红外传感技术第一章绪论.ppt

红外辐射的基本特性相似点,红外线是一种电磁辐射，它也具有与可见光相似的特性：(1)反射、折射、干涉、衍射和偏振。(2)具有粒子性，即它可以光量子的形式发射和吸收，这已在电子对产生、康普顿散射、光电效应等实验中得到充分证明。,第一章 绪论,红外辐射的基本特性不同点,(1)红外线对人的眼睛不敏感，所以必须用对红外线敏感的红外探测器才能接收到；(2)红外线的光量子能量比可见光的小；(3)红外线的热效应比可见光要强得多；(4)红外线更易被物质所吸收，但对于薄雾来说，长波红外线更容易通过。,红外辐射波段的划分,红外系统的功能与特点,一个比较完整的红外系统通常包括光学系统、调制盘、红外探测器、电子线路和显示记录装置等。作用：透过大气的目标辐射，被光学系统接收、调制井聚焦到红外探测器响应平面上。调制盘将连续光调制成交变信号并进行空间滤波。红外探测器接收交变的红外辐射并把它转变为电信号，探测器输出的信号经过电子线路完成放大处理。显示记录装置将经过处理的信号进行显示和记录。,红外系统的功能与特点,与雷达系统和可见光仪器相比，红外系统具有独有的特点：(1)尺寸小，重量小；(2)能有效地抗可见光波段的伪装；(3)能在白天和夜间工作；(4)比雷达有更高的角精确度；(5)对辅助装置要求最少。,红外辐射度学基础基本辐射量的定义,1.辐射能：以电磁波的形式发射、传输和接收的能量称为辐射能，用Q表示。2.辐射能密度：辐射场中单位体积的辐射能，用u表示，单位为(Jm-3)。3.辐射能通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。4.辐射强度：辐射强度用来描述点辐射源发射的辐射能通量的空间分布特性。它被定义为：点辐射源在某方向上单位立体角内所发射的辐射能通量，称为辐射强度，用I表示，即,红外辐射度学基础基本辐射量的定义,5.辐亮度：辐亮度是用来描述扩展源发射的辐射能通量的空间分布特性。对于扩展源，无法确定探测器对辐射源所张的立体角，此时，不能用辐射强度描述源的辐射特性。辐亮度的定义是：扩展源在某方向上单位投影面积A向单位立体角发射的辐射能通量，用L表示，即,6.辐出度：对于扩展源来说，在单位时间内向整个半球空间发射的辐射能显然与源的面积有关。因此，为了描述扩展源表面所发射的辐射能通量沿表面位置的分布特性，还必须引入一个描述面源辐射特性的量，这就是辐出度。辐出度的定义是：扩展源在单位面积上向半球空间发射的辐射能通量，用M表示，即,红外辐射度学基础基本辐射量的定义,红外辐射度学基础基本辐射量的定义,(7)辐照度：上述的辐射强度、辐亮度和辐出度都是用来描述源的辐射特性。为了描述一个物体被辐照的情况，故引入另一个物理量，这就是辐照度。辐照度的定义是：被照物体表面单位面积上接收到的辐射能通量，用E表示，即,红外辐射的基本定律朗伯余弦定律,凡辐射强度曲线服从余弦定律的光源称为朗伯光源。漫反射体的辐射强度分布遵从朗伯余弦定律，自身发射的黑体辐射源也遵从朗伯余弦定律。由于漫反射源在各个方向上的辐亮度都相等，根据辐亮度的定义，有,红外辐射的基本定律朗伯余弦定律,上式称为朗伯余弦定律。它表明，各个方向上辐亮度相等的发射表面，其辐射强度按余弦定律变化。,朗伯余弦体,计算实例,1点源向圆盘发射的辐射能通量计算,射能通量。,计算实例,2.小面源产生的辐照度计算当红外探测器或光学系统接收在一定距离上辐射源的辐射时，若源尺寸与源到接收系统的距离相比较小，则可将源视作小面源，面探测器表面或光学系统接收孔径就可当成被照表面。如图所示，设一小面源的面积，辐亮度为 L，计算该小面源产生的辐照度。,计算实例,红外辐射的基本定律基尔霍夫定律,1859年基尔霍夫根据热平衡原理导出了关于热转换的著名的基尔霍夫定律。这个定律指出：在热平衡条件下，所有物体在给定温度下，对某一波长来说，物体的发射本领和吸收本领的比值与物体自身的性质无关，它对于一切物体都是恒量。,基尔霍夫定律的推论,(1)根据基尔霍夫定律和发射率定义可知，物体的发射本领(发射率)与吸收本领(吸收比)相等即，一般 不易直接测定，故常通过测量值来确定的值。(2)对于不透明物体，即，故。所以测得值就可确定之值。由以上分析可知，好的吸收体也是好的发射体，并且好的反射体，就不是好的发射体，也是不良的吸收体。(3)因为任何物体所吸收的能量绝不对能大于辐射到其上面的能量，故 和 不但相等，而且其数值绝不可能大于1，同时也一定小于黑体的值。所以在选择红外辐射材料时，要尽量让财和接近于1。,黑体辐射谱的移动维恩位移定律,普朗克公式表明，当提高黑体温度时，辐射谱峰值向短波方向移动。维恩位移定律则以简单形式给出这种变化的定量关系。将通用形式的普朗克公式对波长求导数：,