在现代社会,红外热像仪广泛使用在航空航天、电力、工业检测、安防、建筑等各种领域。中波红外热像仪和长波红外热像仪是应用非常广泛的两大类热像仪,要了解这两类热像仪各自的特点,首先要从红外的基本概念的原理出发。
1. 红外原理
红外线是一种肉眼不可见的光线,在1800年被英国天文学家威廉·赫谢尔发现,又称为红外热辐射。红外辐射本质是一种电磁辐射,在物理学上定义波长在0.75~1000μm的电磁波。红外辐射的波长介于可见光和微波之间,其短波与可见光波段的红光相邻,长波段与微波相接。
根据红外辐射的产生机理、红外辐射的应用和发展情况并结合考虑了红外辐射在地球大气层中的传输特性,进一步将0.75~1000μm的红外辐射划分为四个波段:
(1)近红外或短波红外,波长范围为0.75~3μm;
(2)中红外或中波红外,波长范围为3~6μm;
(3)远红外或长波红外,波长范围为6~15μm;
(4)极远红外,波长范围为15~1000μm。
红外热成像仪运用光电技术以被动的方式探测物体所发出的红外辐射,算出物体表面每一点的温度,以不同的颜色来显示不同的温度,从而转换为可供人类视觉分辨的图像和图形。红外热成像仪可以突破人类视觉障碍,能在完全黑暗的环境下探测到物体,即使在有烟雾、粉尘的情况下也可实现探测,且不需要光源照明,因此可以全天候使用。
2. 红外波长对探测的影响
当红外线在大气层内或穿透大气层时,会受到来自大气层对辐射传输的影响,而造成光的能力衰减,这也被称为大气消光。大气消光作用对红外辐射影响与波长有关,具有明显的选择性。红外在大气中有三个波段区间内具有很高的透过率,被称为“大气窗口”,分别为:近红外区的1~3μm波段(短波),中红外区3~5μm波段(中波)和远红外区8~14μm。(长波)
不同波段的红外成像在成像机理方面存在着差异,长波、中波红外成像主要是利用室温目标自身发射的热辐射,短波红外成像则主要是利用室温目标反射环境中普遍存在的短波红外辐射。
3、中波长波红外热成像仪各自的优缺点
中长波红外主要是探测的目标物体自身辐射的红外光谱,受目标物性、应用场景等多因素影响,中长波红外探测器各有优劣。
二者探测温度不同
中波红外热像仪和长波红外热像仪探测的温度段不同。从低温区,探测目标在长波波段的有效辐射要远大于中波波段的辐射;随着目标温度的升高,中波的绝对辐射量很快增加,有效辐射比例迅速上升。因此,对于探测温度较高的目标选择中波红外热像仪更合适些。
二者适用工作环境不同
环境因素也是选择不同红外热像仪的主要考量因素之一,不同的波段的红外光谱具有不同的适用性。在雨天、雾天等湿度大的气候条件下中波红外热像仪穿透性强,而在沙尘条件下长波红外热像仪穿透距离较其他波段更长。对于具体的应用场景,要综合考虑选择合适波段的红外热像仪。
例如:在海事舰载光电系统,环境湿度大,探测目标的温度大多在26℃以上,具有一定的中波辐射,且这种环境下中波辐射的大气透过率比长波高,应优先选择使用中波红外热像仪。
而对于探测器距离要求较近的场合,如红外安防监控系统、手持红外望远镜或头盔等,探测距离往往在几十米到2km以内,应该优先选择成本低、体积小、重量轻和功耗低的冷长波红外探测器。
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