2.红外基本原理介绍
红外发射工作原理
红外发射工作原理
红外发射是一种利用红外辐射原理的技术，其工作原理主要分为两个步骤：激励和辐射。
首先，需要提供一定能量的激励，以使红外发射器处于激发状态。
这种激发形式可以是热电、电磁场激发或电流激励。
其中，热电激发是最常用的方法，其通过施加电流使在红外发射器中的材料发热，从而达到激发状态。
接下来，处于激发状态的红外发射器会辐射出红外光线。
这是由于激励状态下，红外发射器内的电子会发生能级跃迁，从而产生红外辐射光子。
这些光子的能量范围通常在红外光谱的波长区间内。
红外辐射光线的特点是它的波长较长，无法被人眼直接观察到。
由于红外辐射的能量相对较低，因此红外发射器通常需要通过激励来提供足够的能量才能辐射出足够强度的红外光线。
红外发射技术在很多领域中有着广泛的应用，例如红外遥控、红外传感器、红外通信等。
通过掌握红外发射的工作原理，我们可以更好地理解和应用这项技术。
红外发射的原理
红外发射的原理
红外发射是指通过物体发射红外辐射，它是由物体的热能引起的电磁辐射。
物体的温度越高，发射的红外辐射能量就越强。
物体的温度决定了其内部原子和分子的热运动情况。
在室温下，物体的原子和分子以不同的速度运动，相互之间发生碰撞。
这些碰撞导致了原子和分子之间的能量转移。
有些分子在碰撞之后，会处于一个高能级的激发态，这时候它们具有较高的能量。
当物体从高温环境向低温环境散热时，激发态的分子会通过激发态和基态之间的跃迁，将能量以电磁波的形式释放出来。
这些电磁波就是红外辐射。
红外辐射的频率范围一般在可见光的红外区域，即0.75到1000微米之间。
物体的发射红外辐射的强度与其温度相关。
根据黑体辐射理论，物体的辐射功率与其表面温度的四次方成正比。
这就是为什么我们通常认为较高温度的物体发射的红外辐射更强。
红外发射具有许多应用。
例如，红外传感器利用物体的红外辐射来检测其温度和存在，被广泛应用于夜视、红外摄影、红外热像仪等领域。
红外技术还用于遥控器、红外雷达等设备中。
总的来说，红外发射是由物体的热能引起的电磁辐射，温度越高，发射的红外辐射能量越强。
它具有广泛的应用领域，为人们的生活和科学研究提供了很多便利。
红外通信的基本原理
红外通信的基本原理红外通信作为一种无线通信技术，在现代社会的各个领域都有着广泛的应用。
其基本原理是利用红外线作为信息的传输媒介，通过发送端将信息编码成红外光信号，再由接收端解码还原成原始信息。
红外通信技术具有传输速度快、安全性高、干扰少等优点，因此在遥控器、红外对讲、红外测温等领域得到了广泛应用。
红外通信的基本原理是利用红外线这一特定波长的电磁波来传输信息。
红外线波长范围在可见光和微波之间，具有较强的穿透性，因此适合用于近距离通信。
红外线在光学、电子等领域有着重要的应用价值。
红外通信系统通常由发送端和接收端两部分组成。
发送端通过红外发射器将信息信号转换成红外光信号，发送到接收端。
接收端的红外接收器接收到红外光信号后，将其转换成电信号，经过解码处理后还原成原始信息。
整个过程实现了信息的传输和接收。
红外通信的基本原理是通过调制解调技术来实现信息的传输。
发送端通过调制器将要传输的信息信号转换成一定频率的红外光信号，再由解调器在接收端将接收到的红外光信号转换成原始信息信号。
这样就实现了信息的传输和接收。
在红外通信系统中，编码和解码是至关重要的环节。
发送端将信息信号通过编码器转换成特定的编码格式，再送入调制器进行调制。
接收端收到红外光信号后，首先经过解调器解调，再由解码器将编码格式转换成原始信息信号。
编码和解码的准确性直接影响到信息的传输质量。
红外通信技术在现代社会的各个领域都有着广泛的应用。
在家庭生活中，遥控器、红外对讲等设备都是基于红外通信技术工作的。
在工业领域，红外测温仪、红外监控系统等设备也是利用红外通信技术实现信息传输。
此外，在医疗、军事、航空航天等领域，红外通信技术也发挥着重要作用。
总的来说，红外通信的基本原理是利用红外线作为信息的传输媒介，通过编码、调制、解调、解码等技术实现信息的传输和接收。
红外通信技术具有传输速度快、安全性高、干扰少等优点，在现代社会得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步，红外通信技术将会有更广阔的发展空间，为人类的生活带来更多便利和安全。
4红外光谱基本原理
4红外光谱基本原理红外光谱是一种通过分析物质在红外区域吸收、发射和散射的辐射来研究其结构和组成的技术。
它是一种非常有用的分析工具，广泛应用于物质科学、生命科学、环境科学等领域。
下面将详细介绍红外光谱的基本原理。
1.基本概念：红外光波长介于可见光和微波之间，其波长范围为0.78-1000微米。
红外光谱实验中常使用的是3个区域：近红外（0.78-2.5微米）、中红外（2.5-25微米）和远红外（25-1000微米）。
不同的分子结构会因为特定波长的红外光而发生吸收，产生特征性的光谱图像。
2.能谱原理：红外光谱实验中，光源会发射包含多种波长的光线，传到样品后被样品吸收或散射，再经过光栅或薄膜进行分光，最后检测器接收信号并转化为光谱图像。
光谱图像的x轴表示波数，即波长的倒数，单位为cm-1；y 轴表示吸光度。
3.振动原理：分子中的原子围绕在它们的平衡位置附近振动，不同的结合方式会导致不同的振动模式。
红外光谱实验中，主要研究分子的拉伸振动和弯曲振动。
拉伸振动是分子的化学键的伸缩；弯曲振动是分子中的原子围绕一些化学键弯曲。
不同的化学键和分子之间的间隔或角度会导致不同的红外吸收峰。
4.红外光谱图谱：红外光谱图谱是反映分子结构和成分的图形。
图谱中的吸收峰可以用于标识和鉴定化合物。
常见的红外光谱图谱包括：指纹区、功能性基团区和吸收强度区。
指纹区是红外光谱的特征区域，提供物质的结构信息。
功能性基团区是一些特定波数的吸收峰，可以用于确定分子中的官能团。
吸收强度区用于衡量不同光谱峰的强度。
5.红外光谱应用：红外光谱广泛应用于各个领域，如医学、生物学、化学、环境科学和材料科学等。
在医学领域，红外光谱被用于研究生物分子的结构和功能，如蛋白质、核酸、糖类等。
在生物学研究中，红外光谱可用于检测细胞的化学组成和分子结构。
在环境科学中，红外光谱可用于监测大气污染物、检测土壤中的有害物质等。
在材料科学中，红外光谱被广泛用于材料的表面和界面分析、材料结构研究以及材料的表征等。
红外线的基本原理
红外线的基本原理1. 红外线的定义红外线（Infrared Rays）是指波长长于可见光波长的电磁辐射，它的波长介于无线电波和可见光之间，常用于无线通信、热成像、遥感和物体检测等领域。
2. 红外线的产生红外线的产生主要有以下几种方式： 1. 热辐射：所有物体在绝对零度(-273.15℃)以上都会发出红外辐射，其强度与物体的温度成正比。
2. 能量转换：通过电流或电压的作用，将电能转化为红外辐射。
3. 光学转换：通过激光或LED发射特定频率的光，再通过材料的吸收、反射或透过等，转换为红外辐射。
4. 化学反应：某些特定的化学反应会产生红外辐射。
3. 红外线的特性红外线具有以下特性： 1. 穿透性：红外线在空气、玻璃、塑料等透明媒介中的传播能力较强。
2. 能量性：红外线的能量低于可见光，但高于无线电波，可被物体吸收并转化为热能。
3. 方向性：红外线的传播遵循直线传播原理，不具备强烈的散射现象。
4. 干扰性：红外线受到气象条件、灰尘、烟雾等因素的干扰较大。
4. 红外线的分类红外线按照波长可分为以下几个类别： 1. 远红外线：波长大于25微米，主要用于遥感探测、红外热像仪等领域。
2. 中红外线：波长介于2.5-25微米之间，主要用于红外热像仪、热成像设备、红外线测温等领域。
3. 近红外线：波长介于0.75-2.5微米之间，主要用于红外线通信、红外遥控、红外测距等领域。
5. 红外线的探测原理红外线的探测原理主要有以下几种： 1. 热电效应：当被红外线照射的物体温度不同于探测器的环境温度时，通过红外线的能量转换成探测器上的温升，产生微弱的热电流信号，经放大后可用于检测和测量。
2. 光电效应：红外线照射到半导体材料上时，光子的能量被半导体材料的电子吸收，使电子获得足够的能量跃迁到导带，导致半导体的电导率改变，进而产生电信号。
3. 光吸收：红外辐射被物体吸收后，物体的温度会发生变化，通过测量物体的热辐射能量的变化，来判断物体的温度变化。
红外传感器的原理
红外传感器的原理
一、红外传感器的原理
1、什么是红外传感器
红外传感器是一种利用“热”原理，能够检测周围环境中物体温度和红外能量的传感器。
它能够清楚地探测到温度和红外辐射，通常用于各种机器人和导航系统。
2、红外传感器的工作原理
红外传感器具有良好的灵敏度，能够有效地检测到周围环境中物体的温度和红外辐射。
红外传感器的工作原理是，物体中的温度和红外辐射被探测器感应，然后转换成电信号输出，最终根据电信号的强弱来处理外部环境的信息。
3、红外传感器的特点
红外传感器具有良好的灵敏度，可以探测到物体的温度和红外辐射，并能够精确地检测到小变化的温度。
另外，红外传感器可以用于夜晚的环境检测，因为它可以检测到红外辐射，而不受光强度的影响。
此外，由于红外传感器具有低功耗、精确度高、安装方便等优点，多用于飞行器、机器人、工业自动化系统等的环境检测和导航系统。
4、红外传感器的应用
红外传感器的主要应用领域有：
（1）飞行器环境检测：利用红外传感器能够准确地检测到周围环境的热源，从而控制飞行器的安全性和性能。
（2）机器人环境检测：利用红外传感器能够准确地检测到周围
环境中物体的温度和红外辐射，有效地为机器人的行为提供参考。
（3）导航系统：红外传感器能够检测到红外辐射，多用于夜间的导航系统，以便有效地定位和跟踪。
红外制导的原理
红外制导的原理红外制导技术是一种利用红外线来实现目标探测、跟踪和制导的技术手段。
它广泛应用于导弹制导、火控系统、无人机、红外夜视设备等领域。
红外制导技术的原理是利用目标发出的红外辐射来进行探测和识别，然后通过计算机算法来实现目标的跟踪和制导。
本文将从红外辐射的特点、红外探测器的原理、红外制导系统的组成等方面来介绍红外制导技术的原理。
红外辐射的特点。
红外辐射是一种波长长于可见光而短于微波的电磁波，其波长范围大约在0.7μm到1000μm之间。
由于大多数物体的温度都在绝对零度以上，所以它们都会发出红外辐射。
而且不同温度的物体会发出不同强度和频谱分布的红外辐射，这为红外探测和识别目标提供了基础。
红外探测器的原理。
红外探测器是红外制导技术的核心部件，它的主要作用是将目标发出的红外辐射转换成电信号。
常见的红外探测器有热释电探测器、光电二极管探测器和焦平面阵列探测器等。
其中，热释电探测器是利用目标的红外辐射使探测器产生温度变化，进而产生电信号；光电二极管探测器则是利用半导体材料的光电效应来将红外辐射转换成电信号；而焦平面阵列探测器则是将红外辐射聚焦到一组微小的光电二极管上，再将其转换成电信号。
这些探测器可以根据不同的应用需求进行选择和组合。
红外制导系统的组成。
红外制导系统主要由红外探测器、信号处理器、跟踪器、制导器和显示器等部件组成。
红外探测器负责将目标发出的红外辐射转换成电信号，然后经过信号处理器进行信号放大、滤波和数字化处理；接着信号经过跟踪器进行目标的跟踪和定位，最终通过制导器来实现对目标的制导。
在一些特殊应用中，还需要通过显示器来显示目标的图像和信息。
红外制导技术的应用。
红外制导技术在军事、航空航天、民用安防等领域有着广泛的应用。
在军事领域，红外制导技术被应用于导弹、火炮、无人机等武器系统中，可以实现对目标的精确打击；在航空航天领域，红外制导技术被应用于飞行器的导航和控制系统中，可以实现飞行器的自主导航和打击能力；在民用安防领域，红外制导技术被应用于红外夜视设备、监控摄像头等设备中，可以实现对夜间目标的探测和监视。
红外光谱知识点
红外光谱知识点一、红外光谱的基本原理。
1. 概念。
- 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱。
2. 分子振动类型。
- 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动，又分为对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。
例如，对于亚甲基（-CH₂ -），对称伸缩振动时两个C - H键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动时一个C - H键伸长，另一个缩短。
- 弯曲振动：又称变形振动，是使键角发生周期性变化而键长不变的振动。
它包括面内弯曲振动（如剪式振动δ、面内摇摆振动ρ）和面外弯曲振动（如面外摇摆振动ω、扭曲振动τ）等。
以水分子为例，H - O - H的键角可以发生弯曲变化。
3. 红外吸收的条件。
- 分子振动必须伴随偶极矩的变化。
具有对称中心的分子，如二氧化碳（O = C = O），其对称伸缩振动不产生偶极矩变化，所以在红外光谱中没有该振动的吸收峰；而不对称伸缩振动产生偶极矩变化，有吸收峰。
- 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等。
根据E = hν（h为普朗克常量，ν为频率），只有当红外光的频率与分子振动频率相匹配时，才会发生吸收。
二、红外光谱仪及其工作原理。
1. 仪器类型。
- 色散型红外光谱仪：主要由光源、单色器、样品池、检测器和记录系统等部分组成。
光源产生的红外光经过单色器分光后，依次通过样品池和参比池，被样品吸收后的光强与参比光强比较，检测器检测光强的变化并转换为电信号，经记录系统得到红外光谱图。
- 傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）：基于迈克尔逊干涉仪原理。
光源发出的光经过干涉仪后变成干涉光，再照射到样品上，样品对干涉光有选择地吸收，含有样品信息的干涉光被检测器检测，经计算机进行傅里叶变换处理后得到红外光谱图。
它具有分辨率高、扫描速度快、光通量高等优点。
红外光的基本原理
红外光的基本原理红外光的基本原理是指在红外光频段内的光电辐射现象及其关联的物理原理。
红外光是电磁波的一种，其频率介于可见光和微波之间。
红外光可以被人眼所感知，但无法用肉眼直接观察。
在红外光的应用领域中，如红外成像、红外通信、红外物体探测等，了解其基本原理是非常重要的。
首先是红外辐射。
根据黑体辐射定律，任何物体在温度高于绝对零度时，都会发射热辐射。
这种热辐射包括红外光。
物体的温度越高，其发射的红外光强度越大。
这也是为什么我们可以通过红外光来测量物体的温度，如红外热像仪的原理。
接下来是红外感应。
红外感应是通过物体对红外辐射的感应来实现的。
人体、动物和其他物体都可以发射一定强度的红外辐射。
当这些红外辐射进入红外感应器件（如红外传感器、红外探测器）时，会产生其中一种电信号，用于检测物体的存在或活动。
这种原理在安防领域广泛应用，如红外报警系统。
然后是红外吸收。
不同物质对红外光的吸收特性是不同的。
红外光在物质中传播时，会与分子、原子等微观粒子相互作用。
物质可以选择性地吸收红外光的一些特定频率或波长，而其他频率或波长则会透射或反射。
这种吸收特性可用于分析物质的组成和结构，如红外光谱学，广泛应用于化学、药物和环境等领域。
最后是红外成像。
红外成像是利用物体对红外辐射的反射、辐射和散射特性，将其转化为可视图像。
当物体接收到外界的红外辐射后，会发生热能的转移和散射，而这种热能的转移和散射会导致物体表面温度的变化。
红外成像设备通过捕捉并分析这种温度变化，可以将物体的热分布以图像的形式呈现出来。
这种成像技术广泛应用于医学、军事和工业领域。
总之，红外光的基本原理可以归结为红外辐射、红外感应、红外吸收和红外成像。
理解和应用这些基本原理，可以帮助我们更好地探索和利用红外光在各个领域中的潜力和优势。
红外发射原理
红外发射原理红外发射是一种常见的无线通信技术，也是许多电子设备中常用的一种功能。
它通过发射红外光信号来进行数据传输或者控制设备，比如遥控器、红外感应器等。
那么，红外发射是如何实现的呢？接下来，我们将深入探讨红外发射的原理。
首先，我们需要了解红外光的特性。
红外光是一种波长较长的电磁波，它的频率介于可见光和微波之间。
由于红外光波长长，人眼无法看到它，但许多电子设备都能够感应和发射红外光。
红外发射的原理主要是通过红外发射二极管来实现的。
红外发射二极管是一种能够发射红外光的半导体器件，它工作时会产生红外光信号。
当我们使用遥控器控制电视或者空调时，遥控器上的按键会触发相应的红外发射二极管，使其发射特定频率的红外光信号。
这些红外光信号被接收器接收后，再转换成电信号，最终实现了设备的控制。
红外发射的原理并不复杂，但是在实际应用中需要注意一些问题。
首先，红外发射二极管需要工作在特定的电压和电流下，以保证它能够正常发射红外光信号。
其次，红外发射的距离和角度也需要考虑，不同的红外发射二极管在不同的工作条件下，其发射距离和角度可能会有所不同。
因此，在设计红外发射模块时，需要充分考虑这些因素，以确保设备能够稳定可靠地工作。
除此之外，红外发射还有一些其他的应用，比如红外遥控、红外感应等。
在红外遥控中，红外发射被广泛应用于各种家用电器和消费电子产品中，它能够实现远距离控制，操作简便。
而在红外感应中，红外发射则可以用于人体感应、物体检测等领域，实现智能化的控制和监测。
总的来说，红外发射是一种简单而有效的无线通信技术，它通过发射红外光信号实现数据传输和设备控制。
在现代电子设备中，红外发射得到了广泛的应用，为人们的生活和工作带来了便利。
随着科技的不断发展，相信红外发射技术也会不断得到改进和完善，为人们的生活带来更多的便利和乐趣。
红外基本原理介绍-PPT
• 物体材料, • 物体表面特征, • 表面朝向, • 物体表面几何结构, • 物体温度 • 红外波长、
Friday,
December 29,
8
2023
红外辐射
和可见光一样,红外辐射可以:
从物体表面反射、 被物体吸收、 穿透物体
– 对于灰体 : e < 1, e = 常数
• 一个发射率 < 1 得物体,并且随波长变化称之为实体、
– 对于实体: e < 1, e = f(l)
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December 29,
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2023
高温物体得普朗克定律
黑体辐射
可见光
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波长
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低温物体得普朗克定律
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December 29,
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2023
– 热能通过三种方式传递、 • 传导 – 固体、 • 对流 – 液体和气体 、 • 辐射 – 不需要媒介、
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对流
传导
热传递
辐射
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热传递
• 热量通常就是从高温处传到低温处,从而使得物体间温度升高或者降低、 • 通过热辐射传递得能量为:
W
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T
22
大气吸收
• 我们认为大气应该就是透明得
– 我们能看见可见光 – 大气对于可见光就是透明得
• 但就是大气对于所有波段并不就是透明得、
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December 29,
23
2023
红外线的原理
红外线的原理
红外线是一种电磁辐射，它的波长范围在0.75微米到1000微米之间。
人眼无法看到红外线，但许多动物和一些设备可以感知它。
红外线广
泛应用于通信、遥控、测温等领域。
红外线的产生
红外线是由热量产生的，所有物体都会发射红外线。
当一个物体受热时，分子会振动并发出辐射能量。
这些能量以电磁波的形式传播，并
被称为红外辐射或热辐射。
红外线的传播
与可见光一样，红外线也可以在空气中自由传播。
它们可以穿过某些
材料如玻璃和塑料，但会被其他材料如金属和水吸收或反射。
红外线的检测
为了检测红外线，需要使用特殊的器件如光敏二极管、光电二极管或
像素阵列。
这些器件可以将入射的光转换成电信号，并输出给其他设
备进行处理。
应用领域
由于其特殊的性质，红外线被广泛应用于不同的领域。
例如，红外线
遥控器可以通过发射红外信号来控制电视和其他设备。
红外线测温仪可以测量物体的表面温度，而无需接触它们。
红外线摄像机可以捕捉在黑暗中发出的热辐射，并显示图像。
总结
红外线是一种电磁辐射，由热量产生。
它可以在空气中自由传播，并被许多设备用于通信、遥控、测温等领域。
检测红外线需要使用特殊的器件，并将其转换成电信号进行处理。
第二节红外光谱法的基本原理
基频：每一种振动方式都有一个特征频率，叫基频； 基频峰：分子吸收红外光后，E0→E1引起的一个吸收峰。 倍频峰：分子吸收红外光后，E0→ E2，E0→ E3……引起的一系 列吸收峰。倍频峰通常很弱。 注意：理论上有几种振动方式就有几个吸收带。
二、红外光谱仪
两种：色散型红外仪和傅立叶变换型红外仪（FTIR）。 1、色散型红外光谱仪 色散型红外光谱仪的组成元件与紫外可见分光光度计元件相似， 其仪器原理示意图如下：
第二节 红外光谱法的基本原理 一、红外光谱的形成、条件和分子的运动
1、红外光谱的形成和产生条件 物质吸收红外光发生振动和转动能级的跃迁须满足两个条件： (1)红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的能量差 (2)分子振动时，偶极距的大小和方向必须有一定的变化
当一定波长的红外光照射样品时，如果分子中某个基团 的振动频率和它的一样，二者就会发生共振，此时光的能量通 过分子偶极距的变化传递给分子，这个基团就会吸收该频率的 红外光而发生振动能级的跃迁，产生红外吸收峰。
定，并与样品测定时的溶剂、浓度等有关。
3、峰位与特征形式频率 峰位：吸收峰出现的位置,用波长λ (cm)，或波γ (cm-1)表示。 由于分子中各个基团的振动不是孤立的，而是受分子整体以及 邻近基团的影响，还有测试条件的影响，所以即使是同种基团 在不同的化合物中、不同测试条件,其波长或波数也是不固定的。 影响峰位变化的因素： (1)、电子效应 A、诱导效应 由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，引起分子 中电子分布的变化，从而改变了键的力常数（K）,使基团的特 征吸收频率（从而使吸收波数）发生位移。
非极性的同核双原子分子在振动过程中偶极距也不发生 变化，无红外活性，如：H2 、N2、 O2、 Cl2 等。
第二章 红外光谱原理
1775 cm-1 1850 cm-1
CH2 CH2
1650 cm-1
1657 cm-1
1678 cm-1
1781 cm-1
1639 cm-1
1623 cm-1
1566 cm-1
1541 cm-1
4.氢键效应
分子内氢键：
分子内氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽
注意：分子内氢键，不受浓度影响
峰的吸收强度被强化。这种倍频与基频之间的振动
偶合称为费米共振。 如：苯甲酰氯
羰基：1730cm-1; C-Cl的伸缩振动频率875 cm-1, 其倍频峰与羰基发生费米共振，二者吸收强 度都增强。
8.化学键强度及原子杂化类型
化学键越强，力常数K越大，IR吸收频率越大。
C C
2150cm -1
C=C
1650cm-1
60
2867 3533 1328
40
2957
-CH3 -CH2 –CH –CHO –OCH3 3000-2700
911 948 979
1425
1225 1076 1116
20
3424
1378 1245
第二章
红外光谱（IR）
Chapter 2 Infrared spectra
基础知识介绍 红外光谱的重要区段 红外光谱在结构分析中的应用
第一节
红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
世界是运动的。世界上任何物质中的分子都 处于不停的运动中，分子运动总能量可表示为：
＋
E平
平动能
能量量子化 E=E激发态-E基态
剪式振动δ s：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
红外的原理
红外原理
红外原理是指红外辐射的产生和传播过程。
红外辐射是一种波长介于可见光和微波之间的电磁辐射。
原理中的关键是物体的温度。
所有物体都会通过热辐射的方式向周围环境发射能量，其主要以红外波段的辐射为主。
红外原理的实质是物体分子在发生振动和转动时所产生的电磁辐射。
物体的温度越高，分子振动和转动的速度越快，因此红外辐射的能量也越高。
红外辐射的频率和物体的温度成正比，这就是红外测温的基本原理。
红外辐射具有很强的穿透力，能够穿透大气和物体的一部分。
这样，红外辐射可以在没有直接视线的情况下感知和测量物体的温度。
通过红外传感器，可以把红外辐射转换为电信号，再经过处理和分析，就可以获取物体的温度信息。
红外技术在各个领域有着广泛的应用。
例如，红外传感器可以用于测温、安防监控、火灾报警等。
通过红外信号的检测和分析，可以实现自动控制和报警等功能。
总之，红外原理是基于物体温度和红外辐射的关系，通过红外传感器将红外辐射转换为电信号，从而实现对物体温度的测量和监测。
红外技术在许多领域都有着重要的应用，为我们的生活和工作提供了很大的便利。
红外光谱技术原理
红外光谱技术原理
红外光谱技术是一种广泛应用于化学、生物、环境科学等领域的分析方法。
它基于红外光与物质分子之间的相互作用，利用物质分子在红外区域吸收辐射能量的特性，从而获取物质的结构信息和化学组成。
红外光谱技术原理主要包括以下几个方面：
1. 分子振动能级：分子由原子构成，原子内部的电子和原子核之间通过化学键连接。
分子在红外区域的吸收与分子内部的振动有关。
分子振动可以分为对称振动和非对称振动，每种振动模式都对应着一个特定的振动频率。
当物质受到红外光的照射时，与其振动频率相符的红外光会被物质吸收，从而导致红外光谱上出现吸收峰。
2. 分子间和介观样：除了分子内部的振动，物质中的分子还可以通过分子间相互作用产生转动、结晶等其他形式的振动。
这些分子间的相互作用也会对红外光谱产生影响。
此外，红外光谱还可以用来研究介观结构或微观分析样品。
3. 光源和检测器：红外光谱仪通常采用黑体辐射源或者光纤光源作为红外光源。
经过物质吸收和散射之后的红外光进入检测器进行侦测。
常用的检测器包括红外光电倍增管、光导二极管阵列和傅里叶变换红外光谱仪。
4. 光谱图解：红外光谱仪输出的结果通常是一个红外光谱图，其横轴表示红外光波数或波长，纵轴表示吸收强度。
红外光谱
图上出现的吸收峰可以通过对比标准物质的红外光谱和文献数据进行解析，从而确定物质的化学结构和组成。
红外光谱技术原理的研究和应用不仅为各个领域的科学研究提供了强有力的工具，还在医学诊断、材料科学、环境监测等方面具有重要的应用价值。
红外光谱技术的不断发展和改进将进一步促进相关领域的研究和工业应用。
红外-红外基本原理
(2) 能斯特灯(Nernst Lamp)
能斯特灯是由稀土金属氧化物烧 结的空心棒或实心棒。 Φ1~2×25mm + -
主要成分：氧化锆(75%)、氧化钇、氧 化钍等，并含有少量的氧 化钙、氧化钠、氧化镁等. 供电电流：0.5~1.2A; 工作温度：1300~17000C; 使用寿命：2000h.
电阻的温度系数为负值： 室温下：非导体; > 5000C：半导体; > 7000C：导体; 需要预热> 7000C.
由于傅里叶变换红外吸收光谱仪可以在任何测量时间内获得辐 射源所有频率的所有信息，同时也消除了色散型光栅仪器的狭缝对 光谱通带的限制，使光能的利用率大大提高，因此具有许多优点。 测量时间短：在不到一秒钟的时间内可以得到一张谱图，比色散型 光栅仪器快数百倍；可以用于GC-IR联用分析。 分 辨 率 高：波数精度达到0.01cm-1。 测量精度高：重复性可达0.1%。 杂散光小：小于0.01%。 灵敏度高：在短时间内可以进行多次扫描，多次测量得到的信号进 行累加，噪音可以降低，灵敏度可以增大，10-9~10-12g。 测定光谱范围宽：10000~10cm-1,
二、傅里叶变换红外吸收光谱仪简介
Fourier Transform Infrared Spectrometer
FT-IR
光源
1．组成结构框图及工作原理
迈克尔逊干涉仪
吸收池
分 束 器
干涉图 检测器
傅里叶变换
红外吸收光谱图
数据处理 仪器控制
单色光
单色光
二色光
多色光
2．傅里叶变换红外吸收光谱仪的特点
善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射
能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的 恒定。
红外热成像原理范文
红外热成像原理范文红外辐射是物体在其温度以上的温度下发射出的电磁辐射。
物体上的每一个点都有对应的辐射能量，这些辐射能量的强弱和分布直接反映了物体的温度分布情况。
红外热成像技术通过探测和测量这些红外辐射能量的分布来获得物体的温度分布图像。
1.红外辐射探测：红外热成像仪使用红外焦平面阵列探测器对红外辐射进行探测。
红外焦平面阵列是由许多微小探测器组成的矩阵结构，每个探测器都能测量一小块物体表面的红外辐射强度。
2.红外辐射转化：红外辐射探测器将探测到的红外辐射转化成电信号。
红外辐射强度越大，对应的电信号就越强。
3.信号处理：电信号经过放大及滤波等处理后，被转化为数字信号。
将不同探测器得到的红外辐射强度数据通过数字信号处理技术进行组合和调整。
4.温度计算：利用与之相对应的物体表面辐射排放特性，根据计算模型将红外辐射能量转换为物体表面的温度数值。
5.热图生成：通过将物体表面各点的温度数值映射到对应的像素点，绘制出整个物体表面的温度分布图像，即热图。
不同温度范围的色彩被分配给不同的像素值，从而形成色彩丰富的热图。
红外热成像技术在许多领域中得到了广泛的应用，特别是在工业、医疗、军事和建筑等领域。
它能够提供准确、快速和非接触的温度测量，可以帮助人们在工业生产过程中及时发现问题，优化能源使用，提高工作效率。
在医疗领域，红外热成像技术可以用于诊断疾病、监测病情发展以及评估治疗效果。
在军事领域，红外热成像可以用于情报收集、目标检测和夜视等方面。
此外，红外热成像还可以在建筑领域用于检测建筑物的能源损失和热桥问题，提高能源利用效率。
总结起来，红外热成像技术通过检测和测量物体表面的红外辐射能量分布，将物体的温度信息转化为热图。
其基本原理包括红外辐射探测、红外辐射转化、信号处理、温度计算和热图生成等步骤。
红外热成像技术具有广泛的应用前景，可以在许多领域中提供准确、快速和非接触的温度测量，并且在工业、医疗、军事和建筑等领域发挥重要作用。
红外线原理及物理特性(2)
红外线原理及物理特性(2)红外线的原理及物理特性红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。
结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。
因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。
也可以当作传输之媒介。
太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。
红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm之间。
真正的红外线夜视仪是光电倍增管成像，与望远镜原理完全不同，白天不能使用，价格昂贵且需电源才能工作。
【红外线的物理性质】在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。
所有高于绝对零度（－273℃）的物质都可以产生红外线。
现代物理学称之为热射线。
医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。
近红外线或称短波红外线，波长0.76～1.5微米，穿入人体组织较深,约5～10毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5～400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。
【红外线的物理特性】 1.有热效应2.穿透云雾的能力强【红外线的生理作用和治疗作用】人体对红外线的反射和吸收红外线照射体表后，一部分被反射，另一部分被皮肤吸收。
皮肤对红外线的反射程度与色素沉着的状况有关，用波长0.9微米的红外线照射时，无色素沉着的皮肤反射其能量约60％；而有色素沉着的皮肤反射其能量约40％。
长波红外线（波长1.5微米以上）照射时，绝大部分被反射和为浅层皮肤组织吸收，穿透皮肤的深度仅达0.05～2毫米，因而只能作用到皮肤的表层组织；短波红外线（波长1.5微米以内）以及红色光的近红外线部分透入组织最深，穿透深度可达10毫米，能直接作用到皮肤的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织。
红外原理
红外探测
红外热像仪就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的 红外线的设备。它反映物体表面辐射能量密度的分布情况， 即温度场（红外热成像） 。
通过物体表面的红外热分布图，定量的测量所需位置的平 均温度，来判断设备故障所在的位置及程度。
是被动的、非接触式的检测。
辐射的光谱分布规律 —普朗克辐射定律
波段范围 近红外0.75~3µm
绝对温度（K） 摄氏温度（℃） 3864~966 966~483 483~193 193~3 3591 ~ 693 693 ~ 210 210 ~ -80 -80 ~ -270
中红外 3~6µm
远红外6~15µm 极远红外 15~1000µm
普朗克曲线，其中虚线表示由维恩 位移定律描述的各种温度下的最大 辐射轨迹 1：光谱辐射率（W/cm2（µm）） 2：波长（µm）
同时，大气的辐射必须去除，才能真正的测量出物体的真实温度，因此， 环境温度修正是必须的！
对于红外衰减，由于距离越远，大气对目标辐射的衰减越强，必须进行 距离修正，同时，大气的衰减与大气的湿度很有关系，需进行湿度修正 （当相对湿度小于70%时，修正不明显，可不修正）；
至于热像仪内部器件辐射的影响，一般采用内置黑体和内置的温度传感 器进行自动修正。DL系列红外热像仪内置有独特的腔式黑体，同时，黑 体上有特殊的抑制红外辐射涂层，可有效地屏蔽散射的红外辐射以及热 像仪内部器件受热产生的红外辐射；在热像仪内部不同位置由多个高精 度温度传感器，可随时补偿内部温度变化引起的偏差。
工业检测红外热像仪 基本结构和材质组成
镜头 扫描电路 时LCD
视 频 编 码
信号放大
A/D
中央微处理器实时处理
语音录入
语音播放
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可见光
波长
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维恩定律
• lmax = C/T = 2898/T mmK
– lmax = 能量最大时的波长(mm) – C = 2898 mmK = 常数 – T = 绝对温度（ Kelvin）
物体温度越高, 高温时的辐射 波长就越短
• 对普朗克公式求微分就可以求出维恩定律，从而求得 lmax. • 斯蒂芬-玻尔兹曼Biblioteka 律 是由普朗克公式从0到无穷远积分导
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什么是热像技术?
热传递
热辐射
应用
热像技术可以拓展到很多领域 …
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分析技术 热像仪操作
检测计划和报告
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黑体 & 实体
• 黑体是反射和透射都为零的物体 .
– 对于黑体: g = 0, = 0, e = 1 – 黑体是完美的辐射体.
• 一个发射率 < 1 的物体通常成为灰体.
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什么是热像技术?
热
像
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热量 温度
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分析
图像
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什么是热像技术?
热量是不同温度的系统间的 热量交换.
因此, 当没有温度差异时红 外图像没有任何对比，也
不可能进行分析!
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什么让热像技术这么有用?
• 非接触性 – 远程感应
– 使得用户远离危险 – 不会侵扰或者影响目标
• 二维性
– 可以比较物体的不同区域 – 利用图像可以观察整个目标 – 热分布可以可视化后进行分析
• 实时性
– 固定物体进行高速扫描 – 高速移动物体捕获 – 高频温度变化的图像捕捉
反射辐射 W
被吸收的辐射 W 透射辐射 W
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红外辐射
• 红外辐射是热量通过辐射而传递. • 一个物体的红外辐射 = 100% • 入射辐射 (W) = 吸收 (W) + 反射 (gW) + 透射 (W)
– (W + gW + W)/W = 1
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传导
热传递
辐射
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热传递
• 热量通常是从高温处传到低温处，从而使得物体间温度升高或者降低. • 通过热辐射传递的能量为:
– 他们之间的绝对温度四次方之差(T4hi - T4lo). – 并依赖于:
• 物体材料, • 物体表面特征, • 表面朝向, • 物体表面几何结构, • 物体温度 • 红外波长.
我们认识可见光图像
我们用眼睛看到的颜色表征 世界.
这个散热器在蓝色背景下且 是灰白的.
颜色在可见光波段是 光线的反射.
散热器是灰白的因为它反射 了白光中的这些组分.
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热像技术 vs. 可见光
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大气窗口
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红外通过大气的透射率取决于波长 和大气条件.
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红外图像的大气窗口为: 3 - 5 微米 – 中波/MWIR (SWIR)
伽马射线
可
X射线 紫外 见 红外
无线电
可见光 近红外
0.4
0.75
微米
中红外 3
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远红外 超远红外 7.5-15 15 - 1000
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什么是红外?
• 所有超过绝对零度的物体都在红外波段辐射能量. • 红外遵从可见光的基本规律. • 人眼是看不见红外光的. • 可见光和红外光最大的不同是它们的波长不一样.
– e + g + = 1 = 100%
• 对于不透明物体:
– =0 – e+g=1 – e = 1 - g, i. e, e <=1
发射率
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发射率
物体表面发射热量的能力叫 发射率.
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红外辐射
和可见光一样，红外辐射可以:
从物体表面反射. 被物体吸收. 穿透物体
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入射辐射 W
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红外图像
VOC探测器
16-位数字成像技术，伪彩技术
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红外的历史
19世纪的天文学家 Sir William Herschel 利用光线，镜子和望远 镜做实验. 明白了光线是由不同颜色的光谱 组成的，且有热效应. 他决定找出哪个波长具有更强的 热效应。
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红外理论基础介绍
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内容
• 关于红外 • 热传递 • 发射率 • 黑体 & 实体 • 普朗克定律 • 大气窗口 • 热像技术 • 热像技术 vs. 可见光 • 发射 & 反射 • 测量规律
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红外热像仪的工作原理
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目标物体
红外光学 镜头
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PC
出的.
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斯蒂芬-玻尔兹曼定律
• W = e s T4
– W = 灰体的辐射功率 W/cm2 – e = 发射率 – s = 斯蒂芬-玻尔兹曼常数(=5.67 x 10-12 W/cm2K4) – T = 灰体温度（ Kelvin）
• 垂直的时候最高. • 低于 45o 会迅速降低.
– 物体温度高时会更高.
• 发射率依赖于:
– 物体的基本材料
• 金属发射率通常很低 • 非金属通常高
– 红外波段
• 发射率可以通过实验来测定.
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发射率
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发射率
• 发射率 e 是物体的红外辐射效率. • 发射率高则同样温度的物体发射出更多的能量.
8 - 13 微米 – 长波/ LWIR
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中波红外 3 - 6 µm
• 中波
– 温度越高越灵敏. – 高对比 (温度每变化一度会带来更高水平的信号变动). – 湿度高时更易穿透. – 需要晴朗的天气. 大气吸收最多4.2 - 4.5 mm范围. – 对塑料和玻璃透明. – 太阳辐射更多的MW 而不是 LW.
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长波红外 6 - 15 µm
• 长波
– 常温时灵敏度更好. – 给定温度目标的信号水平更好. – 更少的大气吸收. – 对于玻璃和塑料不透明, 测量它们的表面温度很方便. – 阳光下反射更少. – 更高的信噪比. – 穿透烟、雾、尘和扰流. – 对于可将光背景干扰不敏感.
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Tuesday, March 30, 2021
Note : There exist standardized definitions in some countries, and ISO is also working on it.
– 对于灰体 : e < 1, e = 常数
• 一个发射率 < 1 的物体，并且随波长变化称之为实体.
– 对于实体: e < 1, e = f(l)
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