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2008-07-09 10:31 |
紅外成像儀器的分類及其發(fā)展
能夠?qū)⑽矬w紅外輻射(即熱輻射)分布轉(zhuǎn)換成人眼可見(jiàn)的圖象，并能進(jìn)行檢測(cè)的儀器統(tǒng)稱為紅外熱像儀。紅外成像儀器可應(yīng)用于民用、工業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。 S Xn1v.6
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紅外成像儀器主要有三大類: Y= l91dxGI
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1.紅外熱像儀(簡(jiǎn)稱熱像儀)。 ,mR$Y T8
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特點(diǎn):光學(xué)機(jī)械掃描，光學(xué)探測(cè)器，使用液氮、高壓氬氣或熱電元件制冷。 Q"KD O-t
價(jià)格:國(guó)際市場(chǎng)上為每套4―12萬(wàn)美圓。 PK@hf[YHe
性能:性能好(溫度分辨率可達(dá)0.1℃)、功能多。 wIIxs_2Q0c
應(yīng)用:由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用不便、維修困難、除了研究等特殊場(chǎng)合使用外，不便現(xiàn)場(chǎng) 使用。 n5X0Gi9
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2.紅外熱電視(簡(jiǎn)稱熱電視)。 +(*S@V$c
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特點(diǎn):電子束掃描，熱電探測(cè)，不需制冷。 uI^E9r/hB
價(jià)格:國(guó)際市場(chǎng)上為每套1.5―2.5萬(wàn)美圓，國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品5-7萬(wàn)人民幣。 TOp|Qtn
性能:溫度分辨率略底(接近0.1℃)。 E`3yf9"
應(yīng)用:由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶、使用、維修方便，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。 #wL}4VN
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3.紅外ccd成像(簡(jiǎn)稱irccd)。 FOxMt;|M
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特點(diǎn):全固體化，目前只能工作在3~5微米波段，需制冷。 7RQ.oee
價(jià)格:國(guó)際市場(chǎng)上為每套5萬(wàn)美圓以上。 v kWh2z
目前尚未形成大批量生產(chǎn)能力。 ?'_E$
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人類的發(fā)展可分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段是人類通過(guò)制造工具，擴(kuò)展體力活動(dòng)的能力；第二個(gè)階段通過(guò)提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn)；而人類近年來(lái)致力的增強(qiáng)獲得輸入信息的能力，擴(kuò)大感覺(jué)范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發(fā)展的第三階段。在這個(gè)階段中，紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種。 JyY-@GF
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在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，高科技武器展示了先進(jìn)技術(shù)的廣闊平臺(tái)，成為世界科技發(fā)展的風(fēng)向計(jì)，也成為世界各國(guó)競(jìng)相研究和開(kāi)發(fā)的方向和重點(diǎn)。這些高科技技術(shù)也因此成為新的產(chǎn)業(yè)和投資熱點(diǎn)，創(chuàng)造了億萬(wàn)的財(cái)富和無(wú)法預(yù)計(jì)的社會(huì)效益。 在這些新科技中，以衛(wèi)星定位（gps）和紅外熱成像（tis）兩項(xiàng)技術(shù)。 LwQq0<v
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衛(wèi)星定位系統(tǒng)（又稱gps）已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，成為從軍事到民用都有寬廣發(fā)展前途的行業(yè)，其應(yīng)用的發(fā)展速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人們的預(yù)想，例如：在在廣泛使用的汽車防盜定位系統(tǒng)等。 紅外熱成像技術(shù)，也是一個(gè)有非常廣闊前途的高科技技術(shù)，其大量的應(yīng)用將會(huì)引起許多行業(yè)變革性的改變。 Z&gM7Zo8
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一、什么是紅外熱成像？ G j[`r
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光線是大家熟悉的。光線是什么？光線就是可見(jiàn)光，是人眼能夠感受的電磁波�？梢�(jiàn)光的波長(zhǎng)為：0.38—0.78微米。比0.38微米短的電磁波和比0.78微米長(zhǎng)的電磁波，人眼都無(wú)法感受。比0.38微米短的電磁波位于可見(jiàn)光光譜紫色以外，稱為紫外線，比0.78微米長(zhǎng)的電磁波位于可見(jiàn)光光譜紅色以外，稱為紅外線。紅外線，又稱紅外輻射，是指波長(zhǎng)為0.78~1000微米的電磁波。其中波長(zhǎng)為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外，波長(zhǎng)為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。 F3$@6J8<[z
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照相機(jī)成像得到照片，電視攝像機(jī)成像得到電視圖像，都是可見(jiàn)光成像。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用探測(cè)儀測(cè)定目標(biāo)的本身和背景之間的紅外線差并可以得到不同的紅外圖像，熱紅外線形成的圖像稱為熱圖。 [m3[plwe
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目標(biāo)的熱圖像和目標(biāo)的可見(jiàn)光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標(biāo)可見(jiàn)光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布圖像，換一句話說(shuō)，紅外熱成像使人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布，變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像�！ � 5|> FM&
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二、 紅外熱成像的特點(diǎn)是什么？ ;Ll/rJ:*
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有位著名的美國(guó)紅外學(xué)者指出：“人類的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一個(gè)階段是人類通過(guò)制造工具，擴(kuò)展體力活動(dòng)的能力，第二階段通過(guò)提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn)，而人類近年來(lái)致力的增強(qiáng)獲得輸入信息的能力，擴(kuò)大感覺(jué)范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發(fā)展的第三階段。在這個(gè)階段中，紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種” 。這一席話，我認(rèn)為恰如其分的道出了紅外成像技術(shù)在當(dāng)代的重要性。因?yàn)�，我們周圍的物體只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見(jiàn)光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對(duì)零度（-273℃）以上的物體，都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線。例如，我們可以計(jì)算出，一個(gè)正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量，大約為100瓦。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個(gè)重要的特性。 ], l
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1．大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口” 。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們?cè)谕耆珶o(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場(chǎng)，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備并為飛機(jī)、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了非常重要的作用。 cs[_5r&:
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2．物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來(lái)對(duì)物體進(jìn)行無(wú)接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測(cè)手段和診斷工具�！� V3 j1M?>
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根據(jù)物體能夠發(fā)射紅外線的特點(diǎn)，各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)出各種紅外熱成像儀器。 5}d"nx
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美國(guó)德克薩斯儀器公司（ti）在1964年首次研制成功第一代的熱紅外成像裝置，叫紅外前視系統(tǒng)(flir)，這類裝置利用光學(xué)元件運(yùn)動(dòng)機(jī)械，對(duì)目標(biāo)的熱輻射進(jìn)行圖像分解掃描，然后應(yīng)用光電探測(cè)器進(jìn)行光——電轉(zhuǎn)換，最后形成視頻圖像信號(hào)，并在熒屏上顯示，紅外前視系統(tǒng)至今仍是軍用飛機(jī)、艦船和坦克上的重要裝置。 rxZ%vzVQ>
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六十年代中期瑞典aga公司和瑞典國(guó)家電力局，在紅外前視裝置的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了具有溫度測(cè)量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置，通常稱為熱像儀。 UX3
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七十年代法國(guó)湯姆蓀公司研制出，不需致冷的紅外熱電視產(chǎn)品。 九十年代出現(xiàn)致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產(chǎn)品，這是一種最新一代的紅外電視產(chǎn)品，可以進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，把紅外熱成像的應(yīng)用提高到一個(gè)新的階段。 tW4|\-E"s4
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七十年代中國(guó)有關(guān)單位已經(jīng)開(kāi)始對(duì)紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行研究，到八十年代初，中國(guó)在長(zhǎng)波紅外元件的研制和生產(chǎn)技術(shù)上有了一定進(jìn)展。到了八十年代末和九十年代初，中國(guó)已經(jīng)研制成功了實(shí)時(shí)紅外成像樣機(jī)，其靈敏度、溫度分辨率都達(dá)到很高的水平。 ^V]DQ%v"I
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進(jìn)入九十年代，中國(guó)在紅外成像設(shè)備上使用低噪音寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了發(fā)展，并且從實(shí)驗(yàn) 走向應(yīng)用，主要用途用于部隊(duì)，例如便攜式野戰(zhàn)熱像儀，反坦克飛彈、防空雷達(dá)以及坦克、軍艦火炮等。 Y)*5M
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中國(guó)在紅外熱成像技術(shù)方面，已經(jīng)投入了大量人力物力，形成了相當(dāng)規(guī)模的研發(fā)力量，但是總的來(lái)講，與世界先進(jìn)水平差距很大，與西方相比，約差10年以上。 9 aYDi)
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