輻射式感器ppt課件-展示頁
2025-05-12 18:33本頁面
【正文】 測量 100度以下的溫度用波長為 5一 14微米的中遠紅外光，多采用鍺、硅、硫化鋅等熱敏材料。為了減小像差或使用上的方便，常另加一片次鏡，使目標輻射經(jīng)兩次反射聚焦到敏感元件上，敏感元件與透鏡組合一體，前置放大器接收熱電轉(zhuǎn)換后的電信號，并對其進行放大。 反射式光學系統(tǒng) 的紅外探測器的結(jié)構(gòu)如圖 9 2所示。 光學系統(tǒng)是紅外探測器的重要組成部分。光子探測器常用光子效應有外光電效應、內(nèi)光電效應 (光生伏特效應、光電導效應 )和光電磁效應。前者為熱敏探測器，后者為光子探測器。當溫度不很高時、峰值輻射波長在紅外區(qū)域。實驗證明，物體峰值輻射波長 與物體的自身的絕對溫度 T成反比。 — 斯忒藩 — 玻爾茲曼常數(shù) — 比輻射率， 即物體表面輻射本領與黑體輻射本領之比值，黑體的 ＝ 1 T— 物體的絕對溫度 。 ?2．斯忒藩 — 玻爾茲曼定律 物體溫度越高．它輻射出來的能量越大。 ?0E 黑體是在任何溫度下全部吸收任何波長輻射的物體，黑體的吸收本領與波長和溫度無關(guān)，即 ＝ 1。如果幾個物體處于同一溫度場中，各物體的熱發(fā)射本領正比于它的吸收本領、這就是希爾霍夫定律。 上述這些特性就是把紅外光輻射技術(shù)用于 衛(wèi)星遙感遙測 、 紅外跟蹤 等軍事和科學研究項目的重要理論依據(jù)。 例如， 黑體 是能全部吸收投射到其表面的紅外輻射的物體、 鏡體 是能全部反射紅外輻射的物體、 透明體 是能全部穿透紅外輻射的物體， 灰體 是能部分反射或吸收紅外輻射的物體，對于這些物體紅外光將產(chǎn)生不同的光熱效應。 自然界中任何物體，只要其溫度在絕對零度之上，都能產(chǎn)生紅外光輻射。根據(jù)研究分析證明，對于波長為 1— 5微米 、 8— 14微米區(qū)域的紅外光具有比較大的“透明度”。氣體對其吸收程度各不相同。 紅外光衰減、吸收、穿透性能 ：紅外光在介質(zhì)中傳播會產(chǎn)生衰減。 圖 9l 電磁波譜 紅外光與所有電磁波一樣，具有 反射、折射、散射、干涉、吸收 等性質(zhì)。 紅外光是太陽光譜的一部分，其波長范圍和在電磁波中的位置如圖 91所示。紅外輻射技術(shù)的重要工具就是紅外輻射傳感器，它是遙感技術(shù)，空間科學的敏感部件。它在廣泛的領域中特別是在科學研究、軍事工程和醫(yī)學方面起著極其重要的作用。 第九章 輻射式傳感器 第一節(jié) 紅外輻射傳感器 第二節(jié) 超聲波傳感器 第四節(jié) 輻射式傳感器的應用舉例 第三節(jié) 核輻射傳感器 本章主要介紹三種輻射式傳感器 紅外輻射 、 核輻射 和 超聲波傳感器 。 第一節(jié) 紅外輻射傳感器 紅外輻射技術(shù) 在最近 40年來已經(jīng)發(fā)展成為一門新興技術(shù)科學。例如紅外制導火箭、紅外成像、紅外遙感等。 一、紅外輻射的基本特點 波長： 紅外輻射就是紅外光，其波長從 米 。 紅外光的最大特點就是具有 光熱效應 ，能輻射熱量。紅外光在真空中的傳播速度與所有電磁波相同。紅外光在金屬中傳播衰減很大．但紅外輻射能透過大部分半導體和一些塑料，大部分液體對紅外輻射吸收非常大。大氣層對不同波長的紅外光存在不同的吸收帶。即這些波長的紅外光能較好地穿透大氣層。 紅外光的光熱效應對不同的物體是各不相同的．熱能強度也不一樣。但嚴格來講，自然界并不存在黑體、鏡體和透明體，而絕大部分物體都屬于灰體。 紅外輻射的基本定律 1．希爾霍夫定律 希爾霍夫定律指出一個物體向周圍輻射熱能的同時也吸收周圍物體的輻射能?？捎孟旅婀奖硎荆? 0rEE??式中 — 物體在單位面積和單位時間內(nèi)發(fā)射出來的輻射能； rE — 該物體對輻射能的吸收系數(shù)； — 等價于黑體在相同溫度下發(fā)射的能量，它是 常數(shù)。黑體吸收本領最大，但是加熱后，它的發(fā)射熱輻射也比任何物體都要大?？捎孟旅婀奖硎荆? 式中： — 某物體在溫度 T、 時單位面積和單位時間的紅外輻射總能量。 E? 12 2 45. 66 97 10 /W c m K????4ET???3．維恩位移定律 熱輻射發(fā)射的電磁波中包含著各種波長。即 m?2897 ()m mT??? 從下圖所示曲線可知，峰值輻射波長隨溫度升高向短波方向偏移。 圖 92 三、紅外探測器 (傳感器 ) 能將紅外輻射量變化轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置稱為紅外探測器 (紅外傳感器 )紅外探測器根據(jù)熱電效應和光子效應制成。從理論上講．探測器對入射的各種波長的輻射能量全部吸收，它是一種對紅外光波無選擇的紅外傳感器； 但是，實際上各種波長的紅外輻射的功率對物體的加熱效果是不相同的。 1．紅外探測器的一般組成 紅外探測器一般由 光學系統(tǒng) 、 敏感元件 、 前置放大器 和 信號調(diào)制器 組成。根據(jù)光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為 反射式光學系統(tǒng) 的紅外探測器和 透射式光學系統(tǒng) 的紅外探測器兩種。它由凹面玻璃反射鏡組成，其表面鍍金、鋁和鎳鉻等紅外波段反射率很高的材料構(gòu)成反射式光學系統(tǒng)。 透射式光學系統(tǒng)的紅外探測器如圖 104所示。獲取透射紅外光的光學材料一般比較困難，反射式光學系統(tǒng)可避免這一困難，所以，反射光學系統(tǒng)用得較多。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。這兩種起聲的應用。 目前，超聲波技術(shù)廣泛應用于冶金、船舶、機械、醫(yī)療等各個工業(yè)部門的超聲清洗、超聲焊接、超聲加工、超聲檢測和
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