培训大纲
一、 红外基本理论：
1．红外线的发现
1800年英国物理学家赫胥尔（Herschel）在研究太阳光谱的热效应时发现：七色光中在红光谱的边界以外人眼看不见有任何光线的黑暗区，温度反而比红光区域的温度高。反复实验证明，在红光的外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，又称“红外辐射”。红外线处于波长为0.76~1000μm之间。
2．红外线的本质
经研究表明：红外线是从物质内部发射出来，产生红外线的根源是物质内部运动。 众所周知，物资是由原子、分子组成，它们按照一定的规律不断地做变速运动，因而不断向外辐射能量，这就是红外辐射现象。由此可见，红外辐射的物理本质是热辐射。这种辐射的能量主要由这个物体的温度和材料本身的性质决定，特别是热辐射的强度取决于辐射体的温度，也就是说，温度对热辐射现象起着决定性的作用。
3．有关基本名词解释
温度：反映物体原子活动的激烈程度。（微观）
冰水混合物到水沸腾之间分为100等份每一份为1 ℃，红外线辐射的能量可用物体表面的温度来度量，辐射能量越大，物体的表面温度越高，反之亦然。常用衡量温度变化的温标有三种： 1. 华氏温标：°F 2. 摄氏温标： ℃ 3. 热力学温标：K 几个温标之间的换算： ℃=（°F – 32）×5／9
K=℃+273.15℃ 绝对零度0 K=－273.5℃
黑体：具有理想中最大辐射功率的物体，称为黑体。黑体所吸收的红外线能量与发射的红
外线能量相等。即：Ia / Ib = 1
Ia —黑体在单位时间内吸收的红外线能量强度 Ib —黑体在单位时间内发射的红外线能量温度
1
所谓的黑体其实并不存在，只能无限的接近于它，但设定这样的黑体，对研究红外
热辐射规律是非常必要的。 高温黑体 中温黑体 低温黑体 1273K以上 223K~1273K ＜223K 辐射率：当即个物体处于同一温度下，各物体的红外辐射功率与吸收的功率成正比。实际
物体红外辐射的功率与相同条件下黑体红外辐射功率的比值，称为辐射率，又称为发射率，用符号ε表示，其比值是一个小于1的数。
辐射率的影响因素：颜色、粗糙度、材质、温度、厚度、平整度有关。 灰体：辐射率在0到1之间的物体。
大气窗口：空气中的三原子气体（如O3、H2O、CO2等）对红外的吸收很强烈。只有三个
波段的红外能透过大气窗口。 国外 国内 1—2μm SW（高能波段） 3—5μm MW 短波 8—14μm LW 长波 工作波段：工作波段是指红外热像仪的波谱响应范围。 普朗克定律： P=δεT4 红外热像仪测温、成像的核心。
其中P是红外辐射功率，δ是普朗克系数，ε是辐射率，T是温度。 维恩位移定律： λ= 2897/T 4．红外线的特性
a. 红外线是一种电磁波 紫外线 0.5纳米~0.76微米 0.76~1000微米 可见光 红外线 无线电波 红外光与可见光相同的特性：
红外线是一种电磁辐射，它也具有反射、折射、干涉、衍射和偏振，同时又具备粒子性，即它以光量子的形式发射和吸收。 红外光与可见光不同的特性：
红外线对人的眼睛不敏感，所以必须用红外线敏感的红外探测器才能接收到。
红外光的能量比可见光弱，更容易被物质所吸收，穿透能力差。但对于薄雾来说，长波红
2
外线更容易通过。
红外线的热效应比可见光要强得多。 b. 波长分布与物体表面的温度成反比。 根据描述峰值波长与温度关系的维恩定律λ= 2897/T，显然，高温测温宜采用较短
的工作波长，低温测温宜采用较长的工作波长，对于电力设备由于大多目标尺寸小辐射能量低，一般的缺陷温度低于500K，应选择长波8—14μm的工作波长。短波仪器白天使用，受阳光干扰较大，太阳光发射的红外波长主要集中在短波，在5μm以后辐射变弱。与此同时，在石油化工方面，由于时常涉及火焰，而火焰是一种等离子气体，温度忽高忽低，成分复杂，能量主要集中在短波范围，短波仪器能清楚地看清火焰，但不能看清炉管，影响很大。
波 长 1-2μm 3-5μm 8-14μm 最灵敏响应温度 1500K-3000K 600K-1000K 400K 适用系统 核反应堆 石油化工 电力消防 二、 红外热像仪技术理论
1．红外热像仪成像原理
红外探测器: 感受红外辐射，将能量转化电信号，通过电子处理，最终转化人眼可见的红
外图象。
热电效应：
产生三种变化 2K 0.002K 变化信号 ΔU ΔR ΔC 设备型号 GD2000 HY6000 NEC7102 探测器材料 热释电管 微热辐射器 铁电材料 特点 能较准确测定 能精确测定 很难测定 优点 测温较准 测温准确 很难测准
3
光电效应：
电子从2S到2P跃迁，产生电荷。 条件是必须制冷（-196℃），以确保原子核的稳定性，减少对电子的束缚力。 原子核 2S 2P
2. 非制冷焦平面探测器介绍
焦平面探测器：新一代的热成像装置，在性能上大大优于光机扫描式热像仪，又逐步取代
光机扫描式热像仪的趋势。关键技术使探测器由单片集成电路组成，被测目标的整个视野聚焦在这片选用了数万个性能接近的芯片上，使得图像更加清晰，使用更加方便，体积更加小巧轻便。
热电材料（像素）320×240（HY6000）
像素尺寸：即焦平面探测器中热电材料的大小。
热电材料越小越好，尺寸越小，图像越清晰，灵敏度越高。45μm（HY6000） 填充功率：热电材料的总面积占探测器表面总面积的百分比。 比值越大探测器越好。 有效像元数：热电材料中有效的像素数。
探测器中或多或少有一些坏点或叫“盲点”。坏点越少，探测器性能越好。
HY6000与PM525/595焦平面探测器的比较
材料 尺寸 HY6000 多晶硅 45mm PM525 Vox 51mm PM595 VOx 51mm 焦平面探测器 4
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