第四章 红外辐射源

红外辐射原理
红外辐射是一种电磁辐射，波长长于可见光，但短于微波。

红外线是一种无形的能量，我们肉眼无法看到它，但它在我们的日常生活中发挥着重要作用。

红外辐射原理是指物体在温度不为零时会发出红外辐射，这种辐射能够被红外传感器捕捉到并转化为热像图像。

本文将详细介绍红外辐射的原理及其在各个领域的应用。

首先，红外辐射的产生是由物体的温度决定的。

根据普朗克辐射定律，温度越高的物体会发出更多的红外辐射。

这就是为什么我们可以利用红外辐射来测量物体的温度。

红外测温仪就是利用了这个原理，通过探测物体发出的红外辐射来计算物体的温度，广泛应用于工业生产、医疗保健等领域。

其次，红外辐射在红外夜视、红外热像等领域也有着重要的应用。

红外夜视仪利用物体发出的红外辐射来形成夜视图像，使我们能够在夜晚看清楚周围的环境。

而红外热像仪则是利用物体发出的红外辐射与周围环境的温度差异来显示物体的热分布情况，广泛应用于建筑检测、电力维护等领域。

另外，红外辐射还在安防监控、火灾报警等领域发挥着重要作
用。

红外感应器可以探测物体发出的红外辐射，当有人或物体进入感应范围时，感应器会发出信号，从而实现对区域的安全监控。

在火灾报警系统中，红外感应器也可以检测到火焰的红外辐射，及时发出警报，保护人们的生命和财产安全。

总的来说，红外辐射原理是基于物体温度的辐射特性，利用物体发出的红外辐射来实现温度测量、夜视观察、热像显示、安防监控等多种应用。

随着科技的不断发展，红外技术将会在更多领域得到应用，为人类生活带来更多便利和安全保障。

第四章红外辐射源4.1 腔体辐射理论基尔霍夫定律证明密闭空腔内的辐射就是黑体的辐射。

但是，实际用作标准的黑体型辐射源，都是开有小孔的空腔，小孔的辐射只能近似于黑体的辐射，由于从小扎入射的辐射总有一小部分从小孔选出，因此其发射率略小于l。

习惯上就把这种开有小孔的空腔叫做黑体源或称黑体炉。

腔体辐射理论是制作黑体源所涉及的基础．主要有哥福(Gouffe)理论、德法斯(De—vos)理论等。

给出黑体有效发射率的计算，从而描述开有小孔的空腔与绝缘黑体的差别或近似程度。

1.哥福(Gouffe)理论Gouffe在1954年提出了一个计算开孔空腔有效发射率的表达式。

用这个表达式，可对球形、圆柱形和圆锥形腔体的有效发射率进行理论上的计算。

尽管在推导中做了一些近似的假设，但是因它的表达式意义明确，使用方便，所以仍是广为应用的方法。

2.德法斯(Devos)理论Devos在1954年给出了黑体辐射源腔孔有效发射率的计算公式。

在该公式的推导中，不像Gouffe理论那样先推导吸收比，而是直接推导发射率；并且考虑的是任意形状的腔体，也没有假设腔壁是漫反射表面，所以一殷认为它是比较完善、比较系统的理论。

其结果，在等温腔腔壁为漫反射时(见图4—1)，与Gouffe 理论所得出的结果极为相近，但计算比Gouffe理论复杂很多。

2.黑体型辐射源黑体型辐射源作为标准辐射源，广泛地用做红外设备的绝对标准。

然而，我们知道，黑体是一种理想化的概念，在自然界并不存在绝对的黑体。

因此，按定义，我们也就不可能制作出一个绝对黑体。

由前面的讨论可知，开有小孔的空腔很接近黑体，所以通常就把开有小孔的空腔叫做黑体辐射源(或标准黑体辐射源)。

它可以作为一种标准来校正其他辐射源或红外系统。

典型的实用黑体型辐射源的构造如图4—2所示，其主要组成部分包括腔体、加热线圈、保温层、温度计和温度控制部分。

按辐射腔口的口径尺寸来分类，则可把黑体型辐射源分为以下三类：(1)大型：φ＞100 Mm。

红外线的辐射源有哪些红外线是不可见光，任何大于绝对零度的物体都具有发射红外线的能力，因此红外线的辐射源在我们身边是非常多的。

第一、太阳近似于温度5600K黑体的良好辐射源。

峰值波长在可见光波段，但仍是地球附近最强的红外辐射源，而且相当稳定。

可以作为空间红外仪器的参考标准源。

第二、红外星与红外天体宇宙间一些以辐射红外为主的天体。

它们是一些处于引力塌缩中、尚未触发热核反应的、非常年轻的天体,但已经是红外热源,或者是一些处于濒临消亡的恒星所抛出的大块尘云。

温度都很低，所辐射的红外波长约为几十微米至近百微米。

这些宇宙间的红外辐射源对天体演化的研究有重要意义。

第三、能斯脱灯丝用锆、钇和钍的氧化物烧结成的空心细棒，长约25毫米，直径约2毫米,引出电极为铂丝。

常温时阻值很高，具有负电阻温度系数。

使用时先加温至几百度，然后通电点亮，由电能维持其温度，由镇流器限制其加热电流。

这种红外源能在空气中工作，温度达1800K。

常用于红外光谱仪器。

第四、硅碳棒碳化硅做成的圆棒，发热部分的直径约为5毫米，工作温度为1500K，用于红外光谱仪器，更常用于工业加温炉。

第五、红外灯属于白炽灯一类,工作温度较白炽灯低,使辐射能分布更多地移向红外。

受玻璃外壳的限制，发射的红外辐射短于2.5微米。

常用于医疗和工业干燥等。

第六、碳化硅板由电热丝埋入或装入碳化硅板中构成的一种中、远红外辐射源。

电热丝通电后加热碳化硅板，控制不同的平衡温度，能获得不同波长分布的红外辐射。

作为红外辐射源,为了提高某一波段的红外辐射效率,可采用表面涂覆特定的红外高发射率的涂料。

这些涂料由Ni2O3、Cr2O3、CoO、Na2O、MnO2、SiC、SiO2等材料组成。

用碳化硅板可砌成各种红外炉，广泛用于烘烤技术中。

第七、红外激光器属于受激辐射，各辐射中心的发射具有相同的频率、方向和偏振状态以及严格的相位关系。

红外激光器辐射强度高，单色性好，方向性强。

常用的红外激光器有钕玻璃激光器、钇铝石榴石激光器、二氧化碳激光器和磅锡铅激光二极管等。

红外线感应工作原理红外线感应是一种通过红外线传感器来检测和感知目标物体的技术。

红外线（Infrared radiation）是一种电磁辐射，波长范围在700纳米到1毫米之间，处于可见光的下方。

红外线感应工作原理如下：1. 红外辐射源：红外线传感器需要一个外部红外辐射源发出红外线。

通常使用红外LED或红外激光二极管作为红外辐射源。

红外辐射源的波长通常在850纳米到950纳米之间，这个波长是红外线传感器最敏感的波长。

2. 目标物体反射：红外辐射源发出的红外线照射在目标物体上，目标物体会吸收、折射和反射红外线。

当目标物体的温度不同于周围环境时，会有红外辐射被目标物体发射出来，这被称为热辐射。

3. 接收器：红外线传感器中的接收器用于接收并测量目标物体反射回来的红外线辐射。

接收器通常是一种特殊的光敏元件，如晶体管或光敏二极管，可以通过在电流或电压的变化中测量红外光的强度。

4. 信号处理：红外线传感器在接收到红外线辐射后，将其转化为电信号。

电信号经过放大、滤波、模数转换等处理后，可以得到目标物体反射红外线的强度、频率和波形等数据。

5. 检测距离：根据反射红外线的强度，可以计算出目标物体与传感器的距离。

通常情况下，反射红外线的强度与目标物体之间的距离成反比关系。

因此，通过检测反射红外线的强度，可以确定目标物体与传感器的距离是否在某个预设的范围内。

6. 输出信号：基于对检测距离的判断，红外线传感器可以产生不同的输出信号。

当目标物体与传感器的距离在设定范围内时，传感器输出一个逻辑高电平，表示目标物体存在。

当目标物体超出设定范围时，传感器输出一个逻辑低电平，表示目标物体不存在。

红外线感应广泛应用于不同领域，如安全系统、自动化控制、距离测量和机器人导航等。

在安全系统中，红外线感应可以用于检测人体活动，如门禁系统和监控系统。

在自动化控制中，红外线感应可以用于监测物体的位置、速度和流量等。

在距离测量中，红外线感应可以通过测量反射红外线的强度来计算目标物体与传感器的距离。