第六章红外辐射测量仪器及基本参数测量_红外物理
红外
一、红外辐射
红外辐射又称红外光，是太阳光谱中红光外的不看见光 红外线在电磁波谱中位于可见波和微波之间，波长为 0.76μ m-103μ m。
根据波长红外光可分为近红外线（0.76μ m-2.5μ m）、中 红外线（2.5μ m-25μ m）、远红外线（58μ m-1000μ m）。
可得：T=T0/ 4
四、红外检测的应用
2、红外测温：低温及红外光范围的测温 特点： 一、无接触检测：可对远距离、高温、高速、带电物体进行 准确测量。如高炉铁水温度，火车热轴的测量和星球表面测 温。 二、响应时间快：红外辐射以光速传播，其响应时间只取决 于测量系统本身。 三、测量范围宽：-100℃至1600℃左右，且精度，灵敏度， 分辨率都较高
四、红外检测的应用
红外成像的主要用途： 1、工业生产中机械零部件的发热变形 2、无损缺陷的探查
3、公安消防监视火灾火情
4、医疗诊断：生理病变造成局部发热
四、红外检测的应用
三、红外热成像 红外线在人眼可见的波段范围之外，红外成像就是把被 测物各点的红外辐射大小转变成人眼可见的图像。 1、被动成像 目标自身各点红外辐射在探测器对应点上引起相应的变 化而成像。 2、主动成像 红外辐射是目标物受红外辐射源辐射后产生的反射或透 射，因此不仅可以反映目标物的表面状况，而且通过透射可 以反映内部情况。
能将红外辐射量转化为电量的装置称为红外探测器，红外探 测器的工作原理分为热敏探测和光敏探测。 1、热敏探测器 工作原理：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件 吸收辐射能后引起温度升高，进而使物理参数发生相应变化， 通过测量物理参数便可确定吸收的红外辐射。 2、光敏探测器 入射红外辐射的光子流与探测器材料中的电子相互作用， 从而改变电子的能量状态，通过测量材料电子性质的变化就 可以知道红外辐射的强弱。
第6章-辐射测量的基本仪器
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6.1光度导轨
有精确的轴向距离刻度和标尺;
1）可使部件之间轴向相对位置对准,并在其相对移动时保持对准关系;
2）精确确定测量部件之间的轴向距离。
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6.1光度导轨
光度导轨的主要功能:
使两个或多个部件之间轴向的相对位置对准,并在其 相对移动时保持对准关系。
②球内壁是中性均匀漫射面,对各种波长 的入射光线具有相同的漫反射比
③球内没有任何物体,光源也看作只发光 而没有实物的抽象光源
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6.2 积分球
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理想积分球
积分球（光通球或球形光度计）结构: ①内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层 ②球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径
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6.2 积分球
图4-7 积分球内任一面元 的直射辐照度
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E2与面元2在球内的 位置无关,即球内任 一面元发出的福通量 在球内各内表面形成 的辐照度值正好等于 该辐射通量除以球的 内表面面积。
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理想积分球
理想积分球的条件:
①积分球的内表面为一完整的几何球面, 半径处处相等
保持轴向对准
光度导轨的特点是其它方法(如加中性密度滤光片 改精变确光地阑确孔定径测等量)部不件能之或间不的能轴精向确距实离现,以的便。用由辐于照在度 光平度方导反轨比上定调律节连的续参、数精是确距地离改变,不某会一改平变面光处源的的辐光照 谱分布(不考虑中间大气的影响),而一般加入光阑 等度很(照难度同)时。做到精确又连续可调。
图6-8 窗的位置及影响
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红外辐射测量方法与测温技巧
红外辐射测量方法与测温技巧一、引言红外辐射测量是一种非接触式测温技术，具有测量范围广、测量速度快以及不受表面状态影响等优势。
本文将介绍红外辐射测量的基本原理、常用的测量方法以及准确使用红外测温仪的技巧。
二、基本原理1. 红外辐射特性物体在温度高于绝对零度时会发射红外辐射能量，这种辐射能量与物体的温度密切相关。
根据物体折射率差异，可以通过红外辐射测量来间接测量物体的温度。
2. 测温仪工作原理现代红外测温仪一般采用红外探测器来接收物体辐射出的红外辐射能量。
探测器转换这些红外信号为电信号后，再经过处理、放大和转换等步骤，最终通过显示器或记录仪器显示为温度值。
三、常用的红外辐射测量方法1. 点测法点测法是最简单、常用的测量方法。
测温仪将激光瞄准到待测物体的中心，通过记录激光瞄准点的温度值来得到物体的表面温度。
这种方法适用于小面积的目标测量。
2. 面测法面测法适用于面积较大的物体测量。
通过将红外测温仪对准物体表面的一个区域，计算该区域内的平均温度来代表整个物体表面的温度。
此方法要确保测量区域没有明显的温度梯度或变化。
3. 瞄准测温法瞄准测温法是指红外测温仪通过对目标进行连续瞄准，记录每个位置的温度值，并据此绘制出目标表面温度的热图。
这种方法适用于需要获取物体温度分布信息的场景。
四、红外测温技巧1. 确保测量距离合适测量距离过大或过近都会影响测量的准确性，一般来说，测量距离应在目标表面的2-15倍之间。
2. 避免测量干扰避免测量间接热辐射源、遮挡物或其他反射物体的影响，以保证目标温度测量的准确性。
3. 调整红外测温仪的参数根据实际情况，调整红外测温仪的参数，如反射率、红外辐射率等，以确保测量结果更加准确。
4. 考虑环境因素红外测温仪对环境温度和湿度等因素敏感，应尽可能在稳定的环境条件下进行测量。
五、结论红外辐射测量方法与测温技巧在工业、医疗、安防等领域有着广泛的应用。
掌握红外辐射测量的基本原理、常用的测量方法以及技巧，能够提高测量的准确性和可靠性，为相关行业提供更好的服务。
第六章红外辐射测量仪器及基本参数测量红外物理
图6-5 光谱辐射计的结构示意图
3.
红外分光光度计来自定义和组成：红外分光光度计也称红外光谱仪， 是进行红外光谱测量的基本设备，结构如图6-6所 示。主要由辐射源、单色仪、探测器、电子放大 器和自动记录系统等构成
图6-6 色散型双光束红外分光光度计结构方框图
分类：红外分光光度计根据其结构特征可分为单 光束分光光度计和双光束分光光度计两种。在全 自动快速光谱分析中，多采用双光束分光光度计， 双光束分光光度计又有不同结构及工作原理，最 常见的是双光束光学自动平衡系统和双光束电学 平衡系统。
（2）由实验测定光程差x=0时的I(0)； （3）将[I(x)－I(0)/2]代入方程，对于选定的
频率ν计算出积分； （4）对于每一频率完成方程的积分，即可 得到S(ν)与ν的光谱曲线图。 与红外分光光度计相比，傅里叶变换红外 光谱仪有以下优点。 1）扫描时间短，信噪比高 2）光通量大 3）具有很高的波数准确度 4）具有较高的和恒定的分辨能力 5）具有很宽的光谱范围和极低的杂质辐射
5. 多通道光谱仪
多通道光谱仪与单色仪的相同之处在于均
采用棱镜或光栅作为色散元件，与单色仪 的不同之处在于能同时在很多波长的通道 内收集色散能量。
图6-10 多通道光谱仪的基本结构
6.2 基本辐射量的测量
1. 辐射亮度的测量 假定用下角标“s”表示与标准辐射源有关的量，而 下角标“x”表示与待测辐射源有关的量。很显然， 若定义仪器的光谱辐射亮度响应度RL(λ)为，则 V ( ) （6-7） R ( )
4.
组成：迈克尔逊干涉仪和计算机组成。迈
克尔逊干涉仪主要的。 傅里叶变换红外光谱仪由以下四部分组成。 （1）光源 （2）分束器 （3）探测器 （4）数据处理系统
红外物理
1红外辐射的基本特点：1）人眼不敏感，使用红外探测仪探测2）光量子能量小3）热效应比可见光强4）更易于吸收。
2红外系统的特点：1）尺寸小、重量轻2）能有效抗可见光伪装3）白天夜间都能工作4）比雷达更精确5）对辅助设备要求少。
3辐射能Q：以电磁波的形式发射、传输和接收的能量。
辐射功率P：发射、传输或接收辐射能的时间速率。
辐射强度I：描述点辐射源特性的辐射量。
辐射出射度M：辐射源单位表面积向半球空间内发射的辐射功率。
辐射亮度L：辐射源在某一方向上的单位投影面积向单位立体角中发射的辐射功率。
辐射照度E：被照表面的单位面积上接收到的辐射功率。
4朗伯小面源的I、L、M关系：I=Lcosθ∆A，M=πL。
5辐射度量的基本规律：距离平方反比定律：辐射强度为I的点源，在距离它ι处且与辐射线垂直的平面上产生的辐射照度与I成正比，E=Icosθ/ι2。
互易定理：两面元所传递的辐射功率之比等于两辐射面的辐射亮度之比。
6圆盘：Iθ=I0cosθP=πI0球面：I0=πLR2P=4πI0半球面：Iθ=1/2πLR2(1+ cosθ) P=2πI07发光的种类：化学发光、光致发光、电致发光、热辐射。
好的吸收体必是好的发射体。
8基尔霍夫定律：热平衡条件下，物体的辐射出射度与吸收率的壁纸等于空腔中的辐射照度，与物体的性质无关。
9黑体：任何温度下能够全部吸收任何波长入射辐射的物体。
反射率和透射率为零，吸收率为1，黑体为朗伯辐射体。
10黑体辐射特征：1）光谱辐射出射度随波长连续变化，每条曲线只有一个极大值2）曲线随温度的升高而整体升高3）曲线不相交，温度越高，光谱辐射出射度越大4）峰值波长随温度升高而减小5）黑体辐射只与黑体的绝对温度有关（维恩位移定律表明其成反比）11物体的发射率：在指定温度T时的辐射量与同温度黑体的相应辐射量的比值。
12发射率的一般规律：1）朗伯辐射体三种发射率相等2）金属的发射率较低，随温度升高而增高3）非金属的发射率较大随温度的升高而降低4）介质的光谱发射率随波长变化而变化。
红外物理(第二版)课件：红外辐射测量仪器及基本辐射参数的测量
散作用,不能用于分光,光 栅分光必须利用高级主极大。但是,
由多缝衍射的强度分布知,多缝衍射的零级主极大占 有很大
的一部分光能量,因此可用于分光的高级主极大的光能量较
少,大部分能量将被浪 费。所以,在实际应用中,必须改变通常
光栅的衍射光强度分布,使光强度集中到有用的 那一高光谱
级上。
红外辐射测量仪器及基本辐射参数的测量
为dl,则由几何关系可以写出:
其中,f'2为第二物镜的焦距。
红外辐射测量仪器及基本辐射参数的测量
光谱分辨率也称分辨本领,是指分离相邻两条谱线的能
力。对于某一波长λ,其与相 邻波长λ+dλ 的单色光刚好能分
辨开,则dλ 越小,说明棱镜的光谱分辨能力越高。根据瑞 利判
据,一条谱带的最大刚好与邻近谱带的最小相重叠,则其理论
红外辐射测量仪器及基本辐射参数的测量
红外辐射测量仪器及
基本辐射参数的测量
7.1 红外辐射测量仪器
7.2 辐射测量系统的标定
7.3 基本辐射量的测量
7.4 红外发射率的测量
7.5 红外反射比的测量
7.6 红外吸收比和透射比的测量
红外辐射测量仪器及基本辐射参数的测量
7.1 红外辐射测量仪器
7.1.1 单色仪
入射到反射光栅上时,光线 R1比相邻的光线R2超前dsinφ,其中
间距d 通常称为光栅常数;在离开光栅时,R2比R1 超前dsinθ,其
中θ称为衍射角。所以,衍射图样中亮线位置的方向为
该式通常称为光栅方程,其中当入射光与衍射光在 光 栅 法
线 异 侧 时 取 - 号;同 侧 时 取 +号。
红外辐射测量仪器及基本辐射参数的测量
如果采用图7-8所示的在金属平板表面刻制锯齿槽构成
红外线物理知识点总结高中
红外线物理知识点总结高中导言红外线是一种电磁辐射，波长范围在780纳米到1毫米之间。
红外线在物理学、化学、生物学、医学和工程等领域有着广泛的应用。
红外线技术可以用于热成像、安防监控、遥感、红外光谱学等领域。
本文将从物理学角度对红外线进行深入分析和总结，包括其来源、特性、检测原理、应用等方面。
一、红外线的产生和特性1. 红外线的产生：红外线是在分子、原子或者晶格结构中，由于温度升高而引起的分子振动和转动所发射的电磁波。
当物体的温度高于绝对零度时，其原子或分子将做无规则的热运动，这会产生红外辐射。
2. 红外线的波长范围：红外线波长范围在780纳米到1毫米之间，相对于可见光的波长，红外线的波长更长，其频率较低。
3. 红外线的特性：红外线能穿透一些物质，如烟尘、雾气、水蒸气等，因此在大气中传播较好，也可以通过遮盖物来传输信息。
此外，红外线通过穿透生物细胞，并能够测量机体内部的温度变化，因此在医学领域有着广泛的应用。
二、红外线的检测原理1. 红外线的检测方法：红外线的检测方法一般可以分为两种，一种是热量辐射型，另一种是被动型。
热量辐射型：这种检测方法主要是通过检测物体发出的红外辐射热量来实现。
此法具有很高的灵敏度，检测距离远、反应快，通常应用于安防监控系统中。
被动型：这种检测方法则是通过检测物体吸收或者反射红外辐射能量的变化来实现。
因此，被动型红外线探测器通常用于检测物体的动静。
2. 红外线检测器的工作原理：红外线检测器一般由光源、滤光片、光电二极管、放大器和信号处理电路等部分组成。
当红外线照射到光电二极管上时，其产生的电子被放大器放大，经过信号处理电路后输出。
因此，光电二极管是红外线检测器中的关键部分，其性能将直接影响到整个检测系统的灵敏度和稳定性。
目前常用的光电二极管主要有PN型、MCT型和InSb型等三种。
三、红外线的应用1. 红外线热成像：红外线热成像技术是利用物体的红外辐射热量来获取物体的表面温度分布。
红外辐射的测量
5.1 常见红外辐射测量仪器
5.1.1
单色仪
红外光谱辐射计.
5.1.2
5.1.3
红外分光光度计
傅里叶变换红外光谱仪 5.1.4
5.1.5
多通道光谱仪
项目三 空运出口货代单证 任务四 航空出口报关报检（报检单、出境货物通关单、报关单）
步骤二：认识并填制出境货物通关单 要完成出境货物通关单的制作，李芳芳必须先弄清楚集货单上各项 内容的含义，通过查阅相关资料，了解到出境货物通关单各项内容含义 如下： 1.收货人：填写本批出境货物的贸易合同中或信用证中买方名称。 任务给出买方为PEOPLES SPORTING GOODS & MDSG. CORP.，所以 此栏应填PEOPLES SPORTING GOODS & MDSG. CORP.。 2.发货人：填写本批出境货物的贸易合同中或信用证中受益人名称。 任务给出发货人为厦门阳光贸易有限公司，此栏应填厦门阳光贸易有限 公司。 任务执行
5.1.1 单色仪
两种常见的单色仪： （1）棱镜单色仪 当入射角i1等于出射角i2时，角 射散为：
d
2sin( A / 2)
dn i1
d [1 n2 sin2 ( A / 2)]1/ 2 d
A
i2
棱镜对单色光的折射
A为棱镜的顶角；
dn d为棱镜材料的色散率。
5.1.1 单色仪
棱镜分辨本领：分辨本领是指分离开两条邻近谱线的能力．
闪耀光栅的横剖面图
原理：
光栅单色仪是利用光栅每个 缝对光线的衍射和缝间的干 涉所产生的，且与衍射花样
的极大位置和波长有关。
光栅的角色散率：
d m d b cos
光栅的分辨本领 R W d d
红外光谱室实验讲义（红外辐射与黑体实验）
三、红外辐射源能量光谱分布测试（一）实验目的1. 了解测量红外辐射源能量光谱分布的意义2. 掌握测量红外辐射源能量光谱分布的方法3. 理解物体的温度与红外辐射能量的关系（二）实验原理红外辐射（俗称红外线）是波长在0.78～1000μm 的一段电磁波谱，是人眼看不见的光线，只有借助于仪器才能探测到并转换成人们可感受的信息，如数字、图像、曲线等。
凡温度在绝对零度以上的物体均能够发出红外辐射，其辐射的峰值波长与物体的温度有确定的关系：T b m =λ 式中 λm ——物体辐射的峰值波长T —— 物体的温度B —— 常数 （2898μm ·K ）此为辐射度学中的维恩位移定律，意为只要物体有温度，则一定有固定波长的辐射，自然界的物体温度如果在-40℃～3000℃（233K ～3273K ）范围，则根据上述公式，峰值辐射波长在0.88～12μm 之间，即人们通常所说的红外波段。
红外光谱仪器能将红外辐射源的辐射能量按波长的分布以曲线的形式给出。
我们可以清楚地看出一个红外辐射源在某个波长的相对辐射能量，进而可以验证维恩位移定律等红外辐射定律，并可以对红外辐射源进行深入的研究。
红外单色器的光学原理图如下图1 红外单色器光学原理图M1反射镜、M2准光镜、M3物镜，M4反射镜、M5 深椭球镜G 平面衍射光栅、S1入射狭缝、S2，S3出射狭缝、T 调制器入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm 连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝1S ，1S 位于反射式准光镜2M 的焦面上，通过1S 射入的光束经2M 反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光束经物镜3M 成像在2S 上。
（三）、实验仪器红外光栅光谱仪及配套附件；红外光源及驱动电源；电子稳压器；计算机及处理软件；打印机（四）、实验步骤首先按原理图检查各部分连接和摆放位置是否正确，经教师同意后，按下述步骤进行实验：1、打开红外辐射源的电源开关进行预热；2、打开计算机并进入相关程序，选定测量参数（相对强度、能量等），设置扫描波长范围、扫描间隔、幅度范围等参数；3、红外辐射源经预热达到稳定时，开始进行扫描，得到相应曲线；4、储测试结果，打印测试曲线；5、行相关计算，完成实验报告。
红外辐射测量仪操作规程
红外辐射测量仪操作规程1. 引言本文档为使用红外辐射测量仪操作规程，旨在提供准确、安全、高效的操作指南。
红外辐射测量仪是一种用于测量物体表面温度的仪器，广泛应用于工业、医疗、环境等领域。
正确使用红外辐射测量仪能保证测量结果的准确性和可靠性，同时确保操作人员的安全。
2. 设备检查与准备在使用红外辐射测量仪之前，需要进行以下设备检查与准备步骤：•确保仪器的电源线已连接到可靠的电源插座上，并且电源开关处于关闭状态。
•检查仪器的外部是否有明显损坏或松动的部分，如有问题应及时修复或更换。
•根据使用要求，选择合适的红外辐射测量仪测温范围，并确保仪器已经预热至工作温度。
•若仪器配备有显示屏，检查显示屏是否正常运行，并且可以清晰显示测量结果。
3. 仪器操作步骤3.1 打开电源将红外辐射测量仪的电源开关从关闭状态切换到打开状态，待仪器启动后，显示屏将显示相关信息或进入待机模式。
3.2 设置测温模式根据实际测量需求，选择合适的测温模式。
通常有以下几种模式：•单点测温：仅测量物体表面的一个点温度。
•多点测温：测量物体表面的多个点温度，并计算平均温度。
•区域测温：选择感兴趣的区域，在该区域内测量平均温度。
3.3 瞄准测量目标将红外辐射测量仪对准需要测量的目标物体，确保距离合适，通常建议在1米范围内测量。
在照射目标物体时，保持仪器与目标垂直，并确保测量视场没有干扰物。
3.4 执行测温操作按下测温按钮或进行相应操作触发测温操作。
测量完成后，仪器会即时显示测得的温度值，并根据设定的模式计算和显示相应结果。
3.5 记录测量结果在每次完成测温操作后，及时记录测得的温度值。
可以使用纸笔或任何便捷的电子设备记录结果，以便后续分析与处理。
4. 注意事项为了确保操作的安全性和测量的准确性，请遵循以下注意事项：•在使用过程中，严禁将红外辐射测量仪直接对准人眼、动物和易燃物品等，以防潜在的危险。
•在测量高温物体时，应戴上适合的防护镜片和防热手套，避免烫伤和射线伤害。
第六章热红外辐射计
§7.4 MODIS实验性SST算法
迈阿密大学提出的利用MODIS第31号和第32号热红外通道探测数据的 “迈阿密探路者”海表面温度算法MPSST（Miami Pathfinder SST algorithm）是
SST C1 C2T31 C3(T31 T32) C4[sec( ) 1](T31 T32)
迈阿密大学提出的热红外波段海表面温度算法是适用于3.7μm～4.1μm 大气窗的星载辐 射计的反演海表面温度（SST）的算法。这个大气窗口比10～12μm热红外窗口更透明， 因而可能提供更准确的温度探测。
• MODIS在这个大气窗口有三个通道：20通道（3.660μm～3.840 µm）、22通道 （3.929μm～3.989 µm）和23通道（4.020μm～4.080 µm）。
式中i、j 代表MODIS通道20、22 和23中的任意两个；函数f（d）被用来消除因为太阳 倾角变化带来的剩余误差，它的计算公式是
f (d) m cos[2(day n) / YD] p
式中a、b 、c 、m 、n 和p是对应于三个纬度海域的系数。NASA的技术报告（Brown 和Minnett 1999）提供了对系数a、b 、c 、m 、n 和p的估计值。
系数由反演出的SST与匹配的观测数据通 过最小二乘法回归得到。对白天和NOAA14，上式为：
SST 0.95876 T4 2.564 (T4 T5 ) 261 .68 夜间算法如下形式
SST C1T4 C2(T3 T5) C3(sec 1) C4
§7.3 AVHRR业务化SST算法
fP (Ti ,i ) fP (Ts ,i )ti fP (T ,i )(1 ti )
可以看出，Ti是T平均、Ts和ti 的函数
红外辐射测量仪器介绍和基本参数测量
h
M T M bb T
根据热平衡时辐射和吸收的关系：
h T T h T T
任何物体的半球光谱发射率与该物体在同温度下的
光谱吸收率相等；物体的半球全发射率与该物体在同温 度下的全吸收率相等。
辐射平衡测量半球全发射率
保持样品两端的电压不变， 最终样品达到热平衡温度T1
仪器。
应用：摄谱仪在物质定性、定量分析及理化参数
测定等方面有广泛的应用。
棱镜摄谱仪：
光栅摄谱仪：
三. 辐射计、光谱辐射计
光谱辐射计：是在窄光谱区间测量光谱辐射通量
的装置。
辐射计：是在宽光谱区间测量辐射通量的装置。
辐射计示意图：
红外辐射计的基本组件和功能
(1) 探测器件：将红外辐射功率转换成电输出信号。
测量原理:
在被测样品表面法线方向上用一个无光谱选择性
的红外探测器，在相同条件下测量样品表面和同温度
黑体表面的辐射，取两个测量值之比来求得法向全发
射率。
n
T
L T LbbT
为保障测量结果属于样品在法向的热发射性质， 在较低温度范围内测量时，通常采用施密特(schmidt) 装置。
傅里叶变换红外光谱仪和传统的光谱仪器比较， 它没有色散元件，干涉图函数实际上是各种频率 的光的调制函数。
与红外分光光度计相比，傅里叶变换红外光 谱仪有以下优点。 1）扫描时间短，信噪比高 2）光通量大 3）具有很高的波数准确度 4）具有较高的和恒定的分辨能力 5）具有很宽的光谱范围和极低的杂质辐射
样品处于真空环境中，忽略 样品通过传导和对流的热损耗， 输入给样品的电功率全部以热辐 射的形式散发掉。
输入到样品的功率:
红外热成像系统性能参数测量仪
红外热成像系统性能参数测量仪红外热成像系统是一种可以检测和记录物体表面温度分布的设备，广泛应用于工业、医学、军事等领域。
为了确保红外热成像系统的正常工作和精确测量，需要进行性能参数的测量和评估。
本文将介绍一种常见的红外热成像系统性能参数测量仪，并详细讨论其构成和测量原理。
1.红外辐射源：该辐射源具有较稳定的辐射能量和辐射波长范围。
常用的辐射源包括黑体辐射源和红外光电二极管。
2.稳定性测量装置：该装置用于测量红外辐射源的稳定性。
常用的测量方法包括比较法、锁相法和电桥法等。
3.红外光学系统：该系统主要由透镜、光栅和滤光片等组成，其功能是将辐射源发出的红外辐射能量聚焦到红外探测器上，并在一定程度上过滤掉其他波长范围的光线。
4.红外探测器：红外热成像系统的核心部件，负责转换红外辐射能量为电信号。
常用的红外探测器有焦平面阵列探测器、热电堆和金属氧化物半导体(MOS)探测器等。
5.测量数据处理系统：该系统负责接收和处理红外探测器采集到的红外图像，包括热像仪的操作界面、图像处理算法和数据分析软件等。
1.几何参数：包括红外热成像系统的视场角、焦距和像素尺寸等。
这些参数的测量可以通过标定物体和测量仪器之间的距离、图像中各点的位置关系等方法来实现。
2.红外辐射能量：这是衡量红外热成像系统灵敏度的重要参数。
测量该参数可以通过调节红外辐射源的辐射能量和测量仪器接收到的辐射能量来比较和计算。
3.温度分辨率：这是红外热成像系统分辨能力的重要指标。
测量该参数可以通过在不同温度条件下测量红外热成像系统的噪声水平和信噪比等来评估。
4.热像仪的响应时间：这是红外热成像系统响应外部温度变化的时间。
测量该参数可以通过使用快速变化的热源来刺激红外热成像系统，并记录系统在不同时间下的响应情况。
5.热像仪的线性度：这是衡量红外热成像系统温度测量精度的重要参数。
测量该参数可以通过使用标准温度源和红外热成像系统测量温度源的温度，比较两者之间的差异来获得。
红外辐射温度测量综述
红外辐射温度测量综述引言红外辐射温度测量技术是一种非接触式的温度测量方法，通过测量物体发出的红外辐射能量来推算物体的温度。
由于其具有快速、准确和无损的特点，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
本文将对红外辐射温度测量的原理、应用和发展进行综述。
原理红外辐射温度测量是基于物体发出的红外辐射能量与其表面温度之间的关系进行推算。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的红外辐射能量与其表面温度呈正比，且与物体的发射率有关。
测量设备通过收集物体发出的红外辐射能量，并通过电子组件转化为能够表示温度的信号。
设备分类红外辐射温度测量设备可分为单点温度测量和图像温度测量两类：单点温度测量单点温度测量设备适用于对单个物体进行温度测量的场景。
常见的设备包括红外温度枪和红外温度计。
红外温度枪通过瞄准物体并触发测量按钮，测量物体表面的温度。
红外温度计则通过将红外辐射能量转化为数字信号，并在显示屏上显示温度数值，方便用户读取。
图像温度测量图像温度测量设备可以实现对物体表面温度的全面测量，并将结果呈现为温度图像。
该类设备通常包括红外热像仪和红外相机。
红外热像仪可以将红外辐射能量转化为对应的温度值，并将温度图像显示在屏幕上。
红外相机则可以根据物体表面的红外辐射能量分布生成热图，以帮助用户直观地了解物体的温度分布情况。
应用领域红外辐射温度测量技术在许多领域有着广泛的应用。
以下是几个常见领域的应用案例：工业领域在工业领域中，红外辐射温度测量技术可以用于工艺控制、产品质量检测以及设备状态监测等。
例如，在高温炉内，通过测量炉内物体的温度，可以实现对炉温的控制和调节。
另外，红外辐射温度测量技术还能发现设备运行中的异常状态，提前预测故障，并进行维修和保养。
医疗领域在医疗领域中，红外辐射温度测量技术被广泛应用于体温测量和疾病诊断。
与传统的体温计相比，红外温度计可以实现无接触测温，避免交叉感染的风险。
此外，通过检测人体表面的红外辐射能量分布，可以发现身体局部的温度异常，辅助医生对疾病的诊断和治疗。
红外辐射测温技术讲义
《红外辐射测温技术》讲义0 绪论使学生了解红外测温的基础知识和基本理论，辐射测温的基本工作原理，熟悉辐射测温仪表的基本构成，为辐射测温仪表的研制奠定基础。
1.课程内容、地位与应用■红外辐射：红外技术是研究红外波段内电磁波的规律并使其应用的一门现代技术。
众所周知，从波长很长的无线电波到波长很短的宇宙射线都是不同波长的电磁波，或称为电磁辐射。
波长的单位在行业内习惯用微米(µm) 。
频率ν和波长λ的关系为λν= c （光速）；也有用波数σ表示波长的σ=1/λ(cm-1) 。
电磁波谱上的每一段都具有其独特的规律，每一段都是一个研究领域，都有其特性和规律，研究并使其应用，造福与人类，是每个学科的宗旨。
红外技术就是研究红外区域内电磁波的规律的一门学问。
包括可见光直到紫外部分。
* 需要记住和理解的几点内容：“红外辐射是人眼看不见的光线”；“红外辐射就是热辐射”“对红外线的研究也属于光学范畴。
”红外技术的应用：①军事上：●军事目标的侦察、监视、预警与跟踪●红外制导是一种重要的制导方式。
●红外通信。
●军用夜视仪。
●是探测隐身飞行器的一种手段。
● 对威胁进行红外告警。
②在民用方面：红外测温，红外遥控，红外遥感，红外医疗，红外加热，红外光谱技术。
总之，红外技术的应用及其广泛，它已涉及到军事战术或战略的情报搜集、目标的侦察监视、武器制导等各个领域，对未来战争产生重大的影响。
在工业、医学和科研等许多方面也广为使用，例如热源探测，医用热像仪、温度测量与过程控制、红外光谱分析、红外加热、红外遥感、红外天文学等。
■测温技术温度测量的方法可分两大类：辐射测温特点：优点：响应速度快、分辨率高，适用于旋转物体、移动物体、热容量小的物体、腐蚀性场合，以及接触式测温无法使用的条件下，辐射测温被广泛应用。
如：电力、冶金、化工橡胶等领域● 焊接、炉窑、焦化、电力（变压器） ● 感应加热、塑料、玻璃 ● 金属挤压成型 ● 热处理和退火缺陷：①一般辐射温度计都只能测得亮度温度或辐射温度，由于一般被测物体发射率都小于l ，所以不能测得真温度。
气象仪器-红外辐射简易测量
3.1 PIN光电二极管简介
光电二极管是一种光电转换器件,其基本原理是当光照射在 P-N 结上时,被吸收的光能转变为电能,这是一个吸收过程,与发光二极管的自发辐射和激光二极管的受激辐射过程相逆"P-N 型硅光电二极管是最基本和应用最广的管子"基本结构如图3.1所示,它是在 N 型硅单晶片的上表面扩散-薄层 P 型杂质,形成 型扩散层"由于扩散,在 区和 N 型区形成一个 N 结, 区是透明的,光子可以通过 区到达 PN 结区产生光电子,在 N 型硅单晶下表面扩散 N 型杂质以形成高浓度的 扩散区,以便给金属电极提供良好的电接触。
12单色红外辐射功率辐射功率是指在单位时间内从单位面积上向半球空间各方向发射的全部波长的总辐射能量单位是m2单色辐射功率就是在单位时间内从单位面积上向半球空间所有方向发射的某特定波长的单位波长宽度内的能量如果把在波长满足普朗克定律而且普朗克定律是在黑体的基础上提出的所以有必要了解黑体的概念以及普朗克定律
Key word:Infrared radiationMonochromatic radiationpowerPIN photodiode
1 绪论
1.1红外辐射
红外线是一种电磁波，位于可见光红光外端，在绝对零度(-273℃)以上的物体都辐射红外能量，是红外测温技术的基础。1666年，英国物理学家I.牛顿发现，太阳光经过三棱镜后分裂成彩色光带──红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳在用水银温度计研究太阳光谱的热效应时，发现热效应最显著的部位不在彩色光带内，而在红光之外。因此，他认为在红光之外存在一种不可见光。后来的实验证明，这种不可见光与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律,所不同的只是一个物理参数──波长。这种不可见光称为红外辐射，又称红外光、红外线。
红外检测
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪 样品室 检测器 显示器 光源 计算机 绘图仪
干涉图
FTS
光谱图
光纤漫反射采样
装置及其示意图
• 3.红外遥测 • 运用红外光电探测器和光学机械扫描成像 技术构成的现代遥测装置，可代替空中照 相技术，从空中获取地球环境的各种图像 资料。 • 在气象卫星上采用的“双通道扫描仪”装 有可见光探测器和红外探测器。红外探测 还可用于森林资源、矿产资源、水文地质、 地图绘制等勘测工作。
• 目前,在红外成像信号检测领域,世界各国都热衷于二维 混合红外焦平面阵列IR FPAs(Infrared Focal-Plane Arrays), 阵列尺寸已向1024×1024 迈进,如图1 所示。 IR FPAs 可以工作在监视模式和扫描模式。随着IR 检 测器技术的不断成熟，现在可以生产很大规模的检测器 阵列，监视模式的IR FPAs 应用日益广泛。
波段频谱
幅宽 几何分辨率 波段配准精度 重复周期
最简单的热成像系统
冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过 程中都涉及到动态温度场的检测问题。
下肢软组织损伤--------------愈后疗效观察
诉右下肢膝部摔伤.局部红肿热痛.月余复查.
热释电红外线报警器原理框图
发动机壳体中缺陷的红外检测
带激光导向,光红外手持高温计
• • • • • • • • • •
红外测温的特点有： ①测量过程不影响被测目标的温度分布， 可用于对远距离、带电、以及其他不能直 接接触的物体进行温度测量； ②响应速度快，适宜对高速运动物体进行 测量； ③灵敏度高，能分辨微小的温度变化； ④测温范围宽，能测量-10～+1300℃之间 的温度比色温度计是不需要修正读数的红 外测温计，
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教学目的：使学生了解红外辐射测量中常用的基本仪器 设备及其工作原理，并掌握红外基本辐射量、发射率、 反射比、红外吸收比和透射比的测量方法。
❖ 教学方法：面授
❖ 教学手段：结合实验. 现场演示
❖ 学时分配：8
❖ 重点、难点：掌握红外辐射基本参数．
❖ 作业布置：无
❖ （2）由实验测定光程差x=0时的I(0)； ❖ （3）将[I(x)－I(0)/2]代入方程，对于选定的
频率ν计算出积分； ❖ （4）对于每一频率完成方程的积分，即可
得到S(ν)与ν的光谱曲线图。下优点。
❖ 1）扫描时间短，信噪比高 ❖ 2）光通量大 ❖ 3）具有很高的波数准确度 ❖ 4）具有较高的和恒定的分辨能力 ❖ 5）具有很宽的光谱范围和极低的杂质辐射
若定义仪器的光谱辐射亮度响应度RL(λ)为，则
❖
RL ( )
V ( ) Le ( )
（6-7）
❖ 其入中瞳V处(λ的)为被在测波光长谱λ辐处射仪亮器度的。光借谱助输此出关电系压式；，Le可(λ)以为
写出在λ1～λ2波段内的响应度为
❖
R b dn
d
（6-2）
❖ 图6-2所示为一种具有三角形线槽的反射式 平面衍射光栅，称为闪耀光栅。闪耀光栅 每个缝的平面和光栅平面之间有一个角度θ， 每个缝对入射光产生衍射作用。
图6-2 闪耀光栅的横剖面图
❖ 闪耀光栅主极大的位置服从光栅方程式
❖
m b(sin i sin )
（6-3）
❖ m为衍射级次级，m=0，±1，±2，…b为光栅常 数；i为入射角；φ为衍射角。
图6-7 红外分光光度计光路图
❖ 典型的双光束电学平衡式红外光谱仪的光学系统， 如图6-8所示。
❖
❖
❖
图6-8 双光束电学平衡式红外光谱仪的光学系统
❖ 4. 傅里叶变换红外光谱仪 ❖ 功能：是使光源发出的光分为两束后造成
一定的光程差，再使之复合以产生干涉， 所得到的干涉图函数包含了光源的全部频 率和强度信息。用计算机将干涉图函数进 行傅里叶变换，就可计算出原来光源的强 度按频率的分布。如果在复合光束中放置 一个能吸收红外辐射的试样，由所测得的 干涉图函数经过傅里叶变换后与未放试样 时光源的强度按频率分布之比值，即可得 到试样的吸收光谱。
❖ 辅导安排：无
❖ 教学内容：如下
❖ 本章主要介绍红外辐射测量中常用的基本设备。同时讨 论红外辐射基本参数，如发射率、反射比以及吸收与透 射光谱的测量原理和方法。
6.1 红外辐射测量仪器
1. 单色仪 ❖ 定义：单色仪是利用分光元件（棱镜或光栅）从
复杂辐射中获得紫 外、可见和红外光谱且具有一定单色程度光束的 仪器。 ❖ 组成：由狭缝、准直镜和分光元件按一定排列方 式组合而成。 ❖ 应用：单色仪作为独立的仪器使用时，可用于物 体的发射、吸收、反射和透射特性的分光辐射测 量和光谱研究，也可用于各种探测器的光谱响应 测量。若把单色仪与其他体系组合在一起，则可 构成各种光谱测量仪器，如红外光谱辐射计和红 外分光光度计等。
❖ 将式（6-3）对λ微分即可求出交色散率dφ/dλ为
❖
d d
m
b cos
（6-4）
❖ 光栅的分辨本领R也具有式（6-2）的形式， 即
❖
R W d
（6-5）
d
❖ 式中W是有效孔径宽度，W=bNcosφ，其中b是一 条划线的宽度，N是划线总数，φ是衍射角。将式 （6-4）代入上式得
❖
R mN
（6-6）
❖
图6-1 棱镜对单色光的折射
❖ 早期的单色仪多采用棱镜作为色散元件．如图6-1
❖ 角色散为
❖
d 2sin A 2 • dn
d 1 n2 sin 2 A 2 1 2 d
（6-1）
❖ 棱镜的材料和形状最终决定了棱镜的分辨本领。
❖ 分辨本领是指分离开两条邻近谱线的能力．
❖ 则其理论分辨本领R即：
❖
图6-3 反射式单色仪光路系统略图
❖ 2. 光谱辐射计 ❖ 定义和组成：光谱辐射计是在窄光谱区间
测量光谱辐射通量的装置。辐射计是在宽 光谱区间测量辐射通量的装置。
图6-4 辐射计原理
❖ 图6-5给出了光谱辐射计的结构示意图。光 谱辐射计主要由两个部分组成：产生窄谱 带辐射的单色仪和测量此辐射通量的辐射 计。
❖ 组成：迈克尔逊干涉仪和计算机组成。迈 克尔逊干涉仪主要的。
❖ 傅里叶变换红外光谱仪由以下四部分组成。 ❖ （1）光源 ❖ （2）分束器 ❖ （3）探测器 ❖ （4）数据处理系统
图6-9 迈克耳逊干涉仪工作原理
❖ 由傅里叶变换红外光谱仪获得所需光谱， 一般必须遵循如下步骤：
❖ （1）当干涉仪动镜M1随时间作匀速移动时， 记录相应的信号，测出I(x)值（等间隔取 样）；
图6-5 光谱辐射计的结构示意图
❖ 3. 红外分光光度计
❖ 定义和组成：红外分光光度计也称红外光谱仪， 是进行红外光谱测量的基本设备，结构如图6-6所 示。主要由辐射源、单色仪、探测器、电子放大 器和自动记录系统等构成
图6-6 色散型双光束红外分光光度计结构方框图
❖ 分类：红外分光光度计根据其结构特征可分为单 光束分光光度计和双光束分光光度计两种。在全 自动快速光谱分析中，多采用双光束分光光度计， 双光束分光光度计又有不同结构及工作原理，最 常见的是双光束光学自动平衡系统和双光束电学 平衡系统。
❖ 5. 多通道光谱仪
❖ 多通道光谱仪与单色仪的相同之处在于均 采用棱镜或光栅作为色散元件，与单色仪 的不同之处在于能同时在很多波长的通道 内收集色散能量。
图6-10 多通道光谱仪的基本结构
6.2 基本辐射量的测量
❖ 1. 辐射亮度的测量
❖ 假定用下角标“s”表示与标准辐射源有关的量，而
下角标“x”表示与待测辐射源有关的量。很显然，
❖ 由式（6-6）可知，光栅的分辨本领与划线总数N
和光谱的级数m成正比。
❖ 单色仪的工作原理可用图6-3所示的反射式单色仪 光路系统加以说明。来自辐射源的辐射束穿过入 射行棱狭光镜P缝 束，S投1于后射是，到被经平分抛面解物反为面射不准镜同直M折2反，射射再角镜被的M反单1反射色射进平变入行成色光平散束， 经S2输另出一。抛色物散面棱反镜射P镜与M平3反面射反，射并镜聚M焦2的于出射狭缝