红外探测器为何要在低温下工作

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。

§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。