红外探测器为何要在低温下工作
制冷型红外热像仪原理
制冷型红外热像仪原理红外热像仪是一种能够感知并显示物体表面红外辐射能量分布的设备。
制冷型红外热像仪是其中一种常见的热像仪，其原理是利用红外辐射与物体热量的关系进行测量和成像。
制冷型红外热像仪的核心部件是红外探测器。
红外探测器是一种能够感受红外辐射并将其转化为电信号的器件。
制冷型红外热像仪使用的红外探测器通常是基于半导体材料的探测器，如铟锑(SbIn)、铟镓锑(InGaAs)等化合物半导体材料。
这些材料具有良好的红外辐射响应特性，能够在较高温度范围内工作。
在制冷型红外热像仪中，红外探测器的工作温度通常需要维持在较低的温度，以提高探测器的灵敏度和分辨率。
为了实现这一点，制冷型红外热像仪使用了制冷系统来冷却红外探测器。
制冷系统通常采用热电冷却(TEC)或者制冷机制冷的方式。
这些制冷系统能够将红外探测器的温度降低到几十摄氏度以下，以保证其正常工作。
当红外探测器接收到物体表面的红外辐射时，辐射能量会引起探测器内部的电荷变化。
红外探测器将这些电荷变化转化为电信号，并经过放大、滤波等处理后传递给成像系统。
成像系统将接收到的电信号转换为图像，并在显示屏上显示出来。
制冷型红外热像仪的工作原理可以简单概括为：红外辐射能量进入红外探测器，探测器将其转化为电信号，经过处理后由成像系统显示为热像。
热像图能够直观显示物体表面的温度分布情况，不同温度的物体在热像图上呈现不同的颜色。
制冷型红外热像仪在许多领域有着广泛的应用。
例如，制冷型红外热像仪可以用于夜视、安防监控、火灾检测、电力设备检测等领域。
在夜视领域，人们可以利用制冷型红外热像仪观察夜晚的景象，发现隐藏在黑暗中的目标。
在安防监控领域，制冷型红外热像仪可以监测人体的红外辐射，实现对安全隐患的及时发现和预警。
在火灾检测领域，制冷型红外热像仪可以通过监测火源的热辐射，快速准确地发现火灾，并进行报警。
在电力设备检测领域，制冷型红外热像仪可以用于检测电力设备的运行状态，发现异常热点，避免设备故障和事故的发生。
LSMS在红外探测器低温检测设备中的应用
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3红外探测器及其制冷
§3 红外探测器及其制冷红外探测器实际上是一种红外线辐射能的转换器。
它把辐射能转换成另一种便于测量的能量形式，多数情况下转换成电能，因为从近代的测量技术看，电量的测量最方便最精确。
对于探测和跟踪目标的探测器，按照探测过程的物理机理，可分为两类，即热探测器和光子探测器，热探测器是利用红外线的热效应而工作的。
当红外线辐射到热探测器上后，探测器材料的温度会上升，温度的变化会引起某些物理特性相应发生改变，利用测量这些物理特性的改变程度来确定红外辐射的强弱，这样的探测器称为热探测器。
热探测器要利用材料受到热辐射后温度的上升来测量的，因而反应时间较长，时间常数一般在毫秒级以上，这类探测器的另一个特点是对全部波长的热辐射（从可见光到极远红外)基本上都有相同的响应，因而有时也称这类探测器为无选择性探测器。
光子探测器是利用红外线中的光子流射到探测器上后，和探测器材料(都为半导体材料)中的束缚态电子作用后，引起电子状态的变化，从而产生能逸出表面的自由电子，或使材料的电导率改变，或产生一个电动势，以此来探测红外线。
光子探测器的反应时间短，最短的时间常数可达毫微秒(10)数量级。
要使物体内部的电子改变运动动态，入射的光子能量必须足够大。
由于一个光子的能量与光的波长有关，波长越长，光子能量越小。
当光子能量小于某一值时，就不能使束缚状态电子变成载流子或能逸出材料表面的自由电子。
换言之，光子探测器仅对具有足够能量的光子有响应，也即对光子探测器来说，存在一个长波限，当入射红外线的波长大于长波限时，光子探测器不起反应。
热探测器和光子探测器有不同的优缺点，光子探测器的灵敏度高，反应时间短，但是一种探测器只适用于一定的波长范围，使用时往往需要冷却。
热探测器的灵敏度不如前者高，反应也慢，然而它具有不需冷却和全波段有平坦响应的两大特点。
在导弹的红外制导系统中，由于要求灵敏，反应快。
一般采用光子探测器。
一、光子探测器光子探测器是基于入射光子对探测器材料内的电子作用而产生的光电子效应而工作的。
简述红外夜视视觉传感器的工作原理及特点
简述红外夜视视觉传感器的工作原理及特点一、红外夜视视觉传感器的概述红外夜视视觉传感器是一种能够在低光环境下工作的传感器，其利用红外线技术实现对目标的探测和成像。
它主要由红外探测器、光学透镜、信号处理电路和显示装置等组成。
二、红外探测器的工作原理红外探测器是红外夜视系统中最核心的部件之一。
它能够将目标发出的热辐射转化为电信号，从而实现目标的探测和成像。
常见的红外探测器主要有热电偶、焦平面阵列和量子阱等。
1. 热电偶热电偶是最早被应用于红外夜视系统中的传感器。
它利用材料在温度变化时产生电势差的原理，将目标发出的热辐射转化为电信号。
但是，由于其灵敏度低、响应速度慢等缺点，已经逐渐被其他类型的红外探测器所取代。
2. 焦平面阵列焦平面阵列是当前应用最广泛的红外探测器之一。
它由多个微小的探测单元组成，每个单元都能够将目标发出的热辐射转化为电信号。
这些信号被整合后，就能够形成目标的图像。
与热电偶相比，焦平面阵列具有灵敏度高、响应速度快等优点。
3. 量子阱量子阱是一种新型的红外探测器，其灵敏度和分辨率都比焦平面阵列更高。
它利用半导体材料中的量子效应实现对红外线辐射的探测和成像。
由于其制造工艺复杂、价格昂贵等原因，目前还没有被广泛应用于红外夜视系统中。
三、光学透镜的工作原理光学透镜是红外夜视系统中另一个重要组成部分。
它主要负责将目标发出的光线聚焦到红外探测器上，并对图像进行调节和矫正。
1. 聚焦光学透镜通过改变其曲率来实现对光线的聚焦。
当光线经过凸透镜时，会向透镜中心汇聚；当光线经过凹透镜时，会从透镜中心散开。
通过调节透镜的曲率，就能够将目标发出的光线聚焦到红外探测器上。
2. 调节和矫正光学透镜还可以通过调节其位置和角度来实现对图像的调节和矫正。
例如，在夜视系统中，由于红外辐射的波长比可见光短很多，因此需要使用特殊的光学透镜来实现对图像的调整和矫正。
四、信号处理电路的工作原理信号处理电路是红外夜视系统中最重要的部分之一。
红外制导的发展趋势及其关键技术
红外制导的发展趋势及其关键技术赵超1，(1．中国航天科工集团第35研究所，北京100013；杨号22．海军驻阎良地区航空军事代表室，西安710089)摘要：在各种精确制导体制中，红外制导因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点，在现代武器装备发展中占据着重要地位，综述了红外制导系统的发展历程、现状特点、未来趋势，为红外制导技术的研究开发提供有益参考。
首先介绍了红外制导系统的工作原理和发展历程，然后从现代作战需求出发分析了当前红外制导系统的7个发展方向，最后从探测器件、信息处理、结构设计、干扰对抗等方面分析了未来红外制导系统发展中所面临的5种关键技术等。
关键词：精确制导；红外制导；非制冷红外；红外成像；复合制导中图分类号：V448．13 文献标识码：AA survey on development trends and key technologiesof infrared guidance systemsZHAO Cha01，YANG Had(1．No．35 Institute ofCaSlC，蜥100013，Ol／na；2．NavyA蒯M／／／tary啪筋∞／nYan／／angArea，Xi’帆710089，Odna)Abstract： Among many kind of precise guidance systems．IR guidance system is playing a n10re and moreimportant rule in modem weapon system since it has the characteristics of hi曲precision，strong anti—interfer—ence capability and good benefit-cost ratio．The paper gives a brief survey on IR guidance system and tech—niques，involving its evolution history，developing trends，and critical techniques．First of all，working principlesand developing process of IR guidance system are explained．Then，the developing trends of modem IR guid—ance system are analyzed based on operational requirements．Finally。
红外热成像仪 工作温度
红外热成像仪的工作温度1. 简介红外热成像仪是一种用于检测和显示物体表面温度分布的仪器。
它通过测量物体发射的红外辐射，将其转换为可见图像，以显示物体的温度分布情况。
红外热成像仪在许多领域都有广泛的应用，包括建筑、电力、医学、安防等。
2. 工作原理红外热成像仪利用物体的热辐射特性来测量其温度。
物体的温度越高，其发射的红外辐射能量越大。
红外热成像仪通过红外探测器接收物体发射的红外辐射，然后将其转换为电信号。
接下来，电信号经过放大和处理后，通过显示屏或其他输出设备展示出物体的温度分布图像。
3. 工作温度范围红外热成像仪的工作温度范围是指其能够正常工作的温度范围。
不同型号的红外热成像仪具有不同的工作温度范围，一般在产品说明书中可以找到相关信息。
工作温度范围通常由两个值来表示，即最低工作温度和最高工作温度。
3.1 最低工作温度红外热成像仪的最低工作温度是指它能够正常工作的最低温度。
低于最低工作温度，红外热成像仪可能无法正常工作或者数据准确性受到影响。
最低工作温度通常由仪器内部元件的工作特性决定。
3.2 最高工作温度红外热成像仪的最高工作温度是指它能够正常工作的最高温度。
高于最高工作温度，红外热成像仪可能会受到损坏或者数据准确性受到影响。
最高工作温度通常由仪器内部元件的耐受能力和散热系统决定。
4. 影响工作温度的因素红外热成像仪的工作温度受到多种因素的影响，下面列举了一些主要因素：4.1 红外探测器类型红外热成像仪的红外探测器类型对其工作温度范围有一定影响。
不同类型的红外探测器具有不同的工作温度范围和灵敏度。
常见的红外探测器类型包括热电偶、焦平面阵列和微波辐射计。
4.2 仪器设计和材料选择红外热成像仪的设计和材料选择也会对其工作温度范围产生影响。
合理的设计和优质的材料能够提高红外热成像仪的耐高低温性能，使其能够在更广泛的温度范围内工作。
4.3 散热系统效果红外热成像仪的散热系统对其工作温度范围起着至关重要的作用。
低温红外光谱仪原理
低温红外光谱仪原理低温红外光谱仪是一种用于研究物质在低温条件下的红外光谱特性的仪器。
它通常由以下几个主要部分组成：低温系统、光谱系统和检测系统。
下面将详细介绍这些组成部分以及它们的工作原理。
一、低温系统低温系统是低温红外光谱仪的核心部分，它能够将样品冷却到极低的温度，通常在几十毫开尔文以下。
低温系统的设计原理主要基于热力学理论，通过制冷机制冷，如液氮、液氦等，将样品降到所需温度。
为了保持样品的低温状态，低温系统还需要配备温度控制器和绝热材料。
二、光谱系统光谱系统是用于产生和测量红外光谱的装置。
它主要包括光源、单色仪、斩波器、扫描器等部分。
1.光源：通常采用远红外光源，如碘化铯或溴化铯激光器，发出特定波长的红外光。
2.单色仪：用于将光源发出的红外光进行单色化，以便产生不同波长的光束。
3.斩波器：用于将单色光束进行调制，以便在检测时能够测量到样品的吸收或其他光谱特性。
4.扫描器：用于改变光的波长或频率，以便在不同的波长或频率下对样品进行测量。
三、检测系统检测系统用于检测样品的红外光谱特性。
它主要包括红外探测器和数据处理系统。
1.红外探测器：用于接收样品对红外光的吸收或其他响应，并将其转化为电信号。
常用的红外探测器有电导探测器、热电探测器和光导探测器等。
2.数据处理系统：用于处理探测器输出的电信号，将其转化为光谱数据，并进行显示和存储。
数据处理系统通常包括数据采集卡、计算机和相关软件等。
四、工作原理低温红外光谱仪的工作原理是通过将样品冷却到极低温度，并照射不同波长的红外光，测量样品对红外光的吸收或其他响应，从而得到样品的红外光谱。
在测量过程中，需要保持低温状态以避免样品在测量过程中发生变化，同时还需要对样品进行精确的温度控制和波长扫描，以便得到准确的光谱数据。
五、应用范围低温红外光谱仪在物理学、化学、材料科学等领域具有广泛的应用。
例如，它可以用于研究不同温度下物质的振动模式、化学键结构和分子吸附等特性。
红外传感器的工作原理及实际应用
红外传感器的工作原理及实际应用引言：宇宙间的任何物体只要其温度超过零度就能产生红外辐射，事实上同可见光一样，其辐射能够进行折射和反射，这样便产生了红外技术，利用红外光探测器因其独有的优越性而得到广泛的重视，并在军事和民用领域得到了广泛的应用。
军事上，红外探测用于制导、火控跟踪、警戒、目标侦查、武器热瞄准器、舰船导航等；在民用领域，广泛应用与工业设备监控、安全监视、救灾、遥感、交通管理以及医学诊断技术等。
红外探测就是用仪器接受被探测物发出或者反射的红外线，从而掌握被测物所处位置的技术。
作为红外探测系统的核心期间，红外传感器（也称为红外探测器）的研究成为一个热点。
红外传感器的测量原理的理论依据定义：红外传感器（也称为红外探测器）是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件。
红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
首先了解一下红外光。
红外光是太阳光谱的一部分，红外光的最大特点就是具有光热效应，辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。
红外光一种不可见光，与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。
红外光在真空中的传播速度为3×108m/s。
红外光在介质中传播会产生衰减，在金属中传播衰减很大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收非常大。
不同的气体对其吸收程度各不相同，大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带。
研究分析表明，对于波长为1～5μm、 8～14μm 区域的红外光具有比较大的“透明度”。
即这些波长的红外光能较好地穿透大气层。
自然界中任何物体，只要其温度在绝对零度之上，都能产生红外光辐射。
红外光的光热效应对不同的物体是各不相同的，热能强度也不一样。
制冷与非制冷红外探测器区别
制冷和非制冷红外探测器区别配备制冷型探测器的红外热像仪比配备非制冷型探测器的红外热像仪具有更多优势。
然而，这类热像仪价格更昂贵。
新款的制冷型红外热像仪带有集成冷却器的成像传感器，该冷却器可将传感器温度降至低温。
通过降低传感器温度可将热感应噪声降至低于成像场景信号的噪声等级，这是十分必要的。
冷却器中的运动部件具有极其精密的机械公差，它们会随着时间的推移而磨损，而且氦气也会慢慢地渗过气体密封件。
最终，冷却器在运行了10,000-13,000小时后必须进行返修。
非制冷型红外热像仪存在以下问题：研发应用中，何时更应该使用制冷型红外热像仪？答案是：取决于用途。
如果您想掌握细微的温差，需要最佳的图像质量，或应用于快捷/高速的场合，如果您想看清极小目标的热特征或测量其温度，如果您想对电磁波谱中一个非常具体部分的热现象进行可视化，或如果您想将热像仪和其它测量设备同步使用等，制冷型红外热像仪无疑是您的理想选择。
实例对比高速这些红外图像对比了以20 mph速度旋转的轮胎的拍摄效果。
左边这张是用制冷型红外热像仪拍摄的。
您可能会觉得轮胎并未在转动，但这是制冷型红外热像仪在极其高速条件下的拍摄结果，它会“定格”轮胎的转动。
非制冷型红外热像仪的拍摄速度太慢，无法捕捉到轮胎旋转时使得轮辐显得透明的瞬间。
空间分辨率上述热图像对比了采用制冷型和非制冷型热像仪系统可实现的最佳特写放大效果。
左边的红外图像是用带4倍近焦镜头和像元间距13μm制冷型红外热像仪的组合装置拍摄的，其光斑尺寸为3.5μm。
右边的红外图像是用带1倍近焦镜头和像元间距25μm非制冷型红外热像仪的组合装置拍摄的，其光斑尺寸为25μm。
由于传感红外波长较短，制冷型红外热像仪通常具有比非制冷型红外热像仪更强的放大功能。
由于制冷型红外热像仪的灵敏度更高，因此可使用带更多光学元件或更厚元件的镜头而不降低信号噪声比，从而提升了放大功能。
灵敏度制冷型红外热像仪灵敏度改善带来的价值往往并不显而易见。
电子仪器为何需要进行低温试验
电子仪器为何需要进行低温试验目前，电子仪器应用于军事、民用和高科技领域。
然而，低温环境存在于其大部分使用环境中。
因此，电子仪器的低温适应性直接关系到其质量。
基于此，本文认真分析了与电子仪器相关的低温环境影响和低温测试技术。
一、低温环境概述低温环境作为一种常见的自然环境条件，往往是由于地理纬度、海拔、季节、昼夜的变动以及其他制冷设备的工作等原因造成的。
在开发电子产品的过程中，为了充足低温储存和工作的需要，我国目前正在规划建设一个比较大型的低温环境试验室。
一些现有的低温试验室也面临着设备升级、技术改造等问题。
模拟低温环境，该技术面临着技术进展的挑战和新的进展机遇。
其他一些工业产品对低温环境适应性的讨论也越来越广泛和深入。
二、低温环境影响分析1、对电子仪器金属材料的不利影响在一般电子仪器中，钢材等金属材料在低温环境下强度会下降，材料简单变脆，尤其是抗冲击载荷的本领悟有确定程度的下降。
假如电子仪器在低温环境下，它们很简单断裂。
不同材料的电子仪器具有不同的低温脆化温度。
当电子仪器处于低温状态时，大部分脆性破坏通常发生在相邻的焊接区域或焊接区域，这是由焊接区域的裂纹引起的。
因此，工作人员应特别注意电子仪器金属材料焊接区的低温脆化问题。
2、对电子仪器非金属材料的不利影响电子仪器的塑料、橡胶等非金属制品在低温环境下会变硬、开裂、变脆，强度会下降到确定程度，失去原有的弹性，减弱电子仪器的密封性而橡胶的需求削减功能，甚至失效。
塑料在应力下的位置及其简单断裂。
例如，在低温环境下使用的电子仪器，由于塑料结构件在受到低级冲击应力后易脆化断裂，简单脱落，导致电子仪器无法正常使用。
3、对电子元器件的不利影响电子元器件的电容、电阻等性能参数会因低温环境而发生变动，进而影响测量仪器、自动掌控系统、电器仪表的功能性能。
4、低温环境引起的冷缩在低温环境下，大部分电子仪器材料会产生确定的冷缩，而电子仪器材料的冷缩会产生以下不良影响：（1）电子仪器与机械的搭配会间歇性变动，机械的相对工作动作会变慢，甚至卡死；（2）电子仪器材料的冷缩会使仪器相关部件变形甚至断裂；（3）电子仪器材料预冷后的收缩会直接影响仪器的测试精度，进而影响测量结果，甚至导致安全事故。
红外热成像系统低温极限成像探测分析
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摘要：从普朗克黑体辐射定律 出发，通过计算，得到不同温度下景物的辐射 出射度，推导 出真空低温
密闭环境 中景物辐射通过光学系统进入红外探测器 的辐射通量的计算公式， 得到了探测器接 收到的辐 射通量， 究了影响探测器性 能的主要噪声， 研 并且计算 了系列红外探测器 的最小可探测功率，进而分
红外焦平面探测器原理-概述说明以及解释
红外焦平面探测器原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述红外焦平面探测器是一种具有广泛应用价值的光电探测器，它能够对红外辐射进行高效、高灵敏度的检测和测量。
红外焦平面探测器的原理是基于材料的红外辐射响应特性以及焦平面阵列的工作原理。
红外焦平面探测器在许多领域中具有重要的应用，包括军事、安防、医疗、航空航天等。
它能够实现夜视、目标探测、温度测量等功能，在战争、反恐、火灾救援等工作中发挥着不可替代的作用。
红外焦平面探测器的工作原理是利用材料与红外辐射的相互作用，将红外辐射转化成电信号。
通过光学系统将红外辐射聚焦到焦平面阵列上，每个像素都能够独立地检测和测量红外辐射信号。
这些信号经过放大和处理后，可以得到目标的红外辐射分布情况和强度。
红外焦平面探测器的核心部件是焦平面阵列，它由众多微小的探测单元组成。
这些探测单元通常采用半导体材料，如硅基或砷化镓等。
它们具有很高的响应度和灵敏度，能够在较低的红外辐射强度下实现可靠的探测和测量。
随着红外焦平面探测技术的不断发展，红外焦平面探测器的性能和应用领域也在不断扩展。
新的材料和工艺的应用使得红外焦平面探测器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更广的波段范围。
未来，红外焦平面探测器有望在军事侦察、航空航天探测、医疗诊断等领域取得更多的突破和应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文主要围绕红外焦平面探测器的原理展开论述，共分为以下几个部分：第二部分：红外焦平面探测器的基本原理这一部分将介绍红外焦平面探测器的基本概念及其组成结构。
首先会对红外辐射的特性进行简要描述，为后续理解红外焦平面探测器的工作原理打下基础。
然后，将详细介绍红外焦平面探测器的组成结构，包括光学系统、红外感光器件等部分，以帮助读者了解其工作原理的关键要素。
第三部分：红外焦平面探测器的工作原理这一部分将深入探讨红外焦平面探测器的工作原理。
首先会对红外焦平面探测器的工作过程进行整体概述，包括信号采集、信号处理等环节。
红外测温方法的工作原理及测温(自己总结的)
红外测温方法的工作原理及测温仪在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm 的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的,温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。
传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。
目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。
表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。
表1 常用测温方法对比测温方法 温度传感器 测温范围（°C ）精度（%） 接触式 热电偶 -200～1800 0.2～1.0 热电阻 -50～300 0.1～0.5 非接触式 红外测温 -50～3300 1 其它示温材料-35～2000<11 红外测温仪的工作原理及特点1.1 黑体辐射与红外测温原理一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。
物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。
因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称为灰体。
应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。
红外传感器的工作原理及实际应用
红外传感器的工作原理及实际应用引言：宇宙间的任何物体只要其温度超过零度就能产生红外辐射，事实上同可见光一样，其辐射能够进行折射和反射，这样便产生了红外技术，利用红外光探测器因其独有的优越性而得到广泛的重视，并在军事和民用领域得到了广泛的应用。
军事上，红外探测用于制导、火控跟踪、警戒、目标侦查、武器热瞄准器、舰船导航等；在民用领域，广泛应用与工业设备监控、安全监视、救灾、遥感、交通管理以及医学诊断技术等。
红外探测就是用仪器接受被探测物发出或者反射的红外线，从而掌握被测物所处位置的技术。
作为红外探测系统的核心期间，红外传感器（也称为红外探测器）的研究成为一个热点。
红外传感器的测量原理的理论依据定义：红外传感器（也称为红外探测器）是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件。
红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
首先了解一下红外光。
红外光是太阳光谱的一部分，红外光的最大特点就是具有光热效应，辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。
红外光一种不可见光，与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。
红外光在真空中的传播速度为3×108m/s。
红外光在介质中传播会产生衰减，在金属中传播衰减很大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收非常大。
不同的气体对其吸收程度各不相同，大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带。
研究分析表明，对于波长为1～5μm、8～14μm区域的红外光具有比较大的“透明度”。
即这些波长的红外光能较好地穿透大气层。
自然界中任何物体，只要其温度在绝对零度之上，都能产生红外光辐射。
红外光的光热效应对不同的物体是各不相同的，热能强度也不一样。
解析各种红外传感器的工作原理及特性
解析各种红外传感器的工作原理及特性红外线是一种人类肉眼看不见的光，所以，它具有光线的所有特性，所有高于绝对零度即－273℃的物质都可以产生红外线。
根据红外线的特性，红外线被应用于多种传感器中，比如红外温湿度传感器、人体红外探测器等等。
红外传感器也根据发出方式和能量转换方式分为不同的类型。
下面，让我们具体了解一下不同红外传感器的工作原理及特性。
根据发出方式不同，红外传感器可分为主动式和被动式两种。
一、主动红外传感器主动红外传感器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。
当遇到树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。
主动红外探测器技术主要采用一发一收，属于线形防范，现在已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双受，最大限度的降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。
由于红外线属于环境因素不相干性良好（对于环境中的声响、雷电、振动、各类人工光源及电磁干扰源，具有良好的不相干性）的探测介质；同时也是目标因素相干性好的产品（只有阻断红外射束的目标，才会触发报警），所以主动式红外传感器将会得到进一步的推广和应用。
二、被动红外传感器被动红外传感器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。
传感器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。
红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。
这种传感器是以探测人体辐射为目标的。
所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。
为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
被动红外传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。
红外探测器生产工艺流程
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红外火焰探测器的基本常识和保养 探测器如何做好保养
红外火焰探测器的基本常识和保养探测器如何做好保养一、火灾是由物体在空气或氧气中发光、发热的一种燃烧现象，多指发出热、烟、火焰的燃烧现象。
火灾初期开始火焰燃烧表现出双红单红特有的特征，即火焰中含有肉眼无法辨别的不同波长的紫外线和红外线。
二、红外火焰探测器目前除已有的红外火焰探测器和双波红外火焰探测器以外，三波长红外火焰探测器接受了三个对红外线敏感的红外传感器，对特定范围内的火灾红外辐射波上进行侦测。
接受可编程的运算法则，核对三个传感器接收到的数据比例和相互关系。
独有的内置微处理器确保其对错误报警具有极高的免疫力。
该探测器广泛应用于汽油、煤油、柴油、航空汽油、液压油、碳氢化合物：乙烯、聚乙烯、天然气、民用燃气、液化石油气、甲烷、乙烷、丙烷等火焰检测。
三波段红外火焰探测器的探测距离可达45米。
探测器能够在高/低温，高湿，震动等最苛刻的环境下工作。
三、火焰探测器融合了探测紫外线波长的紫外探测器和探测红外线波长的红外探测器，合而为紫外/红外复合型探测器。
紫外/红外复合型火焰探测器仅对特定的相对短小的波长段敏感，可以最大程度地削减因四周非火灾因素而引起的误操作，并且还带有高感度的传感器，可以用最小的消费电流达到最大的灵敏度，同时加强了对火焰的判定功能，提高了火灾探测的可信度。
红外火焰探测器适用于无烟液体和气体火灾、产生明火以及产生爆燃的场所。
例如：航天工业、飞机库、飞机修理场、化学工业、道路隧道、弹药和爆炸品仓库、油漆工厂、石油化工企业、天然气勘探生产企业、制药企业、发电站、印刷企业、易燃材料仓库等可燃物含碳物质的其他场合。
四、红外火焰探测器的保养与注意事项：1、红外火焰探测器在上电时有10s的复位时间，在该时间段内，红外火焰探测器不响应任何火警信号；待电源指示灯变绿后，方能正常工作；火警发生时，指示灯变为红色。
2、红外火焰探测器接入系统时，应提前完成其测试工作：将火焰处于红外火焰探测器的有效视角范围内，持续快速抖动火焰或煽动火焰，使火焰连续闪亮，察看其报警功能和探测距离。
远红外芯片
远红外芯片远红外芯片（Far Infrared Chip）远红外芯片是一种能够发射和接收远红外光信号的芯片。
远红外光波长较长，通常在3-100微米的范围内，可以穿透大气层，并能够与物体表面进行热辐射的能力。
因此，远红外光在很多领域都有重要的应用，如红外线热成像、夜视仪、通信和医疗等。
远红外芯片的核心部分是红外探测器。
传统的红外探测器主要有热电偶、热敏电阻和半导体探测器等。
这些探测器通常需要在低温环境下工作，且对环境光和杂散光非常敏感。
然而，远红外芯片采用了新型的红外探测器，能够在常温下工作，且对环境光和杂散光具有较好的抗干扰能力。
远红外芯片的工作原理是利用物体的热辐射特性。
物体表面的温度越高，发射的远红外光信号越强，反之亦然。
远红外芯片通过接收物体发射的远红外光信号，并将其转换为电信号进行处理。
通常，远红外芯片会包含一个红外焦平面阵列，用于接收远红外光信号并将其转换为电信号的图像。
然后，芯片内部的信号处理电路会对电信号进行放大、滤波和数字化处理，最终得到一个远红外图像。
这样，我们就可以通过远红外芯片来观察物体的热辐射图像。
远红外芯片在红外线热成像领域有广泛的应用。
热成像技术通过对物体表面的热辐射进行探测和分析，可以实现非接触式的温度测量和图像显示。
远红外芯片能够快速、高效地对物体进行热成像，具有分辨率高、频响宽等优点。
因此，它在军事侦察、工业在线检测和医学诊断等方面有着重要的应用。
例如，在军事侦察中，远红外芯片可以用于探测和识别在夜间进行隐蔽行动的敌方人员和装备；在工业在线检测中，远红外芯片能够检测和监控生产过程中设备的异常热量分布，及时进行故障排查和预警；在医学诊断中，远红外芯片可以用于检测和识别人体表面的热辐射，对体温异常进行诊断和追踪。
总之，远红外芯片是一种能够发射和接收远红外光信号的芯片。
它采用了新型的红外探测器，能够在常温下工作，并对环境光和杂散光具有较好的抗干扰能力。
远红外芯片在红外线热成像领域具有广泛的应用，能够实现非接触式的温度测量和图像显示，对军事、工业和医学等领域都有着重要的意义。
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主动热红外探测器
主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控 制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光 学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用， 以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的 光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分 遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变 化，从而启动报警控制器发出报警信号。
光电导探测器（光敏电阻）
当半导体吸收入射光子后，半导体内有些电子和空穴从 原来不导电的束缚状态转变到能导电的自由状态，从而使 半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应。利用半 导体的光电导效应制成的红外探测器叫做光电导探测器， 是目前，它是种类最多应用最广的一类光子探测器。
光生伏特探测器
在物理中关于半导体的机理曾指出，在P型，N型半导 体接触面处会形成一个阻挡层，或者称为P-N结，阻挡层内 存在内电场E，如果光照射在结附近，由光子激发而形成光 生载流子(电子-空穴对)，由于内电场的作用，光生载流子 的电子就会跑到N区，而空穴就跑到P区，这时在P-N结两侧 就会出现附加电位差，这一现象称为“光生伏特”效应。 此时若用导线将PN两端连接起来，电流就会由P型半导体经 导线流至N型半导体。为了使较多的光生载流子能被结上的 电压分开，就要使光照面尽可能靠近P-N结。
光生伏特探测器
光磁电探测器
在样品横向加一磁场，当半导体 表面吸收光子后所产生的电子和空穴 随即向体内扩散，在扩散过程中由于 受横向磁场的作用，电子和空穴分别 向样品两端偏移，在样品两端产生电 位差。这种现象叫做光磁电效应。利 用光磁电效应制成的探测器称为光磁 电探测器(简称PEM器件)。这类探测器 不需要致冷，可响应到7微米，时间常 数也小。但由于其灵敏度较前两种低 ，故目前应用较少。
普朗克黑体辐射定律
普朗克黑体辐射定律图示
德国物理学家马克思•普朗克
维恩位移定律
维恩位移定律说明了一个物体越热，其辐射谱的波长越短（或者说其辐射谱的频率越高）。
红外辐射原理
物体发出的辐射，大都要通过大气才能到达红外光学 系统。由于大气中二氧化碳、水汽等气体对红外辐射会产 生选择性吸收和其他微粒的散射，使红外辐射发生不同程 度的衰减。人们把某些衰减较小的波段，称为大气窗口。 在0.76～20微米波段内有3个大气窗口:1～2.7微米,3～5微 米，8～14微米。目前红外系统所使用的波段，大都限于上 述大气窗口之中（大气窗口还与大气成份、温度和相对湿 度等因素有关）。由于红外系统所探测的目标处于各自的 特定背景之中，从而使探测过程复杂化。因此，在设计红 外系统时，不但要考虑红外辐射在大气中的传输效应，还 要采用抑制背景技术，以提高红外系统探测和识别目标的 能力。
红外探测器的分类
• 热探测器：热探测器吸收红外辐射后，温度升高，可以使 探测材料产生温差电动势、电阻率变化，自发极化强度变 化，或者气体体积与压强变化等，测量这些物理性能的变 化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。分别利用上 述不同性能可制成多种热探测器 • 光子探测器：光子探测器吸收光子后，本身发生电子状态 的改变，从而引起内光电效应和外光电效应等光子效应， 从光子效应的大小可以测定被吸收的光子数。
COMS电子集成电路
CMOS是单词的首字母缩写，代表互补的金属氧化物半 导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，它指 的是一种特殊类型的电子集成电路(IC)。集成电路是一块 微小的硅片，它包含有几百万个电子元件。术语IC隐含的 含义是将多个单独的集成电路集成到一个电路中，产生一 个十分紧凑的器件。在通常的术语中，集成电路通常称为 芯片，而红外探测器前外辐射特性。为研究各种不同物体的红 外辐射，人们用理想辐射体──绝对黑体（简称黑体）作基准。能吸 收全部入射的辐射而没有反射的物体称为黑体。良好的吸收体必然也 是良好的辐射体,因此黑体的辐射效率最高，其比辐射率定为1。任何 实际物体的辐射发射量与同一温度下黑体的辐射发射量之比,称为该 物体的比辐射率，其值总是小于1。物体的比辐射率，与物体的材料 种类、表面特性、温度、波长等因素有关。黑体的辐射特性可用普朗 克定律描述，该定律给出了黑体辐射作为温度函数的光谱分布。对某 一温度，辐射量最大的波长与其温度的乘积为常数，这个关系称维恩 定律（适用于在温度较低，波长较短的范围内）。对所有波长积分所 得到的总辐射量与温度的四次方成正比，这个关系称为斯蒂芬－玻尔 兹曼定律。
低温与红外探测器
在红外探测领域，为了提高信号检测的灵敏度，要求有 些探测器要在低温下工作，需采用致冷器。致冷器有辐射 致冷器、热电致冷器和冷冻剂致冷器等。采用何种致冷器 ，需视系统结构、所用探测器类型和使用环境而定。
低温与红外探测器
红外探测器经低温冷却后，响应时间缩短、灵敏度提 高、响应波长展宽、受限背景噪声减小。常用的红外探测 器大多只需要77K温度,而且多使用开放的液氮传输式制冷 器或焦耳－汤姆逊节流制冷器。在远红外波段，为提高探 测率和灵敏度,通常还须用液氖温区30K左右的低温恒温容 器和斯特林制冷机来冷却，如锗掺汞、镉汞等红外探测器 材料。
红外探测器为什么要在低温下工作
第八小组：潘兴薇 胡智航
汪剑文 张 萌
红外探测技术
不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段 的，该波段的红外光处在可见光波段之外。因此人们可以 利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标的探测与跟 踪。将不可见的红外辐射光探测出并将其转换为可测量的 信号的技术就是红外探测技术。
红外探测技术
红外探测技术的优点
• 环境适应性优于可见光，尤其是在夜间和恶劣天候下的工 作能力 • 隐蔽性好，一般都是被动接收目标的信号，比雷达和激光 探测安全且保密性强，不易被干扰 • 由于是目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射 特性进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光 • 与雷达系统相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低
红外系统工作原理
红外系统一般由红外光学系统、红外探测器、信号放大和处理、显示记录系统等组成。其工作 原理如图所示：
红外探测器工作原理
红外光学系统把目标的红外辐射集聚到红外探测器上 ，并以光谱和空间滤波方式抑制背景干扰。红外探测器将 集聚的辐射能转换成电信号。微弱的电信号经放大和处理 后，输送给控制和跟踪执行机构或送往显示记录装置。红 外光学系统的结构，一般可分为反射式、折射式和折反射 式三种，后两种结构需采用具有良好红外光学性能的材料 。
低温COMS电路性能分析
通过对常温下和低温下的性能研究，可以发 现其有着相似的特性，但也发现低温下的一些优 点尤其是验证了MOS管在低温下的阀值电压的变 化导致放大器工作特点的变化，从而对发放大器 的各性能参数都有着重要的影响，使得放大器的 特征频率下降。
热探测器
• 优点：对全部波长的热辐射（从可见光到极远红外)基本上 都有相同的响应。 • 缺点：反应时间较长，时间常数一般在毫秒级以上。
热探测器实例
• 液态的水银温度计及气动的高莱池（Golay cell）：利用 了材料的热胀冷缩效应。 • 热电偶和热电堆：利用了温度梯度可使不同材料间产生温 差电动势的温差电效应。 • 石英共振器非制冷红外成像列阵：利用共振频率对温度敏 感的原理来实现红外探测。
被动热红外探测器
在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热 释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外 信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有 抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体 移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人 体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应 到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测 器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的 温度的差异。
主动热红外探测器
被动热红外探测器
在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热 释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外 信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有 抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体 移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人 体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应 到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测 器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的 温度的差异。
红外探测器工作原理
红外探测器前的光学调制器，将目标辐射进行调制编码，以便 从背景中提取目标信号或目标的空间位置信息。前置放大器将探测器 输出的微弱信号进行初级放大，并给探测器提供合适的偏置条件。它 的噪声指数很低，从而使探测器的噪声有可能成为系统的极限噪声。 信号处理系统把前置放大器输出的信号进一步放大和处理，从信号中 提取控制装置或显示记录设备所需的信息。一般非成像系统视目标为 点辐射源，相应的信号处理、显示记录系统比较简单。红外成像系统 ，通常需将目标红外辐射转换成黑白照片和假彩色照片或电视图像。 这种图像不象可见光照相机所得的图像那样直观，它反映的是目标的 辐射温度分布。
被动热红外探测器
另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形 式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦 作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个 作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区 的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外 信号，这样PIR就能产生变化的电信号。
热探测器实例
• 测辐射热计：利用材料的电阻或介电常数的热敏效应—辐 射引起温升改变材料电阻—用以探测热辐射。因半导体电 阻有高的温度系数而应用最多，测温辐射热计常称“热敏 电阻”。另外，由于高温超导材料出现，利用转变温度附 近电阻陡变的超导探测器引起重视。如果室温超导成为现 实，将是21世纪最引人注目的一类探测器。 • 热释电探测器：有些晶体，如硫酸三甘酞、铌酸锶钡等， 当受到红外辐射照射温度升高时，引起自发极化强度变化 ，结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间产生 微小电压，由此能测量红外辐射的功率。