第三章红外检测技术详解

温度(℃/℉)
21/70 -
22/72 21/70 0/32
22/72
23/74 4/39
19/66
-
发射率
0.93 0.94 0.94 0.85 0.97
0.93
0.96 0.97 0.91 0.96 0.95 0.9
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根据基尔霍夫基本定律可得到如下结论
①在热平衡下，辐射能力强的物体，其吸收能力也强， 反之亦然。 ②好的反射体或透明体必然是不良的辐射体。 ③物体的吸收率不可能大于1，即吸收的能量不可能大 于辐射在它上面的能量。 ④对不透明的物体，辐射能量不是被吸收就是被反射， 所以通过测量反射率就可以确定吸收率。
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红外线与光线的区别（2）
红外线的光量子能量比可见光的小。 例如：10μm波长的红外光的能量大约是可见光光子能量的1/20。
红外线的热效应比可见光要强得多 原子和分子的振动或分子的旋转运动的特征频率分布在宽广的
红外光谱区，因此，热物体（温度高于绝对零度的任何物体）不 断地发出红外辐射，红外辐射使物体变热的效应也特别显著。 红外线更容易被物质所吸收
红外线只能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动 加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、 在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发生 改变，这就是红外线的热效应。
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红外技术的技术难点及发展现状
红外技术的发展关键在于：
红外材料的研制 红外设备的制冷 红外设备向更长波段发展 红外焦平面阵列器件的研制 红外设备与数据处理设备的结合
发射率
0.22
0.04
0.1
0.06
0.18 0.19 0.52 0.57 0.23 0.03
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物质
温度(℃/℉)
发射率
镀锡的铁 (亮)
-
0.13
铁板 (完全生锈)
20/68
0.69
包金箔的钢片
21/71
0.66
氧化铁
100/212
0.74
锻造铁
21/70
0.94
熔铸铁
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物质
顶部磨光的铝 锡 (亮的镀锡的铁片)
镍丝 铅 (纯度 99.9% - 未氧化) 铜
钢
镀锡的铁片(亮) 黄铜(高度磨光)
温度(℃/ຫໍສະໝຸດ Baidu)
38/100
25/77
187/368
127/260
199/390 599/1110 199/390 599/1110
28/82 247/476
红外检测技术
红外技术的基本概念 红外线是一种电磁波。因此具有电磁辐射的
特点： 波动性 传输不需要介质 红外辐射就是热辐射
红外线也是一种光线。但是人眼看不见的光线， 具有粒子性，对红外线的研究也属于光学范畴。
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红外的历史
1800年，赫胥耳利用太阳光谱色散实 验发现了红外光。
物质 金 (高纯) 铝箔 铝片 家庭用铝 (扁平)
铝 ( 98.3% 纯度的 度的板块)
铝 (粗糙的板快)
铝 (氧化 @ 599℃) 599℃)
温度(℃/℉)
227/440 27/81 27/81 23/73 227/440 577/1070 26/78 199/390 599/1110
发射率
0.02 0.04 0.18 0.01 0.04 0.06 0.06 0.11 0.19
2
红外的历史
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，科勒发明了银氧铯（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。
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黑体的辐射曲线
实验测量数据可得到两条很有用 的经验定律，即斯蒂芬定律和维 恩位移定律
黑体模型：黑体就是说能吸收所 有方向和波长入射辐射全部能量 的物体
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普朗克定律
斯蒂芬定律（1879年） ：黑体的辐射出射度，包括 各种波长在内的总辐射功率与黑体温度(绝对温标)T
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
通常取可见光谱中红光末端为780nm，比它长的光 就是红外光，或称为热射线。
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1952年，美国陆军制成第一台热像记录仪
热电堆：由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出 的热电势是互相叠加的。
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红外线与光线的区别（1）
人眼对红外线不敏感，一般CCD敏感光谱波长在400～ 500nm，红色在600nm，红外线光谱为700nm－1mm。
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红外技术的发展现状：
（1）探测器已从单元发展到多元，从多元发展到焦平面阵列。 （2）红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红。 （3）轻小型化。非致冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。
高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方 向。 （4）红外探测系统从单波段向多波段发展。
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1299-1399/3270-2550
0.29
铜 (磨光)
21-117/70-242
0.02
铜(被擦的发亮的而
非反射的)
22/72
0.07
铜(重的氧化板)
25/77
0.78
搪瓷(铁上装有保险
丝)
19/66
0.9
福米卡薄板
27/81
0.94
冻土
-
0.93
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物质
砖 (红 – 粗糙) 混凝土 玻璃 (光滑) 花岗岩 (刨光的) 冰 大理石(l磨光的灰色 色的) 石棉板 沥青(铺路) 塑料(白色) 胶合板 水 木头 (气味清新的)
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红外检测的基本辐射定律
基尔霍夫定律: 在给定温度下，对于给定波长，所有物体的辐射率
与吸收率的比值相同，且等于该温度和波长下理想黑 体的辐射率。
Po Pr Pt + + =1
Pi Pi Pi Pi——入射总能量
辐射能Pi 反射辐射Pr
吸收辐射Po 透射辐射Pt
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常见物质发射率