光电检测 第九章 红外辐射与红外探测器

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1、第九章红外辐射与红外探测器9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术红外探测器,是能将红外辐射能转换为电能的光电器件,它是红外探测系统的关键部件,也称为红外传感器。红外探测器工作的物理过程是当器件吸收辐射通量时产生温升,温升引起材料各种有赖于温度的参数的变化,监测其中一种性能的变化,可以探知辐射的存在和强弱。它在科学研究、军事工程和医学方面有着广泛的应用，例如红外测温、红外成像、红外遥感、红外制导等。9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术本章内容9.1红外辐射的基本知识9.2红外探测器9.3红外探测器的性能参数及

2、使用中应注意的事项9.4红外测温9.5红外成像9.6红外无损检测9.7红外探测技术在军事上的应用9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术红外辐射的基本知识9.1.2红外辐射源返回9.1.1红外辐射9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术无限连续电磁波谱,如图所示。包括：——无线电波——微波——红外线——可见光——紫外线——X射线——γ射线——宇宙射线红外辐射9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术在红外技术中,一般将红外辐射分为4个区域，如图所示，即——近红外区(0.7~3μm)；——中红外区(3~6

3、μm)；——远红外区(6~16μm)；——极远红外区(大于16μm)。这里所说的远、中、近是指红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离而言。9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术红外辐射的物理本质是热辐射。波长在0.76~1000μm之间的电磁波（红外辐射）被物体吸收时,可以显著地转变为热能。可见,载能电磁波是热辐射传播的主要媒介物。红外辐射和所有电磁波一样,是以波的形式在空间沿直线传播的。它在真空中的传播速度等于波的频率与波长的乘积,与光在真空中的传播速度相等。9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术红外辐射在大气

4、中传播时,由于大气中的气体分子、水蒸气及固体微粒、尘埃等物质的吸收和散射作用,使某些波长的辐射在传输过程中逐渐衰减。一般把透明的波段称为“大气窗口”,波长从1~14μm共有8个窗口,如图所示。最常用的是1~2.6μm、3~5μm、8~14μm三个区间。返回9.1红外探测的基础知识第九章红外辐射与红外探测技术红外辐射源有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源。根据辐射源几何尺寸的大小、距离探测器或被辐射物体的远近,又分为点源和面源。同一个辐射源,在不同情况下,既可以是点源,又可以是面源。一般情况下,把充满红外光学系统视场的大面积辐射源叫作面源

5、,而将没有充满红外光学系统视场的小面叫作点源。返回9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术红外探测器红外探测器是能将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件,是红外探测系统的关键部件,常常也称为红外传感器。它的性能好坏,直接影响系统性能的优劣。因此,选择合适的、性能良好的红外探测器,对红外探测系统是十分重要的。9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术常见的红外探测器有两大类:——热探测器；——光子探测器。返回9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术热探测器热探测器是利用探测元件吸收入射的红外辐射能量而引起温升,在此基础上借助各种物

6、理效应把温升转变成电量的一种探测器。热探测器光电转换的过程分为两步:第一步是热探测器吸收红外辐射引起温升,这一步对各种热探测器都一样;第二步利用热探测器某些温度效应把温升转变成电量的变化。9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术热探测器与前面讲述的各种光电器件相比具有下列特性:①响应率与波长无关,属于无选择性探测器;②受热时间常数(热惯性)的制约,响应速度比较慢;③热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低;④可在室温下工作。9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术返回1．热敏电阻型探测器2.热电偶型红外探测器3.热释电型红外探

7、测器4.高莱气动型探测器9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术热敏电阻型探测器凡吸收入射辐射后引起温升而使电阻值改变,导致负载电阻两端电压的变化,并给出电信号的器件,叫做热敏电阻。热敏电阻有金属和半导体两种。*金属热敏电阻,电阻温度系数多为正的,绝对值比半导体的小,它的电阻与温度的关系基本上是线性的,耐高温能力较强,所以多用于温度的模拟测量。9.2红外探测器第九章红外辐射与红外探测技术*半导体热敏电阻绝对值比金属的大十多倍,它的电阻与温度的关系是非线性的,耐高温能力较差,所以多用于辐射探测,如防盗报警、防火系统、热辐射体搜索和跟踪

8、等。如图所示为半导体材料和金属材料(白金)的温度特性曲线。白金的电阻温度系数为正值,大约为+0.37%。半导体材料热敏电阻的温度系数为负值,大约为-3%~-6%,约为白金的10倍以上。9.2红外探测器第九章