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§9红外传感技术红外波段可以分为近红外(NIR,0.8-1.1um)，短波红外(SWIR,0.9-2.5um)，中波红外(MWIR,3-5um)，长波红外(LWIR,8-14um)，甚长波红外(VLWIR,12-25um)和远红外(FIR,25um)。红外波段的定义近红外和短波红外接近于可见光波段，它们的表现与可见光相似。在这些波段能量必须从景物反射从而产生好的成像质量，因而必须有外部光源。近红外和短波红外成像系统可以利用日光，月光，星光和称为“夜辉的一种大气现象。但在夜间需要某种类型的人工照明光源。工作在中波和长波范围的成像系统可以是完全被动的，不需要外部照明，因为热像仪能够感知景物直接发射的能量。红外波段的定义按红外辐射与探测器的作用方式，主要分为光子型探测器和热探测器。光子型探测器包括光导型、光伏型、量子阱、超晶格等不同光子效应的探测器。热探测器包括热释电、热电堆、微测辐射热计等探测器。按照工作温度，可以分为制冷型探测器和非制冷型探测器。一般的光子型探测器都需要工作在低温，因此都是制冷型。即使如1-3um波段的PbS探测器可以工作在室温，但降低其工作温度能够显著改善其性能。而热探测器一般工作在室温范围，降低工作温度对其性能改进不明显。红外探测器分类按照敏感元的数量，可以分为单元探测器、线列探测器、以及焦平面探测器。单元探测器、线列探测器如果用于成像则必须配备光机扫描机制，而焦平面探测器可以实现凝视成像。按照响应波长，可以分为短波红外探测器（1-2.5um）、中波红外探测器（3-5um）、以及长波红外探测器（8-14um），主要是针对三个大气窗口而形成的体制。红外探测器分类红外传感技术红外热成像技术红外检测技术红外热成像是一种可将红外图像转换为热辐射图像的技术，该技术可从图像中读取温度值。热辐射图像中的各个像素对应一个温度测量。一.基本概念通过观察物体的红外热分布图，并测量所需位置的温度，来判断设备故障所在的位置及程度。是被动的、非接触式的检测。二.红外检测基本原理目标大气衰减红外光学系统制冷器红外调制器探测器前置放大器显示记录信号处理控制系统影响红外线穿过大气的主要因素由物体所发出的紅外辐射在穿过大气到达测量系统时会受到衰减，而衰减主要来自气体分子(水蒸气等)和各种微粒(尘埃、雪、冰晶等)的吸收与散射。气体分子吸收辐射，而微粒散射辐射。{水气(6.3µm);二氧化碳,硫和氮的氧化物等(2.7µm和15µm)}大气衰减与波长密切相关。在某些波长，几公里的距离也只有很少的衰减，而在另一些波长，经过几米的距离辐射就衰减得几乎没有什么了。二.红外检测基本原理二.红外检测基本原理镜头材料：通常，硅用于SW系统而锗用于LW热像仪。硅和锗有好的机械性能，不易破裂，不吸水，不易潮解，可以用现代车削法加工成镜头。透射式红外光学系统二.红外检测基本原理反射式红外光学系统牛顿光学系统二.红外检测基本原理卡塞格伦系统二.红外检测基本原理格利高利系统二.红外检测基本原理探测器成像原理示意图二.红外检测基本原理辐射系数物体的辐射特性通常是相对于黑体来描述的。黑体的辐射能量表示为Wbb，同温度的“普通”物体的辐射能表示为Wobj，用两者的比值描述物体的辐射系数。=Wobj/Wbb它介于0-1之间。物体的辐射性能越好，其越高。一个物体对所有的波长都有同一的辐射系数，则称该物体为灰体。对灰体来说，Stefan-Bolzmann’slaw形式如下：W=T4W/m2二.红外检测基本原理二.红外检测基本原理常见材料发射系数表这是一块加热到一致温度约54ºC的印刷电路板。三个测量点显示出三个非常不同的温度，原因就是具有不同的辐射系数。当输入这些测点的正确的辐射系数，可以得到他们的温度都是54ºC。撞击热像仪前镜头的辐射来自三个不同的辐射源。热像仪接受了来自目标及目标周围环境的辐射，后者在目标的表面发生反射。这两种辐射贡献穿过大气时都被衰减。大气吸收一部分辐射，因而它自己也辐射。二.红外检测基本原理1.目标辐射=Wobj,是目标的辐射系数,是大气穿透系数。2.目标对周围环境的反射辐射=(1-)Wamb,(1-)是目标的反射系数。这里假设在目标表面任一点的半球内的辐射面的环境温度Tamb是相同的。3.大气辐射=(1-)Watm,(1-)是大气的辐射系数。像机接受的总辐射能为：Wtot=Wobj+(1-)Wamb+(1-)Watm其中：Tamb是目标的环境温度或反射的环境温度Tatm是大气温度二.红外检测基本原理三、红外热成像仪的种类及应用领域红外热成像系统--目标追踪监控，多用于国防军事领域热像仪按用途大概分成两大类:红外热成像检测系统--以工检测为目的，对设备进行预知性检测及研究长波、非制冷热像仪--手提式(高、中、低挡)适用：由于仪器工作在长波段，不受太阳光干扰，特别适合白天在设备现场检测，如：变电站及高压线路等设备检测。目前常用的几种工业检测用热像仪：P65P30E30三、红外热成像仪的种类及应用领域适用：由于仪器工作在短波段，所以主要用于需要看火焰的设备检测，如：电场的锅炉及石化系统设备的检测。短波、制冷热像仪PMX90PM550三、红外热成像仪的种类及应用领域质量检验红外热像仪已被用于研发大量新产品。产品研发者研究产品的散热和热工特性。印刷电路板设计印刷电路板的科学家面临在管理散热的同时如何兼顾性能或成本的难题。准确了解热问题一直是一件非常困难的事情。借助热成像，工程师能够很轻易地观察到他们制造的设备中的热模式并做出定量分析。四、红外热成像仪的具体应用领域研发红外热像仪能在最苛刻的条件下指出材料特性并进行非接触式的温度测量。玻璃吹制红外热成像显微镜将红外热像仪和显微镜结合起来就组成了红外热成像显微镜，可对最小3微米的的目标对象进行准确的温度测量。电子产品制造商使用红外热成像显微镜就来确定部件和半导体衬底的热性能，无需做出物理性的接触。微芯片四、红外热成像仪的应用领域医疗热成像医疗热成像是一种采用高性能热像仪对表面温度变化进行可视化及定量分析的非接触式的准确定量诊断技术。医疗应用包括血管评估、肿瘤组织鉴定、肌肉拉伤评估和出血点检测。眼科病理高速/停止运动高速热成像可以将曝光时间缩短至微秒，抓拍动态场景的静态视觉运动，捕获帧率高达每秒62,000帧。此类应用包括喷气发动机涡轮叶片、超音速飞行弹丸和爆炸的热分析和动态分析。枪口的闪光四、红外热成像仪的应用领域热特征红外热特征可在不同的防区外距离和大气环境下，测量作为目标波长函数的视红外亮度，并向传感器揭示目标的外观。红外热特征是车辆、传感器和伪装系统设计中重要的工具。追踪红外热像仪通过在在光线较暗处或视线不佳的阴霾天气下增加可见度来辅助视频跟踪系统功能，使追踪系统可以保持目标接触并持续更新目标的方位、范围和高程数据。直升机热特征喷气式飞机四、红外热成像仪的应用领域激光指示激光指示器发出一束激光能量，用于标记一个特定的地方或物体，常用于精密制导弹药。红外热像仪可以探测这些用其它手段看不到的不可见光线，红外热像仪主要用于指示器研究和目标确认。卡车上的激光瞄准红外无损检测(IRNDT)红外无损检测(IRNDT)可以通过在目标表面进行目标激发和观察温差来探测目标的内部缺陷。是探测复合材料中的空隙、分层和夹杂水的一个重要工具。另一个应用是探测太阳能电池的分流和电荷密度。锁相太阳能电池诊断四、红外热成像仪的应用领域技术监视及对策红外热成像可用来识别隐蔽监视设备的热特征。即使是隐藏起来的设备，也可以通过该设备发出的微小能量加以发现。短波红外(SWIR)短波红外(SWIR)成像可对农作物、药品、农产品和激光器进行无损定量分析。因为短波红外可以穿透许多不透明材料，因而也常用于穿透阴霾、艺术伪造检查和检查半导体晶圆。隐蔽的窃听器短波红外月球图像四、红外热成像仪的应用领域四、红外热成像仪的应用领域四、红外热成像仪的应用领域工业设备预知性检测及维护--冶金工业设备预知性检测及维护--石化工业设备预知性检测及维护--电气设备设备名称：发电机检测地点：浦城发电厂检测仪器：PM525检测距离：6米设备故障：46格5A档涡流工业设备预知性检测及维护--发电设备工业设备预知性检测及维护--管道目标追踪--国防、军事目标追踪--保安、搜救目标追踪--消防、搜救研究及发展--医疗研究及发展--医疗SARS温度分辨率测温精度空间分辨率“有效”的检测距离辐射率（发射率）自动校准功能综合功能．．．五、评估红外热成像仪性能的重要参数温度分辨率-灵敏度（NETD）－噪声等效温差（可分辨两点之间的温度差别的能力）例如：0.08℃测温精度－仪器测量温度的精确性（例如:±２度）五、评估红外热成像仪性能的重要参数空间分辨率(IFOV=InstantaneousFieldofView)是红外测温仪器分辨空间尺寸能力的技术参数（仪器可分辨物体大小的能力）。以毫弧度表示。空间分辨率=丌/180x镜头度数÷像素数P60:3.14/180x24˚÷320=1.3mrdHV24°18°五、评估红外热成像仪性能的重要参数“有效”的检测距离？-与仪器空间分辨率、检测目标大小、目标温度等因素有关。-例如:1.3毫弧度(mrad)代表仪器在10米远可分辨出13mm的目标。五、评估红外热成像仪性能的重要参数