红外热成像仪基本原理介绍

红外热成像仪基本原理介绍

原理综述：红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜及光机扫描系统（或者焦平

面技术）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反应到红外探测器的光敏元件上，在光学

系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在

单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理，转换成标准视

频信号通过电视屏或监测器显示红外图像。

一、什么是红外

为了搞清楚红外热成像仪就是如何光学的，我们存有必要首先搞清楚什么就是红外。

那么什么就是红外呢？物理学对红外线的表述就是：红外或表示红外电磁辐射，由物理学

家郝歇尔于

1800

年首先辨认出，其本质就是波长为

0.76um~1000um

的电磁波，波长介乎

红外线和微波之间，其中波长为

0.76~3um

的红外称作近红外，波长为

3~40um

称作中红外，

波长

40~1000

微米的称作远红外。

二、为什么能用红外进行成像

在明白了什么就是红外之后，我们也许可以疑惑另一个问题：既然红外就是波长介乎

红外线和微波之间的电磁波，就是一种无法用肉眼看著的电磁波，那么我们如何能够利用

它展开光学呢？这必须归咎于红外的一个关键的物理性质——热效应。事实上，红外频率

比较高，能量不低，所以当红外照射物体时就可以反射原子分子的间隙，而无法反射至原

子、分子内部，由于红外就可以反射至原子、分子的间隙，可以并使原子、分子的振动大

力推进、间距拉大，即为减少热运动能量，从宏观来看，物质在融化，融化，气化，但物

质的本质并没出现发生改变，这就是红外的热效应。

三、如何利用红外热效应成像

既然我们可以利用红外的热效应展开光学，那么从技术上如何同时实现呢？这须要使

用一种关键的红外传感器——热探测器。热探测器分成：温差电偶和温差电堆、测辐射热

计、高莱管、热电探测器。这里主要了解热电探测器。热电探测器就是利用居里点以下的

热电晶体的自发性极化强度与温度有关的原理做成的器件。当热电晶体薄片稀释电磁辐射

产生温升时，在薄片极化方向产生电荷转换为：

∆

q=pta

∆

t,deltat

式中

deltaq

为电荷变

化量，

pt

为温度

t

时的态是电系数，

a

为稀释电磁辐射的表面的面积，

deltat

为晶体的温

贬值，当用调制的电磁辐射反射时晶体的温度不断变化

,

电荷也随之变化

,

从而产生电流，

它的数值与调制的辐射量有关。在恒温下，晶体内部的电荷分布被自由电子和表面电荷中

和

,

在两极间测不出电压。当温度快速变化时

,

晶体内偶极矩可以产生变化

,

产生瞬态电压

,

所以热（释）电探测器就可以观测调制的电磁辐射或电磁辐射脉冲，它的响应时间慢，可

以达纳

(10-9)

秒数量级

,

时能在常温下工作。此外它仅由晶体片镀以电极形成观测元

,

因此

机械强度很高

,

消除了红外探测器难损毁的缺点，积极响应的谱段从

γ

射线至亚毫米波，