关于红外线轴温探测系统课件

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红外测温原理及其应用PPT课件

I
E
I
T
I
E
A
I
R
E E
“理想黑体”
“实际物体”
既是完全吸收体也是完全发射体
部分能量被反射部分能量透过
发射率 =1
.
发射率 <1
34
7 红外测温注意事项
❖ 发射率的分类材料发射率按光谱范围分为全波发射率、光谱发
射率和在某光谱范围的积分发射率。根据辐射方向不同分为半球发射率和定向发射率等；定向发射率中应用最多的是法向发射率。这些不同的划分可以组合出多种不同发射率参数。常见的发射率有四种：半球全波发射率为物体的辐射出度与同温度下黑体的辐射出度之比。
❖ 八十年代后期发展起来的红外摄像法较上述两种方法具有更好的准确性和更快的响应速度。
❖ 工作原理是：物体发出的红外辐射经过摄像镜头后打在红外摄像机内部的红外光敏元件板上，该板将辐射能转化成电压信号，由于温度场内不同温度的各点向外辐射红外线的强度不同，所以经过红外敏感元件板后得到的电压信号的强弱也不同，当这些不同强度的电压信号在摄像机内部转化成为全电视信号并反映在电视监视器上时，就会由于其灰度值的不同而产生亮度依次变化的温度场图像。
.
29
6 红外照相法
❖ 采用红外照相法的车削温度测量装置，如图 6.1所示。
图6.1 红外照相法. 测温装置示意图
30
6 红外照相法
❖ 测温装置安装于车床横溜板的机座板上，使刀具、照相机相对于工件排成一线；照相机配有专门的红外辐射聚焦调节装置；刀夹可使照相机镜头尽可能接近工件表面，为避免切屑溅射的影响，照相机镜头用有机玻璃罩子罩住，镜头与工件表面之间设计了挡屑板，透过板上的小孔可对刀具和工件表面摄影（采用高温红外胶卷）。

红外线传感器(分析“红外线”文档)共5张PPT

缺点：感度低、响应慢(mS之谱)。
4
应用案例
火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。火焰传感器能够探测到波长在700 纳米～1000纳米范围内的红外光，探测角度为60°，其中红外光波长在880纳米附近时候的灵敏度达到最大。
(2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。 (量2)子利型用的半优导点体：迁感徙度现高象、吸响收应能快量速差(之μS光之电谱效)；果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。
(热中1)型文将的名红现红外热象外线俗线型一称传部的为感份焦器优变热外换点效文为应有名热，i，n：其fr藉a中可r热e最d常取t具r出a温代n电s表d动阻u性c值作e者r变原有下化理测及操红辐电外射作动线热，势来器等波进(输T行h长出e数r信依m据号a处l存之B优o热性lo点型m灵e。t敏er)度，高热电堆(Thermopile)及热电(Pyroelectric)元件。量是子利型用红的(外波优线点长来：不进感行度同数高感据、处度响理应有的快很一速种(大μ传S之感之器谱变，)；化有灵者敏)并度高不等存优点在，，红外造线价传便感器可以控制驱动装置的运行。 (量1)子将型红的外宜优线；点一：部感份度变高换、为响热应，快藉速热(取μS出之电谱阻)；值变化及电动势等输出信号之热型。
火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。
(2) 利用半导体迁徙现量子型的优点：感度高、响应快速(μS 之谱)；

车辆轴温智能探测系统(THDS)概论PPT课件

98年以后，采用光子器件，研制推广适应高速列车的探测系统。主要代表机型有哈科所（威克） HTK-499、广汉厂（科峰） HTZ-2000＋、航天部502所（康拓） HBDS-Ⅲ。
2001年，利用办公网络，实现铁道部、铁路局、铁路分局的全路联网。
2004年，主要干线陆续增加车号检测装置，实现智能跟踪，车号检测也是“5T”综合预报的前提。
轴承在运转过程中由于材料缺陷、加工或装配不当、润滑不良、水份和异物侵入、腐蚀剥落以及过载等原因都可能导致损坏。当然，即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间的运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损等现象影响轴承的正常工作。
铁路车辆在运行过程中，如果轴承内部损伤或外部不合理受力，会导致轴承发生部件过度磨耗或损坏、卡滞等故障，如果不及时对这些轴承故障发出警告，最终会导致发生严重的列车安全事故。
85年后：研制二代机早期产品，热敏电阻测温，直流放大，定量测温，计算机进行数据采集和处理，自动判别预报热轴。
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前言
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THDS系统简介
90年代：大面积推广使用二代机，探测站无人职守，实现分局中心、复示站、探测站的网络连接。主要代表机型有哈科所（威克） HTK-391、广汉厂（科峰）HTZ-2000、航天部502所（康拓）HBDS-Ⅱ。
可以准确的发现轴承早、中期故障。更重要的时，通过对
轴承温度的监测是及时发现车辆轴承后期严重故障，防止
热切轴的重要手线辐射能量有关，利用将红外线辐射转换为其它信号的红外传感器，就能够以非接触的方式测量物体的温度。红外线测温具有非接触性、灵敏度高、检测速度快的优点，但也有材料、制造成本高，以及难以精确测量物体某一点确切的温度值的不足之处。

红外测温工作原理PPT012

测温仪的选型参数
测温范围/响应波长距离系数（测量距离与目标大小）发射率设定测量精度/重复性响应时间瞄准方式（激光、透镜、视频、目视、瞄准灯/镜）现场环境要求/输出方式
红外测温仪工作原理
窗口和光学系统
目标
环境
探测器
显示及输出
453
SP1 470
EMS ?85
红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚集在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。
双色测温仪
测量视场部分被遮挡烟雾，水汽，灰尘不洁窗口目标比较小,小于测量红外测温仪的视场运动目标,尤其是快速运动的物体目标发射率低或变化
何温仪解决的问题
不洁镜头
不洁窗口
部分视场被遮挡
小于视场的目标
输出选择
热偶输出电流输出 0 - 20 mA 4 - 20 mA 电压输出 0 - 5 伏标准1 mV /度 RS232/RS485输出
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1500°C
1000°C
542°C
260°C
20°C
不同温度的辐射曲线永不会相交随温度增加，辐射能量增大而峰值波长减小波长与温度成反比
红外能量（温度/热像）
波长（微米）
102
101
1
10-1
10-2
10-3
10-4
0
物体发射率
背景能量的影响
当背景温度高于目标温度时应进行背景温度补偿(T-Ambient)

红外线轴温探测系统培训教程138页PPT

红外线轴温探测系统培训教程
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美池桑竹之属，阡陌交通，鸡犬相闻。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

十一章THDS红外线轴温探测系统-图文

十一章THDS红外线轴温探测系统-图文第十一章红外线轴温探测系统第一节红外热轴探测系统红外线轴温探测系统经历了第一代、第二代及第三代，目前使用得较多的是第三代HBDS-Ⅲ型红外热轴探测系统。

HBDS-Ⅲ型红外热轴探测系统(以下简称三型机)是为适应列车不断提速而开发的新型热轴探测系统，采用调制型致冷式光子探头和新型的自适应轴温计算技术，满足最高车速达360公里/小时运行列车轴温探测和热轴报警的需要。

三型机的光子探头采用碲镉汞光导型(HgCdTe-Pc)器件，器件响应时间常数小于1微秒；探测器件采用半导体二级致冷，使探头的响应率及信噪比比常温工作状态下的探测器有很大提高。

探头光路用调制盘调制，电路采用交流放大，实现高增益而没有漂移。

探测器件采用国内器件，降低成本。

三型机的轴温计算采用新型的自适应轴温计算技术，定量测温，轴温计算准确。

能满足5～360公里/小时运行的列车轴温探测和热轴报警的需要。

自适应轴温计算技术使系统具有一定的自适应能力，以往的轴温计算技术以探头的状态和性能保持不变为基础，对硬件提出较高要求，而且若探头性能发生变化即需人工调整或维修。

而自适应轴温计算技术使轴温计算精度不受系统状态变化的影响，能够自动适应探头工作状态和性能的变化，适应探测器件响应率的变化，适应探头光学系统增益和电路增益的变化，弥补探头的不一致性，保证轴温计算准确。

三型机软件对异常波形进行处理，克服了由于探测器件对异常光源比较敏感而对测温和热轴预报的影响。

三型机的采集板采用智能方式，以80C552作为CPU，一块采集板可以进行单方向轴箱温度波形的采集和车号信息的采集，便于系统扩展。

三型机具有比较完善的自检，易于进行故障分析。

三型机与红外线测报中心及复示站的通讯方式与现有设备兼容，可直接与现有网络组网运行。

本章主要介绍探测站的内容，其它内容在《车辆运用与管理》中讲述。

一系统探测站构成及技术指标图10-1红外轴温探测系统探测站的组成1系统探测站构成探测站设备由轨边设备和轨边机房内设备组成，如图10-1。

红外测温系统PPT课件

1
2
3
2021/1/1
测量部分电路
T
220V～
TRANS1
电源电路

S +12
1
VD5
B
U
IN4001
4
2
2A/50V
C10
C11
470uF/25V 0.1uF
C9 47uF/16V E 12V
BRIDGE1
3
电源电路
该系统电源电路如图所示。该系统采用12V 直流电源供电。将220V交流电通过变压器T 降压，全桥U 整流，C10 滤波，为系统提供12V直流电压。
A
Title
2021/1/1
Size
Num be r
B
Date: 23-Aug-2012
Revision Sheet of
6. 总结
红外测温技术随着现代技术的发展日趋完善,以其非接触和快速测温的优点，在工业、农业、医疗和科学研究方面都有着广泛的用途。开发更新型的红外测温技术，完善红外测温仪的性能是时代发展的要求。
PbTT4
根据斯特藩—玻耳兹曼定理黑体的辐出度 Pb(Τ)与温度Τ 的四次方成正比，即：
PbTT4
式中，Pb(T)—温度为T 时，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能，称为总辐射度； σ—斯特藩—玻耳兹曼常量； T—物体温度。式（2）中黑体的热辐射定律正是红外测温技术的理论基础。如果在条件相同情况下，物体在同一波长范围内辐射的功率总是小于黑体的功率，即物体的单色辐出度 Pb(Τ)小于黑体的单色黑度ε(λ)，即实际物体接近黑体的程度。
2021/1/1
积分显示电路
测量部分电路
R13
B

《红外探测器》PPT课件 (2)

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电阻测辐射热器，有半导体测辐射热器、金属测辐射热器和超导体测辐射热器。热敏电阻是一种半导体测辐射热器，常用Mn、 Co和Ni的氧化物按一定比例混匀烧结成薄片，在吸收红外辐射的表面制备一层吸收层，引出电极，封装好后性能达到要求的即可使用。光敏面积一般为10的-2次平方毫米到几个平方毫米。为了在确保所需视场的情况下提高探测灵敏度，常制备成浸没型热敏电阻探测器。
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图3-10 三种NTC热敏电阻稳定晶体管工作点的电路
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用NTC热敏电阻作温度测量装置
图3-11为一热敏电阻温度计。图中RT为热敏电阻，由于热敏电阻的阻值随温度变化而变化，因而使接在电桥对角线间的微安表指示也相应地变化。热敏电阻温度计的精确度可以达到0.1℃ 感温灵敏度在10s以下。
生电动势，这种现象称为温差电现象。利用温差电现象制成的感温元件称为温差电
偶(也称热电偶)。温差电动势的大小与接头处吸收的辐射功率或冷热两接头处的温差
成正比，因此，测量热电偶温差电动势的
大小就能测知接头处所吸收的辐射功率或
冷热两接头处的温差。
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图3-14 热电偶原理图
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图3-15 铂铑合金热电偶
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图3-16 直角弯头热电偶
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图3-17 环形热电偶
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图3-19 热电偶表面探头
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图3-20 耐腐蚀热电偶
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制造温差电偶的材料有纯金属、合金和半导体。常用于直接测温的热电偶一般是纯金属与台金相配而成，如铂锭—铂、镍铬—镍铝和铜—康铜等，它们被广泛用于测量1300℃以下的温度。用半导体材料制成的温差电偶比用金属作成的温差电偶的灵敏度高，响应时间短，常用作红外辐射的接收元件。将若干个热电偶串联在一起就成为热电堆。在相同的辐照下，热电堆可提供比热电偶大得多的温差电动势。因此，热电堆比单个热电偶应用更广泛。

车辆检测技术——红外线列车轴温探测讲义

探测站主计算机（机箱、电源、母板、硬盘、）
模模模模数数通复拟拟拟拟字字讯位采采采采 I/ I/ 扩、集集集集 O O 展开卡卡卡卡来自上下卡关 sn sw xn xw
电网电源防雷 UPS、稳压电源
专用通讯网
控制箱 S 控制箱 X
智能跟踪装置（单/双）远程管理箱
通讯设备
通道防雷
1.4 探测站的功能
THDS－A 红外线轴温探测站是整个系统的主要组成部分，完成以下功能
1. 列车车速、轴距 2. 轴温 3. 车号等列车运行信息的采集 4. 处理以及信号的传输通信等功能。
1.5 探测站的技术特点
1.5.1 室外备的技术特点
室外设备也叫轨边设备，是探测站的重要部分，主要的传感器都安装在轨边的轴箱扫描器和卡轨器中。轨边设备的技术性能直接影响轴温测量的准确度和系统的稳定度。THDS－A探测站轨边设备具有以下特点：
THDS-A 网络构成
1.3 技术指标
1、探测站采用光子探头与热敏探头相结合的双下探方式，自动探测客、货车辆的热轴； 2、自动识别机车、客车、货车； 3、自动测速；适应车速：客探5～360公里/小时；货探5～160公里/小时 4、系统测温精度：静态标定在温升40℃时，误差不大于±2℃，温升70℃时，误差不大于±3℃；动态检测中低温区误差不大于±3℃，中高温区误差不大于 ±4℃ 5、计轴计辆精度：计轴误差＜ 2×10-6；计辆误差＜ 2×10-5； 6、具有双向同时接车的功能，可探测最大编组为400辆的列车； 7、探测站主机存储容量：保存不少于30天的原始列车数据；保存不少于30天的设备自检故障信息； 8、在线读取设备编号，实时同步更新三个系统中的设备管理信息。
探测站设备图

红外线轴温探测系统培训教程

2008年7月至2009年6月，探测列车73017980列， 2612619897辆，10436799950轴。预报强激热热轴 4808次，拦停1509次，甩车945次，换轮775次
上电初始化
检查初始化复位类型，是刚上电吗？
N
置异常复位标记
与上位机通信
Y
置上电复位标记
收到开机中断
N
是正向来车吗？
自动探测蒸气、内燃和电力机车牵引的货、客车辆所发生的热轴故障；
自动测速（显示最高、最低、平均速度）；自动分级判别热轴故障和跟踪热轴；自动显示轴箱温度；探测站信息传输采用有线音频二线方式或网络信息传输；自动检测探测站电源、磁钢、探头、环温箱、保护门等12类
故障，并保留当前100个故障纪录；自动补偿校正设备增益和灵敏度，以适应环境温度和车速的
机柜
交流电源箱直流电源箱主机箱无线发射机温控箱
391室内设备
HTK-391设备特点
HTK-391型红外线设备是在前代机型成功的经验上运用先进的微机技术，从单点式探测发展到区间联网监测，集中预报的先进管理模式。
探测站探头测得的轴温信息由探测站主机贮存、处理后，经铁路通信信道传输至路局监测站，对热轴进行跟踪，发现热轴，通知有关部门拦停列车并对热轴进行检查处理。
Y
计轴，测轴距，测速，车号信息采集，轴温信号采集
N
是否收到正常的磁钢中断信号
并完成正常采集过程？
Y
辆数匹配
判滚滑
幅值计算
车号信息重签、错签处理，标签定位
形成过车报文存车、存目录
通信
一、工作原理：探头探测角度
一、工作原理：外探角度
一、工作原理：内探角度
工作原理：双探角度

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为比辐射率，即物体表面辐射本领与黑体辐射本领的比值，黑体的 = 1。
4.2 红外辐射的基本定律
3.维恩位移定律热辐射发射的电磁波中包含各种波长。
实验证明物体峰值辐波长lm与物体自身的绝对温度T成反比。即
lm=2897/T (mm)
4.2 红外辐射的基本定律
如图所示给出了不同温度的光谱辐射分布曲线，图中虚线表示了由上式描述的峰值波长与温度的关系曲线。
目前我们全面推广的是HTK499型红外轴温探测系统。
第一节：红外轴温度简介 1.1红外线
就是在可见光的红色光谱外端还有一种看不见的辐射线存在，而且具有热效应。
1.2红外轴温系统的诞生 1.21车辆轴温现象
车辆在运行时，承重轴承都会由于摩擦而产生热量，轴承正常运转时，它所产生的热量会使其表面的温度趋于稳定值。
在日常生活中，人们利用红外线的特性，研制了好多有利于人们生活的产品，比如：红外防盗报警器、红外测温仪等等。
红外轴温探测系统的发展
红外轴温探测系统的发展大致经历了两个阶段，一代机阶段，限于当时国内红外元件质量和其它电子技术条件，当时红外探头采用热敏电阻和交流放大器，显示部分采用描笔直接记录每个轴温信息，最后由人工判别轴温波形并进行热轴预报。二代机阶段，是在一代机的基础上，融入单板计算机技术为主要特点。
7.1.1 红外辐射的基本知识
红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。
它的波长范围大致在0.76~1000mm，红外线在电磁波谱中的位置如图所示。
工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。
7.1.1 红外辐射的基本知识
二代机的发展
目前，随着计算机技术的飞越发展，二代机红外轴温探测系统也经历了多次更型，功能和探测数据上也逐渐趋于准确完善。
我们哈科所研制的二代机经历了以下几个产品阶段：一型机HTK187(87年产品定型) 二型机HTK289(89年产品定型) 三型机HTK391(91年产品定型) 四型机HTK499(99年产品定型)
由图可知，峰值辐射波长随温度升高向短波方向偏移。当温度不很高时，峰值辐射波长在红外区域。如人体温度为 36~37℃，所辐射的红外线波长为9~10mm。
7.1 红外技术概述
我们都知道，车辆在运行时，承重轴承都会由于摩擦而产生热量，轴承正常运转时，它所产生的热量会使其表面的温度趋于稳定值。
当轴承内部出现故障时，便会使它的摩擦加剧，温度突升，达到一定程度时，便形成热轴，严重者导致切轴，使运行中的车辆颠覆，给行车带来了重大财产损失。
红外辐射的物理本质是热辐射，一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。
物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。
红外线的本质与可见光或电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中也以光速传播，并具有明显的波粒二象性。红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的。它在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。
7.1.1 红外辐射的基本知识
红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是0.3~2.6mm、3~5mm和8~14mm，统称为“大气窗口”。如图所示，为通过一海里长度的大气透过率曲线。
7.1.1 红外辐射的基本知识
这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。
Er E0
式中，Er为物体在单位面积和单位时间内发射出的辐射能； a为物体的吸收系数；是常数E。0为常数，其值等于黑体在相同条件下发射出的辐射能，它
4.2 红外辐射的基本定律
2.斯忒藩-玻尔兹曼定律物体温度越高，发射的红外辐射能越多，
在单位时间内其单位面积辐射的总能量E为
ET4
式中，T为物体的绝对温度，单位为K； = 5.67×10-8W/(m2·K4)为斯忒藩-玻尔兹曼常数；
能全部吸收投射到它表面的红外辐射物体称为黑体；能全部反射的物体称为镜体；能全部透过的物体称为透明体；能部分反射、部分吸收的物体称为灰体。
严格地讲，在自然界中，不存在黑体、镜体与透明体。
4.2 红外辐射的基本定律
1.基尔霍夫定律基尔霍夫定律指出，一个物体向周围辐射热能的同
时也吸收周围物体的辐射能。如果几个物体处于同一温度场中，各物体的热发射本领正比于它的吸收本领，这就是基尔霍夫定律，可由下式表示
当轴承内部出现故障时，便会使它的摩擦加剧，温度突升，达到一定程度时，便形成热轴，严重者导致切轴，使运行中的车辆颠覆，给行车带来了重大财产损失。
1.22 红外轴温度的产生
为了积极避免车辆轴温现象给行车安全带来的隐患，多年来，人们一直致力于轴温探测系统的研究中。红外轴温探测系统就是人们研究出来的一种利用红外线进行非接触方式的轴温探测方式之一。
红外轴温探测系统的诞生
热轴现象的产生，无疑给铁路行车安全带来很大安全隐患。为了积极避免这一现象给行车安全带来的隐患，多年来，人们一直致力于轴温探测系统的研究中。红外轴温探测系统就是人们研究出来的一种利用红外线进行非接触式的轴温探测方式之一。
什么是红外线？
红外线：就是在可见光的红色光谱外端还有一种看不见的辐射线存在，而且具有热效应，人们习惯称之为红外线。它不象紫外线，X射线那样，它是一种很常见辐射线，在自然界当中，只要不是低于绝对零点温度(-273℃)以下的物体，就具有红外线。
关于红外线轴温探测系统
7.1 红外技术概述
红外技术是在最近几十年发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得了广泛的应用。红外技术应用可分为以下几方面：
① 红外辐射计，用于辐射和光谱辐射测量； 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，如红外图像仪、多光谱扫描仪等； 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多个的组合。