉、玻璃热加工、沥青 塑料：薄膜生产，复合材料 造纸：高速转鼓发热情况监视 食品：食品加工温度 医疗：红外热成像仪
2、红外材料的应用
（1）辐射测量与光谱辐射测量
如非接触温度测量，农业、渔业、地面勘探， 探测零件焊接缺陷等。
（2）对能量辐射物的搜寻和跟踪
如宇宙装置导航，火箭、飞机预警，遥控引 爆管等。
（3）制造红外成像器件、夜视仪器和红外显微镜
如火山、地震研究，肿瘤、中风早期诊断， 军事上的伪装识别，半导体元件和集成电路的质 量检查等。
材料
一
玻璃
些 红
石英
外 光
LiF
学
NaCl
材 料
KCl
的
AgCl
透 光
KBr
范
CsBr
围
TlBr-TlI
CsI
透光范围/m 0.3~2.5 0.2~3.6 0.2~6.0 0.2~17 0.2~21 0.2~25 0.2~25 1~38 1~45 1~50
（4）其它无机化合物单晶体
无机晶体：SrTiO3 （浸没透镜）、 Ba3Ta4O15（耐高温）、Bi4Ti3O12等；金属铊的 卤化物晶体：TlBr、TlCl、TlBr-TlCl等。
Chapter 2 光学功能材料(2)
(Optical Functional Materials)
三、红外材料
红外材料是指能够透过红外线，并对不同 波长的红外线具有不同透过率、折射率和色 散的材料。
红外的波长范围很宽，按波长分为三个 光谱区：
近红外(0.7~15 m), 中红外(15~50 m)， 远红外(50~1000m) 。
二氧化碳红外气体分析仪由气体(含CO2)的样品室、 参比室(无CO2)、光调制器、反射镜系统、滤光片、红外 检测器和选频放大器等组成。
应用之三：红外光谱仪
滤光片型红外光谱仪主要作专用分析仪器，如粮食 水分测定仪。由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系 的样品。
傅立叶变换红外光谱仪
应用之四：红外防盗电子警犬
（2）碱土卤化物晶体 离子晶体: CaF2、BaF2、SrF2、MgF2等； 特点: 较高的力学强度和硬度，难溶于水。 应用：适合窗口、滤光片、基板等方面。
（3）氧化物晶体
晶体：Al2O3、SiO2、MgO和TiO2等。 特点：具有优良的物化性质，熔点高、 硬度大，化学稳定性好。 应用：可作为优良的红外材料，在火箭、 导弹、人造卫星、通讯、遥测等方面的红外 装置中被广泛用作窗口和整流罩。
这是红外探测器， 当人走进防区内时， 它能检测到人体发出 的热量而发出报警信 息。
这也是一种红外报 警探测器，它的防 区范围可达到225 米，一般情况，它 用于室外周界防范。
这是双鉴探测 器，它把红外 和微波两种探 测方法结合在 一起，大大减 少错报和误报。
最常用的周界防范措施是使用红外对射报警探测 器，它是由红外发射端和接收端组成，一旦中间有阻 挡，接收端就能发出报警信号。
特点：具有很宽的透过波段(1~45 m)，且 微溶于水。
应用：适合在较低温度下使用的良好的红 外窗口和透镜材料。
（5）半导体晶体
晶体：PbS、PbSe、CdSe、CdTe、IrSb， PtSi、HgCdTe等。
特点：该探测器可覆盖1~25m的红外波段。 应用：是目前国外制备光伏列阵器件、焦平 面器件的主要材料。其中HgCdTe 是目前最重要 的红外探测器材料，
(4) 手提便携式 测温仪
适用范围： 机场、学校、机 关、工业企业的 场所人群的温度 测试。
(5) 手 掌 式 测 温 仪
适用范围：用于海关、机场 等大流量人群。将手掌 伸进检测口，通过检测手掌温度进行测试。
应用之二：红外气体分析仪
可以连续测量气体浓度，如CO、 CO2、CH4、C2H4、C3H8、C4H10、 N2O、NH3等气体浓度。
夜间可见光很微弱，但人眼看不见的红外线却很 丰富。红外线探头可以帮助人们在夜间进行观察、搜 索、瞄准和驾驶车辆。
红外探头是靠探测人体发 射的红外线而进行工作的。探 头收集外界的红外辐射通过聚 集到红外感应源上。红外感应 源通常采用热释电元件，这种 元件在接收了红外辐射温度发 生变化时就会向外释放电荷， 检测处理后产生报警动作。
（4）通信和遥控
如宇宙飞船之间的视频和音频传输，海洋、 陆地、空中目标的距离和速度测量。红外通信抗 干扰性好。
应用之一：红外快速测温测定仪
1、红外测温原理：
物体在绝对零度（0K）以上，都有能量辐射，其 辐射强度随温度升高而加大，辐射峰波长向短波方向 偏移。
从绝对黑体表面辐射的全部能量与其表面温度 Ｔ的四次方成正比，检测出辐射能量即可求出温度。
4、快速体温探测仪
（1）门框式体温探测仪
适用范围： 海关、机场等大流 量人群场所，通过 扫描人体额头温度 进行测试。
(2) 悬 挂 式 体 温 探 测 仪
适用范围：海关、机场等大流量人群场所，通过扫 描人体额头温度进行测试。设定温度可自动报警。
(3) 额头红外测温仪
适用范围：直接测量人体额头的温度，设定温度可自动 报警，主要用于中等流量的人群温度测试。
1、主要的红外材料
红外材料一般都是晶体，主要有碱卤化合物 晶体、碱土卤化物晶体、氧化物晶体、其它无机 化合物晶体和半导体晶体。
（1）碱卤化合物晶体
离子晶体如LiF、NaF、KCl、KBr等； 这类晶体熔点高，易生成大晶体，具有较高 的透过率和较宽的透过波段。缺点是晶体易受潮、 硬度低、力学强度差。