红外技术基础与应用-3-红外辐射源

1、第三章红外辐射源，第一类红外辐射源。黑体辐射源作为辐射标准用于红外设备的绝对校准。2.红外技术中使用的红外辐射源。3.红外系统用于探测、定位和识别的红外目标源。背景辐射源干扰红外系统检测3.1黑体辐射源，绝对黑体定义：在任何温度下都能吸收所有波长的所有入射辐射的物体。绝对黑体辐射也称为黑体辐射。1.黑体辐射源的产生：1。1859年基尔霍夫定律；2.1860年，奇尔丘提出了制作黑体辐射源的理论原理，指出腔体应处于理论等温状态，辐射孔的面积应与腔体内表面的面积相比可以忽略不计。3.杰夫理论的建立是在20世纪50年代。4.随着计算机技术的发展，黑体的有效发射率可以达到0.9999以上。3.1.1黑体

2、辐射源的特性。首先，黑体辐射源通常用作辐射标准：1 .校准各种红外辐射源的辐射强度；2.校准各种红外探测器的振铃率；3.测量红外光学系统的透光率；4.研究各种物质表面的热辐射特性；5.研究大气或其他物质对辐射的吸收或传输。第二，测量黑体辐射源性能的优缺点。空腔2中的有效发射率。辐射能通量。黑体空腔3的工作温度。黑体辐射源的类型分类1。1273K以上称为高温黑体，辐射能通量在近红外波段；2.3731273K称为中温黑体，辐射能通量在中红外波段；3.223373K称为近室温黑体，辐射能量通量在远红外波段；223K以下的称为低温黑体。3.1.2黑体辐射源有效发射率的计算，空腔黑体辐射源发射率的公式推

3、导高斯理论： 1954年，高斯提出了一个计算开放空腔有效发射率的表达式，可用于球形、圆柱形和圆锥形空腔有效发射率的理论计算。0=1 (1- )(S/St-/)/(1-S/St) S/St 0空腔有效发射率，空腔内壁材料的发射率St空腔内壁面积，S开口面积，对应黑体开口面积S的立体角，3.1.3黑体辐射源结构和设计要求，1。结构图2。空腔黑体源的空腔结构：锥形空腔、圆柱形空腔和球形空腔3。根据高夫的理论公式4，推导出三种空腔形状的有效发射率。腔体选择1。在相对腔长(l)相等、腔材料表面发射率相同的条件下，锥形腔的发射率最小，球形腔的发射率最大，圆柱形腔的发射率略小。2.圆柱腔和圆锥腔具有体积小、

4、重量轻、易于保温和加工的优点；球形腔用于制作大口径黑体源。3.在高、中、低温全黑辐射源中，圆柱形腔被广泛用作具有相同精度的黑体。工业标准中的中温黑体辐射源通常是锥形腔。4.如果腔壁材料足够大，并且L/R足够大，0将独立于波长并接近1。因此，5 .空腔材料的选择，1。尽可能选择具有高表面发射率和漫反射性能的材料。2.选择在黑体的工作温度范围内具有良好的抗氧化能力。3.为了使温度分布均匀，我们应该选择具有较高热导率的材料。加热的要求是实现腔体的均匀加热，使腔体壁面温度分布均匀，合理分布加热线圈。要求中部稀疏，后端稍密，离腔体开口越近，密度越大。常用23组电热丝，或采用恒温热流法，但成本高。温度测量

5、和控制的要求铂电阻温度计通常被插入空腔中以测量空腔温度。将另一个温度计插入试管(3)采用优化的无感电热丝特殊缠绕方式，使线圈密度沿轴向合理分布，从而获得均匀的温度分布。(4)采用优质的抗冲击材料和精密的机械结构来抵抗冲击和振动。2.大口径黑体辐射源包括大口径中温黑体辐射源和大口径近室温黑体辐射源。3.目前广泛使用的是温差电控温黑体源，其工作温度为-4060，即0.995。3.2电热固体红外辐射源，3.2.1能斯特灯1。结构：它是由氧化锆、氧化钇和少量其他物质制成的棒状或管状固体红外辐射源。2.工作条件：室温下是绝缘体。点火前，电压应增加到230伏左右，并用酒精灯(或电热丝)预热到800伏左右，

6、然后开始导电。3.特点：可直接在空气中点燃，机械强度低，使用寿命短。表面状况受空气影响，点火困难。4.参数：功耗45W，0.1ATC=1980K3.1毫米* 12.7毫米，3.2.2硅碳棒，1。硅碳棒是一种棒形或管状辐射源，由含95%以上碳化硅的材料制成。2.特点：机械强度好，使用寿命长，使用方便，受电压影响小；然而，它体积大，最高温度低，容易升华，需要低电压，大电流和大功率消耗。3.用法：4 .参数：3.2.3钨灯。钨因其熔点高(3680K)、蒸发速率低、可见光波段选择性好、高温机械强度高和易于加工而广泛应用于白炽灯。分类：1 .钨灯：辐射波长在3m 2以下。钨丝灯：2毫米宽，0.05毫米厚

7、。钨管黑体灯：可见光区光谱发射率高，可达0.95，真空温度可达1800，氩气灯可达2700。3.2.4乳白色应时加热管，1。结构：以水晶为原料的坩埚两端的电极是石墨发射体，在真空电阻炉(1740)中加热到熔融状态时被拉出来。在熔化过程中，气体在熔化物中形成大量小气泡，因此外观呈乳白色。2.特点：(1)高发射率和选择性发射；(2)热惯性小；(3)温度快速上升；(4)温度通常为400-500；(5)白色外观。3.3气体放电辐射源1。原则和组成：1 .原理：当电流通过气体介质时，会有多种放电现象，可作为辐射源，辉光放电和电弧放电被广泛使用。2.结构：如图2所示。发光过程(三阶段式)(1)自由电子被外

8、部电场加速；(2)加速的电子与气体原子碰撞，激发气体原子；(3)当受激原子回到基态时，它们以辐射的形式释放能量。3.3.1汞灯，1。原则2。结构图3。汞灯的放电过程4。汞灯的三个工作阶段。使用中应注意的问题。应用7。分类3.3.2氙灯，一种由高压或超高压惰性气体放电现象制成的辐射源，如氙灯。结构图：特点：氙灯与水银灯的区别：在启动氙灯之前，常温下有很高的气压，所以点燃惰性气体放电灯时需要辅助触发。汞灯启动前，蒸气压不高，所以需要辅助电极。3.3.3碳弧，结构；电弧发生在大气中的两根碳棒之间。为了保持电弧稳定，阳极由芯制成。普通碳弧阳极的外壳和灯芯由纯碳材料制成，灯芯材料柔软。工作模式：阳极中心形成稳定的火焰口(弧脊)，90%的辐射由弧脊发出。启动模式：3.6自然红外辐射源，太阳辐射，太阳辐射强度高达6200wcm-2 1，太阳辐射光谱分布，太阳光谱从波长10纳米或更短的x光延伸到波长大于100米的无线电波。目前，它可以测量太阳的整个波长范围(0.12-1000米)。2，太阳常数和太阳光谱辐射，太阳常数：