红外热像仪的工作原理及工业应用

红外热像仪工作波谱红外线是这些电磁波的一部分，它和可见光、紫外线、X射线、γ射线和无线电波一起，构成了一个完整连续的电磁波谱。如上图所示，波长范围是0.78μm到1000μm的电磁辐射，我们称为红外线辐射。红外辐射电磁波在空气中传播要受到大气的吸收而使得辐射的能量被衰减，如果吸收的能量过多，就无法使用热像仪进行观察。大气、烟云等吸收红外线也跟红外辐射的波长有关，对于3~5μm和8~14μm的红外线是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的"大气窗口"。利用这两个窗口，红外热像仪可以正常的环境中进行观测而不会产生红外辐射衰减的情形。2、热成像原理通俗的说，红外热成像是将不可见的红外辐射变为可见的热图像。不同物体甚至同一物体不同部位辐射能力和它们对红外线的反射强弱不同。利用物体与背景环境的辐射差异以及景物本身各部分辐射的差异，热图像能够呈现景物各部分的辐射起伏，从而能显示出景物的特征。热图像其实是目标表面温度分布图像。3、红外热像仪的组成红外热像仪的基本工作原理为：红外线透过特殊的光学镜头，被红外探测器所吸收，探测器将强弱不等的红外信号转化成电信号，再经过放大和视频处理，形成可供人眼观察的热图像显示到屏幕上。热像仪由两个基本部分组成：光学系统和探测器。

红外热像仪工作原理示意图热像仪非常灵敏，能探测到小于0.1°C的温差。例如，FLIR红外热像仪可识别细微至0.02°C的温度变化，拥有先进的探测技术和先进的数学算法，可精确测量-40°C至+2000°C的对象的温度。4、红外热像仪的分类* 按照工作温度可分为制冷型/非制冷性制冷式热成像仪，其探测器中集成了一个低温制冷器，这种装置可以给探测器降温度，这样是为了使热噪声的信号低于成像信号，成像质量更好。非制冷式热成像仪，其探测器不需要低温制冷，采用的探测器通常是以微测辐射热计为基础，主要有多晶硅和氧化钒两种探测器。

制冷型热成像仪（左）和非制冷型热成像仪（右）成像效果* 按照功能可分为测温型/非测温型测温型红外热像仪，可以直接从热图像上读出物体表面任意点的温度数值，这种系统可以作为无损检测仪器，但是有效距离比较短。非测温型红外热像仪，只能观察到物体表面热辐射的差异，这种系统可以作为观测工具，有效距离比较长。

带温度信息的热图像不带温度信息的热图像红外热像仪的心脏——红外探测器红外探测器从探测机理上可分为：红外光子探测器和红外热探测器。

红外探测器的具体分类1、光子探测器：基本工作原理是探测器吸收目标或背景辐射的光子时，探测器材料的最外壳层电子发生跃迁形成晶体内的自由电子，产生光生电导或光生伏特效应。光电导和光生伏特效应的强弱取决与辐射源的辐射强度和探测器的灵敏度。在整个探测工作过程中，光子探测器的温度基本保持恒定。2、热探测器：主要是通过吸收红外辐射的能量，使探测器的温度发生变化，引起探测器电阻率或电极性的改变，热探测器电阻率或电极性的改变量同样取决与辐射源的辐射强度和探测器的灵敏度。3、两类红外探测器对比：由于二者工作机理的不同，这两类探测器显出各自不同的红外响应特性：光子探测器有最佳的响应波长（峰值波长），黑体响应率与峰值响应率之间差异随着探测器响应波段的不同而有很大的不同；而热探测器的响应率随波长的变化几乎是平坦的。因此，热探测器的黑体响应和峰值响应几乎没有什么差别。另一方面，随着探测器工作高温工作的升高，热探测器可比光电探测器具有更高的灵敏度。因此，通常广泛应用于工作温度接近室温场合，被称为"非制冷"探测器。

室温工作的红外探测器举例低温工作的碲镉汞半导体4、红外热电堆探测器尽管与其他红外探测器相比，红外热电堆探测器响应灵敏度不高，热响应时间较长，在器件性能方面不具备竞争优势。不过热电堆探测器制作容易与集成电路工艺兼容，信号后处理电路也比较简单，具有低成本的潜力，对红外成像图像质量要求不高的社区保安、安全监控、汽车辅助驾驶领域具有一定的应用前景。因此下面具体为大家介绍一下红外热电堆探测器。红外热电堆探测器是红外热探测器的一种，热电堆是由许多热电偶串接起来组成的，相比热电偶有更大的输出热电势。早先的红外热电堆探测器是利用掩膜真空镀膜的方法，将热电偶材料沉积到塑料或陶瓷衬底上获得的，但器件的尺寸较大，且不易批量生产。随着微电子技术的蓬勃发展，提出了微电子机械系统（MEMS）的概念，进而发展了微机械