第八章 红外辐射与红外探测器

红外探测器原理
红外探测器是一种能够感知红外辐射的传感器，其原理基于物体的热辐射特性。

红外辐射是指波长长于可见光的电磁辐射，通常处于0.75μm至1000μm的范围内。

红外探测器主要应用于红外成像、红外测温、红外遥控以及红外安防等领域。

红外探测器的原理主要有热释电、热电偶、焦平面阵列等几种。

热释电原理是基于物质在吸收红外辐射后产生温度升高，从而产生电荷变化的
现象。

热释电探测器的工作原理是通过将红外辐射转化为热能，再将热能转化为电能，最终得到电信号。

这种原理的探测器具有快速响应、高灵敏度的特点，但需要外部电源供电。

热电偶原理是利用两种不同材料的接触产生的塞贝克效应，当其中一种材料吸
收红外辐射时，产生的热量使得两种材料的接触点产生温差，从而产生电压信号。

热电偶探测器的优点是工作稳定、寿命长，但对环境温度变化敏感。

焦平面阵列是一种集成式的红外探测器，由多个微小的红外探测单元组成，每
个单元都能够独立感知红外辐射并转化为电信号。

焦平面阵列探测器具有高分辨率、高灵敏度和多功能集成的特点，广泛应用于红外成像领域。

除了以上几种原理外，红外探测器还可以根据探测方式分为主动式和被动式。

主动式红外探测器通过发射红外辐射并测量其反射回来的信号来实现探测，常用于红外遥控和红外测距。

被动式红外探测器则是通过感知周围环境中的红外辐射来实现探测，常用于红外安防和红外监测。

总的来说，红外探测器通过感知物体的红外辐射来实现探测，其原理多种多样，应用也十分广泛。

随着科技的不断进步，红外探测器的性能将会不断提升，为各种领域的应用提供更加可靠、高效的技术支持。

“红外传感器”知识点评估题学习知识点后请完成以下练习题
1）红外传感器主要由哪几部分组成( )。

（多选）
A.红外辐射源
B.红外探测器
C.电源电路
D.放大电路
2）工程上红外线占据在电磁波谱分为哪些波段( )。

（多选）
A.近红外
B.中红外
C.远红外
D.极远红外
3）红外探测器是能够将红外辐射能转换为电能的热电或光电器件，是红外探测系统的关键部件( )。

（单选）
A.正确
B.错误
4）红外探测器主要包含两大类热探测器和光子探测器。

( )。

（单选）
A.正确
B.错误
5）光子探测器与热释电传感器在性能上最大的区别是( )。

（单选）
A.光量子型红外光电探测器探测的波长较窄，而热探测器几乎可以探测整个红外波长
范围
B.光量子型红外光电探测器探测的波长范围比热探测器宽
C.光量子型红外光电探测器寿命比热探测器长
D.以上都不对
第 1 页共1 页。

《光电检测技术》教学大纲课程代码：课程中文名：光电检测技术课程英文名：课程类别：专业技术科适用专业：光伏材料应用、光伏发电应用、电子技术等专业课程学时： 48学时课程学分： 3学分一、课程的专业性质、地位和作用（目的）1、性质：必修2、地位：光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新型检测技术，它是利用电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示。

光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一。

3、作用：通过本课程的教学，使学生了解和掌握各种光电器件的结构、工作原理、工作过程、工作特性及其基本的应用，培养学生通过了解器件的性能特点来搭建检测系统的能力，培养学生学习的能力和综合运用知识的能力，培养学生理论联系实际的学风和科学态度，提高学生的分析处理实际问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。

二、教学内容、学时分配和教学的基本要求第一章光电检测应用中的基础知识6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0 学时1.1 辐射度学和光度学基本概念1.2 半导体基础知识1.3 基本概念1.4 光电探测器的噪声和特性参数重点:辐射度学和光度学基本概念难点:光电探测器的噪声和特性参数教学要求:本章介绍了光电检测应用中的基础知识，要求学生对基本概念有理解，进而掌握光电探测器的噪声及特性参数第二章光电检测中的常用光源3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时2.1 光源的特性参数2.2 热辐射源2.3 气体放电光源2.4 固体发光光源2.5 激光器重点：光源的特性参数难点：气体、固体发光光源和激光器的工作原理教学要求:本章要求学生掌握各种固体发光的工作原理及其应用第三章结型光电器件 6 学时，理论教学6 学时，实践或其他教学0学时3.1 结型光电器件工作原理3.2 硅光电池3.3 硅光电二极管和硅光电三极管3.4 结型光电器件的放大电路3.5 特殊结型光电二极管3.6 结型光电器件的应用举例——光电耦合器件重点：结型光电器件的工作原理；硅光电池的工作原理及特性；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较难点：结型光电器件的放大电路及应用举例——光电耦合器件教学要求：要求学生掌握硅光电池的工作原理；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较及结型光电器件的放大电路及应用——光电耦合器件第四章光电导器件6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时4.1光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要性能参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用重点：光敏电阻的工作原理和特性参数难点：光敏电阻的应用教学要求：要求学生掌握光敏电阻的工作原理及性能参数及光敏电阻的应用第五章真空光电器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时5.1 光电阴极5.2 光电管与光电倍增管5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路5.5 微通道板光电倍增管5.6 光电倍增管的应用重点：光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数难点：光电倍增管的供电和信号输出电路及应用教学要求：要求学生掌握光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数及实际应用第六章真空成像器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时6.1像管6.2常见像管6.3摄像管6.4光导靶和存储靶6.5摄像管的特性参数6.6摄像管的发展方向重点：像管与摄像管的工作原理难点：光导靶和存储靶的原理及摄像管的特性参数教学要求：要求学生掌握像管与摄像管的工作原理及特性参数第七章固体成像器6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时7.1 电荷耦合器件7.2 电荷耦合器件的分类7.3 CCD摄像机分类7.4 CCD的特性参数7.5 自扫描光电二极管阵列7.6 固体摄像器件的发展现状和应用重点：电荷耦合器件的工作原理；CCD的特性参数难点：自扫描光电二极管阵列教学要求：要求学生掌握CCD固体成像器件的工作原理第八章红外辐射与红外探测器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时8.1 红外辐射的基础知识8.2 红外探测器8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项8.4 红外测温8.5 红外成像8.6 红外无损检测8.7 红外探测技术在军事上的应用重点：红外探测器的工作原理、性能参数及使用中应注意的事项难点：红外探测器的具体应用教学要求：要求学生掌握红外辐射的基础知识，并掌握红外探测器的各种具体应用第九章光导纤维与光纤传感器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时9.1 光导纤维基础知识9.2 光导纤维的应用9.3 光纤传感器的分类及构成9.4 功能型光纤传感器9.5 非功能型光纤传感器重点：光导纤维的基础知识及功能型光纤传感器的工作原理难点：非功能型光纤传感器的工作原理教学要求：要求学生掌握光导纤维的基础知识，并掌握光纤传感器的工作原理第十章太赫兹波的产生与检测3学时其中理论教学 3 学时，实践或其他教学0学时10.1 概述10.2 THz辐射光谱学10.3 THz辐射成像重点：THz辐射成像的原理难点：THz辐射成像的原理教学要求：要求学生掌握THz辐射成像的原理三、各章节教学课时分配表本课程各部分教学内容计划学时数分配如下：四、课程的考核办法和成绩评定：1、考试 2.笔试（闭卷）3.平时成绩比重：平时成绩（包括考勤、作业、答疑、课堂练习、课外实验、等）占30%4.期末成绩比重:卷面考试占70%。

红外探测的原理和应用一、红外探测的原理红外探测是一种利用红外光谱区域的电磁辐射的技术，其原理基于物质在不同温度下会产生不同的红外辐射。

•红外光谱区域：红外光谱区域一般包括近红外光谱区（750-2500纳米）和远红外光谱区（2500纳米-1毫米）。

近红外光谱主要用于气体分析和食品质量检测等领域，而远红外光谱则主要用于红外加热、红外成像和红外探测等方面。

•红外辐射的特点：红外辐射有很强的穿透性，可以穿透一些物体，如云雾、玻璃、塑料等；红外辐射还具有热能性质，可以感知物体的温度。

•红外探测技术：主要有热电偶、焦平面阵列和半导体红外探测器等。

二、红外探测的应用红外探测技术在各个领域得到了广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1.军事安防：红外探测技术在军事安防领域起到了重要的作用。

利用红外摄像机，可以实现夜视、目标追踪和隐蔽目标的侦测等功能。

同时，红外辐射具有热能性质，能够探测到活动的敌方目标，提高军事安防的效果。

2.火灾报警：红外探测技术在火灾报警系统中发挥着重要的作用。

通过红外探测器检测房间内的温度变化和烟雾等火灾信号，及时发出警报并启动灭火措施，保障人员的生命和财产安全。

3.工业生产：红外探测技术在工业生产中被广泛应用。

例如，红外温度传感器可以测量物体的表面温度，用于监测工业生产中的温度变化和异常情况。

红外成像技术还被应用于无损检测、质量控制和设备检测中。

4.医疗诊断：红外探测技术在医疗诊断中有着重要的应用价值。

红外热像仪可以通过检测人体的红外辐射，获取人体表面的温度分布情况，辅助医生进行诊断和治疗。

此外，红外成像技术还可以用于无创测量体温和监测疾病的发展情况。

5.环境监测：红外探测技术在环境监测中也有广泛的应用。

例如，利用红外气体分析仪可以检测大气中的各种气体浓度和组成，用于环境污染监测和大气质量评估。

此外，红外辐射也可以用于监测地理环境的变化和自然资源的开发利用。

三、红外探测技术的发展趋势随着科技的进步和应用需求的增加，红外探测技术也在不断发展，具有以下几个趋势：1.多功能化：红外探测技术在各个领域的应用需求不断增加，对探测器的功能要求也越来越多样化。

第八章习题答案1．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。

解：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：a)在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应;b)受光照的物体导电率1R发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。

2．分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。

解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。

内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。

3．简述CCD 的工作原理。

解：CCD 的工作原理如下：首先构成CCD 的基本单元是MOS 电容器，如果MOS 电容器中的半导体是P 型硅，当在金属电极上施加一个正电压时，在其电极下形成所谓耗尽层，由于电子在那里势能较低，形成了电子的势阱，成为蓄积电荷的场所。

CCD 的最基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS 电容器，这些电容器用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化层，并在其上制作许多金属电极，各电极按三相（也有二相和四相）配线方式连接。

CCD 的基本功能是存储与转移信息电荷，为了实现信号电荷的转换：必须使MOS 电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS 电容的势阱相互沟通，即相互耦合；控制相邻MOC 电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处；在CCD 中电荷的转移必须按照确定的方向。

4．说明光纤传输的原理。

解：光在空间是直线传播的。

在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。

当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。

设有一段圆柱形光纤，它的两个端面均为光滑的平面。

当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成θi 角时，根据斯涅耳（Snell ）光的折射定律，在光纤内折射成θj ，然后以θk 角入射至纤芯与包层的界面。

若要在界面上发生全反射，则纤芯与界面的光线入射角θk 应大于临界角φc （处于临界状态时，θr =90º），即:21arcsin k c n n θϕ≥=且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。

红外探测器原理
红外探测器原理是基于红外辐射的特性。

红外辐射是一种在光谱中长波段的电磁辐射，对于人眼来说是不可见的。

红外探测器利用一种特殊的材料，被称为红外探测传感材料。

这种材料能够吸收红外辐射并转变为电信号。

当红外辐射照射到探测器上时，探测器内部的红外探测传感材料会吸收辐射能量并导致材料内部的电荷分布发生变化。

探测器内部还包含一个电路，用于测量和放大红外探测传感材料中由辐射能量引起的电荷变化。

这样，探测器就可以将红外辐射转化为电信号，从而进行信号处理和分析。

通常，探测器还配备了滤光片，用于选择特定波长的红外辐射，以增强探测器的准确性和灵敏度。

红外探测器的工作原理可归纳为以下几个步骤：辐射能量被红外探测传感材料吸收后，产生电荷变化；电荷变化被探测器内部的电路接收并放大；放大后的电信号经过信号处理和分析，可以得到关于红外辐射的信息。

红外探测器广泛应用于安防监控、火灾报警、人体检测、无人驾驶等领域。

通过感知红外辐射，探测器能够实时准确地识别和监测目标物体，具有很高的应用价值。

红外探测器工作原理
红外探测器是一种能够探测红外辐射的装置，主要原理基于物体发出的红外辐射与红外探测器的相互作用。

红外辐射是指波长范围在0.75-1000微米之间的电磁辐射，对应于频率范围在300-400 THz之间。

红外探测器常用的工作原理包括热电偶、热电阻、半导体等。

下面将分别介绍这些工作原理：
1. 热电偶原理：热电偶是由两种不同材料的导线接触形成的，它们之间存在热电效应。

当其中一侧受到红外辐射时，它的温度会升高，从而在热电偶的两端产生温差，进而产生电压差。

这个电压差可以用来检测红外辐射的强度。

2. 热电阻原理：热电阻器材料的电阻值随温度的变化而变化。

红外辐射会使热电阻器材料的温度升高，从而导致其电阻值发生变化。

测量热电阻器的电阻值变化，可以间接检测红外辐射的存在。

3. 半导体原理：半导体材料对红外辐射具有很好的吸收能力。

在半导体红外探测器中，人们常用的是InSb（砷化铟）、HgCdTe（汞镉铟）、Si（硅）等材料。

这些材料的能带结构使得它们能够吸收红外辐射而产生电荷载流子。

通过测量电荷载流子的变化，可以检测红外辐射的存在。

总之，红外探测器的工作原理是基于物体发出的红外辐射与红
外探测器的相互作用。

不同的原理适用于不同的应用场景，但都能够实现红外辐射的探测和测量。

红外光学知识点总结一、红外辐射的特性1. 波长范围红外辐射是指波长范围在0.75μm至1000μm之间的电磁波，它包括了从近红外（NIR）到中红外（MIR）再到远红外（FIR）的光波段。

不同波段的红外辐射有着不同的性质和应用。

2. 热辐射红外辐射是物体在温度高于绝对零度时产生的热辐射，因此红外辐射的强度与物体的温度有关。

根据普朗克黑体辐射定律，物体的辐射强度与波长呈反比关系，随着波长的增大，辐射强度减小。

3. 透明度大气对红外辐射的透明度较高，尤其是在8~14μm的大气窗口区域，大气的吸收系数很小。

因此在很多应用中，使用8~14μm波段的红外光是比较理想的选择。

4. 吸收特性不同物质对红外辐射的吸收特性不同，这也是利用红外光进行分析和检测的基础。

例如，某些分子有着特定的吸收峰，可以通过测量吸收峰的强度来分析物质的成分和浓度。

二、红外光的产生1. 热辐射由于物体的温度高于绝对零度时就会产生热辐射，因此任何温度高于绝对零度的物体都会发出红外辐射。

因此，红外热像仪可以利用物体的热辐射来成像，实现夜视和障碍物探测等功能。

2. 半导体激光器半导体激光器是一种产生红外光的有效途径，它可以通过半导体材料的电子跃迁来产生特定波长的光。

红外激光器在通信、医疗、测距、材料加工等领域有着广泛的应用。

3. 光学转换通过使用红外滤光片、红外反射膜等光学器件，可以将可见光转换成红外光，或者将红外光转换成可见光。

这种技术在红外摄像、光学通信等领域有着重要应用。

三、红外光学材料1. 红外透镜材料由于大气对红外光的透明度较高，因此在红外光学系统中，需要使用透镜材料来传播和聚焦红外光。

常见的红外透镜材料包括氟化钙（CaF2）、硫化锌（ZnS）、硫化镉（CdS）等，它们在不同的波段具有不同的透过率和折射率。

2. 红外滤光片材料红外滤光片可以用来选择特定波长范围的红外光或者屏蔽其他波长光线，常见的红外滤光片材料有硫化亚硒酸锌（ZnSe）、锗（Ge）等。

红外探测器的工作原理红外探测器的工作原理是基于物体发出的红外辐射来检测物体。

红外辐射是指物体在温度高于绝对零度时由于分子振动而产生的电磁波。

而红外辐射的峰值波长通常在0.75 ~ 1000微米之间。

红外探测器主要是利用材料在受到红外辐射时表现出与可见光不同的电学或热学性能来实现探测。

红外探测器有多种工作原理，主要包括热感型、半导体型、光感型和红外成像型。

一、热感型红外探测器热感型红外探测器又称热成像器，主要是基于物体辐射发射热能与温度之间的关系来实现红外探测。

热感型红外探测器由热敏阻、热电偶和热成像阵列等元件组成，其中，热敏阻和热电偶主要是用于单点测量，而热成像阵列则是用于红外成像。

热感型红外探测器的优点是能够在全天候、全天场合下工作，而且具有高灵敏度、高时间分辨率和高空间分辨率等优点。

热感型红外探测器的工作原理如下：当物体受到热辐射时，会发射出一定波长的红外光，并且这些红外光的能量随着温度的升高而增加。

当这些红外光照射到探测器上时，就会导致探测器表面的温度发生变化。

这种温度变化会影响到热敏阻或热电偶的电阻值或电势差，从而产生电信号。

热成像阵列则是由若干个小区域组成，每个小区域都能够分别感知到不同位置的红外辐射，从而实现红外图像的捕捉。

半导体型红外探测器主要是通过半导体材料与红外辐射的相互作用来实现探测。

半导体型红外探测器的材料主要包括铱化铟(InSb)、砷化镓(GaAs)、铟化镉(HgCdTe)等。

其中，铱化铟和砷化镓的峰值灵敏度较高，而银镉铟复合材料的响应速度较快。

半导体型红外探测器的优点是能够同时感知红外和可见光，并且具有快速响应、高分辨率和较宽的频带范围等优点。

半导体型红外探测器的工作原理如下：当红外辐射照射到半导体材料上时，会导致半导体中的载流子发生复合，从而产生电荷。

这些电荷会在电场的作用下被分离，形成电荷信号。

利用这些电荷信号，就可以实现红外辐射的探测。

光感型红外探测器主要是基于光电效应原理来探测红外辐射。

红外探测器的工作原理
红外探测器是利用物体通过红外辐射来检测物体的一种装置。

其工作原理基于物体的热辐射特征。

物体在室温下都会发出一定强度的红外辐射，这种辐射与物体的温度有关，温度越高，发出的红外辐射也就越强。

红外探测器通常采用特定材料制成的感光元件，这些材料能够吸收红外辐射并转换成电信号。

常见的红外探测原理有热释电效应、热导效应和光电效应等。

热释电效应是最常见的工作原理之一。

探测器中包含一个具有高感应性的热释电元件，当物体通过红外辐射照射到探测器上时，元件会吸收红外辐射并因此发生温度变化。

这会导致元件内部的电荷分布发生改变，进而产生一个微小的电压信号。

通过放大和处理这个信号，就可以检测到物体的存在。

热导效应原理通过利用物体和环境之间的温差来检测红外辐射。

探测器中通常包含两个或多个热电偶电极，这些电极位于不同温度区域。

当红外辐射照射到探测器上时，不同温度区域之间的温差会产生电压差，通过测量这个电压差，可以判断物体的存在。

光电效应原理则是通过利用某些材料在受到红外辐射时产生电子释放的现象。

探测器会使用红外敏感材料制成的光电二极管或光敏传感器。

当红外辐射照射到探测器上时，材料中的电子会被激发，从而形成一个电流信号。

通过测量这个电流信号的强度，可以判断物体的存在。

红外探测器通常具有快速、高灵敏度和广泛的应用范围。

它被广泛应用于安防系统、自动化设备、红外热成像等领域。

红外辐射与红外探测器摘要红外技术作为一种高精尖技术，广泛应用于工业、农业、军事及生产生活各个领域。

本文首先分析了红外辐射的电磁原理及其物理特性，简单介绍了红外技术和红外探测器的发展历史，而后详细论述了红外探测器的工作原理及其分类，着重介绍了热电型红外探测器和光电型红外探测器，接着介绍了红外技术的应用，包括红外测温、红外分析仪、红外无损检测和红外技术在军事上的应用，最后分析了红外技术的发展前景。

关键词：红外辐射；红外探测器；红外测温；发展前景；0 引言红外辐射技术是最近几十年发展起来的一门新兴技术，它在国防、科技和工农业生产等领域得到广泛的应用，特别是在科学研究、军事工程和医学方面起着极其重要的作用。

而红外辐射技术的重要工具就是红外探测器，也称为红外传感器。

红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着巨大作用，尤其是在实现远距离温度监测与控制方面。

了解、掌握和应用红外传感器, 成了许多专业工程技术人员的必须。

1 红外辐射红外辐射俗称红外线，与其他光线一样，是一种客观存在的物质，任何温度高于绝对零度的物体，都会向周围空间辐射出红外线，而且温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长。

红外线的波长范围大致在0.76～1000μｍ，相对应的频率大致在4×1014～3×1011 HZ之间。

在红外技术中，根据红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离，一般将红外辐射分为4个区域，即近红外区（0.7～3μｍ）、中红外区（3～6μｍ）、远红外区（6～16μｍ）和极远红外区（大于16μｍ）。

红外光的物理本质是热辐射，物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射出的能量就越强，与所有电磁波一样,红外光具有反射、折射、干涉和吸收等性质, 在真空中传播的速度C=3×108m/s, 而在介质中传播时, 会产生衰减, 在金属中传播衰减很大, 一般金属材料基本上不能透过红外线, 大多数的半导体材料及一些塑料能透过红外线, 液体对红外线的吸收较大。