光电测试技术-红外

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1、红外测量红外探测器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。物理过程：器件吸收辐射通量时产生升温，温升引起材料各种有赖与温度的参数变化，检测其变化可以感知辐射存在以及强弱庭院灯型红外探测器吸顶式智能红外探测器无线被动式红外探测器红外探测器对人类的影响红外探测器打破了人眼只可以看到可见光的局限性，拓宽了人们的视野和观察事物的方法，同时也给人们带来了具大的经济效益。但在军事方面的应用却拉大了发展中国家和发达国家的军事差距。谁掌握了先进的科技，谁就掌握了战争

2、的主动权。红外传感器的工作原理.1红外辐射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0.76～1000μm。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。图12–1电磁波谱图红外辐射红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（－273℃），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。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。另一方面，红外线被物体吸收后可以转化成热能。红外线作为电磁波

3、的一种形式，红外辐射和所有的电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积。光热效应(photothermaleffect)红外探测器红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示单元等组成。红外光学系统红外光学系统是红外导引的一个重要组成部分。红外导引通过光学系统来收集目标辐射的红外线。红外光学系统是根据光的基本传播规律进行成象的。右图：采用红外光学系统的天文望远镜1、基本组成元件：光学系统的基本组成元件是反射镜、棱镜、及光栏。尼科耳棱镜2、红外成象技术的

4、基本原理3、光学系统的功能（1）聚集光能以探测目标（2）利用象点的位置反映目标偏离光轴的大小和方位⊿q⊿qMy1x1yRO1OM’O’f光学系统等效的凸透镜4、光学系统几个主要的外形结构参数（1）有效接收口径D有效接收口径D决定了光学系统有效接收面积的大小。（2）焦距光学系统的焦距是决定系统成象位置及大小的基本参量，焦距还影响系统视角的大小。（3）视角视角的大小决定了系统所能观察到的有效空间的大小。为了消除背景的干扰，系统的视角不能太大。（4）相对孔径、f／数有效接收口径与焦距的比值称为光学系统的相对孔径。5、影响象质的因素一个物点成象并不是一个几何点，而是一个亮

5、的扩散圆斑，通常称为弥散圆。弥散圆的大小对信号有相当大的影响。弥散圆由于弥散圆的大小对信号有相当大的影响，因此需要了解影响弥散圆大小的影响因素。影响弥散圆大小的因素有两种，一是衍射，二是象差。左图：衍射及其强度分布（1）、衍射对象质的影响衍射是由光的波动性而引起的。即使是位于光轴上的几何点源，通过有光栏的光学系统后成的象也不是一个几何点，而是一个明亮的中心圆斑，中心圆斑一般称为艾利(Airy)圆。艾利(Airy)圆(2)、象差对象质的影响象差是影响弥散圆大小的主要因素。象差可分为色差和单色象差两类。色差是主于透镜的折射系数随波长而变化引起的，单色象差指光学系统对单

6、色光产生的象差。右图：测量象差的原理图红外探测器红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光子探测器两大类。一、红外探测器的分类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。1、热探测器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。（1）热探测器的特

7、点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基本上都有相同的响应。右为电阻式热探测器(2)热探测器工作原理热探测器是利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而使其有关的物理参数发生相应变化，通过测量有关物理参数的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。一热释电型热探测器工作原理图在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。2、光子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，和探测器材料中的束缚态电子作用后，引起电子状态的变化，从而

8、产生能逸出