红外线的应用

红外线的特征

　　红外线(红外辐射)是由物体原子内的外层电子受到激发而产生的。任何物体只要温度高于零度，其内部分子就有热运动，伴随着分子热运动该物体就要向外辐射波长不等的红外线;一切物体都在向外辐射红外线，温度越高辐射的红外线波段越宽。

　　1、电磁波

　　自然界中的物体凡在零度以上的环境，都在不同程度地发射红外电磁波。它的速度与可见光相同，而且能够像可见光一样直线前进;如果使用反射板，便能改变它的传播方向。

　　2、热效应

　　红外线亦称“红外光”，其显著的热效应可以用温差电偶、光敏电阻等仪器来探测。红外线容易被物体吸收并转化为物体内能，所有热源中都含有红外线。

　　3、穿透能力

　　红外线在通过云雾等充满悬浮颗粒的物质时不易发生散射，具有较强的穿透能力，能透过或透入许多物质，如薄木片、胶木、树木、纸片、薄雾、皮革等。红外线还能深入到物体内部与分子或原子打交道，使分子或原子的运动状态发生变化。

　　4、共振作用

　　各种物质经红外线照射后，其分子都会产生共振和吸收，各种物质的分子结构不同，使得它们有专一的红外线吸收光谱，由于远红外线与人体内细胞分子的振动频率接近，所以远红外线进入人体之后，会使人体内细胞分子振动，分子之间摩擦生热使皮下温度上升，加速血液循环，有利于清除血管囤积物和其他有害物质，达到活化组织细胞、防止老化、强化免疫系统的目的。

红外线的作用

　　人类发现红外线的历史很长，但直到20世纪红外科学才从实验室走出来，形成一门崭新的技术——红外技术，Z近三四十年，红外技术在许多领域里得到了广泛应用。

　　1、在家庭生活中，无焰燃烧所产生红外线的热量，具有普通燃气灶难以比拟的优势：GX节能、环保卫生、安全可靠。一些自动产品使用红外线来感应物体，比如感应水龙头、感应开关门等。

　　2、在工农业生产中，利用红外线的热作用和穿透能力来烘干东西既快又好。例如常常利用它来干燥飞机、轮船和汽车的油漆;利用它把锦纶织物染成各种鲜艳的颜色;利用它组成一道防线作为工厂、仓库的防护报警装置。此外，物质对红外线的吸收光谱对化学分析及化学工业控制也有重要意义。

　　3、红外线特别是远红外线已被广泛运用在YL保健产业中，适度远红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力，能够深入人体引起细胞的原子分子共振，形成热反应，使皮肤和皮下组织的温度，并使微血管扩张，促进血液循环，清除妨害新陈代谢的障碍，促进健康。另外，红外线的热效应能提高人体的免疫力和抗病能力，具有XY、消肿、HX镇痛以及活化组织细胞的作用。

　　4、在国防建设中，常用红外探测器来跟踪、探测目标以及进行红外通信等。

　　此外，科技人员研制成的红外电视，是利用被摄景物本身的热辐射或反射红外线来进行摄像和显示的系统，被摄物体的温度越高、发出的红外线越强，拍摄的图像也就越清晰。所以红外电视不受烟雾、阴云和风雨等阻隔，适于进行非接触和非破坏性检查，常应于工业、医学、宇宙开发、军事等方面。

　　在工业上用于暗室操作的监控，对自然资源的热勘探;在农业上用于探测森林、牧场的火情;交通上用于透雾导航等。红外探测器还是个“夜光眼”，可以在漆黑的夜晚对敌人的阵地、军事设施进行侦察，还可以“透”过雪层“看”到躲在雪底下的敌人。

　　利用红外敏感底片可以进行远距离摄影和高空摄影，从卫星或飞机上用红外线可以清晰地看到地面物体并且不受昼夜限制，因此应用红外遥感技术可以在飞机或卫星上勘测地热寻找水源、进行气象预报等。

红外线的危害

　　红外线近年来在军事、工业等领域的应用日益广泛，其污染问题也随之产生。

　　红外线对人体可造成高温伤害。钢铁冶金高温作业是典型的红外热辐射作业，短波红外线透过角膜进入眼球，使虹膜、晶状体和玻璃体液吸收一部分红外线，如不加防护可使晶体混浊，蛋白质变化，长期下去就会导致“红外线白内障”。

　　太阳光中的红外线对皮肤的损害作用是由于分子振动和温度升高所引起的过强红外线造成的皮肤伤害，与烫伤相似;大剂量红外线多次照射皮肤时，可产生褐色大理石样的色素沉淀，这与热作用加强了血管壁基底细胞层中黑色素细胞的色素形成有关;过强红外线的热辐射效应使毛血管扩张充血，增加表皮水分蒸发，使皮肤出现红色丘疹、皮肤衰色和色素紊乱等不良影响;红外线还能促进紫外线引起的皮肤癌。

红外线的应用

　　红外线在航空、航天、军事装备遥控遥感等高科技领域和加热、保温、食品烤制、取暖、YL保健等日常生活领域都得到广泛的应用;以各种气体为热源的红外加热技术已被广泛采用，全新红外线光波辐射加热燃气灶应运而生。

　　1、红外线开关

　　红外线开关有主动式和被动式。主动式红外线开关由红外发射管和接收管组成探头，当接收管接收到发射管发出的红外线时，灯关闭;人体通过挡住红外线时，灯开启。被动式红外线开关是将人体作为红外线源(人体温度通常高于周围环境温度)，红外线辐射被检测到时，开启照明灯。还有常见的红外感应龙头也是应用了这种原理。

　　2、YL保健

　　在红外线区域中，对人体Z有益的是4μm~14μm波段，它有着孕育宇宙生命生长的神奇能量，所有动、植物的生存、繁殖，都是在红外线这个特定的波长下才得以进行，因此许多专家、学者称之为“生育光线”。

　　远红外纺织品是近年来新兴的一种精密陶瓷粉经特殊加工制成，具有活化组织细胞、促进血液循环和改善微循环、提高免疫力、加强新陈代谢、XY、除臭、止痒、YJ等功能。

　　3、遥控器

　　不少家用电器都配有红外线遥控装置。当遥控器与红外接收端口排成直线，左右偏差不超过15度时，效果Z好。

　　4、红外接口

　　越来越多的电子设备装配了红外端口，支持无线传输，避免了通过电缆连接的累赘。如利用红外线可通过手机上网。

　　5、防盗装置

　　由红外线发射机和红外接收机组成。红外线发射机发射的红外线光束构成了一道人眼看不见的封锁线，当有人穿越或阻挡红外线时，接收机将会启动报警主机，报警主机收到信号后立即发出警报。

　　6、红外遥感

　　在漆黑的夜晚应用红外遥感设备可以探测各种矿藏。我国利用红外遥感照片，调查了地热资源和放射性矿藏等资源。

　　7、红外侦察

　　侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息，并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视;导dan预警卫星利用红外探测器可探测到导dan发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报，为拦截来袭导dan提供一定的预警时间。

　　8、红外制导

　　红外制导就是利用目标本身的红外辐射来引导导dan自动接近目标，以提高命中率。

红外线的应用——红外传感器

　　1、红外传感器原理

　　红外传感器包括光学系统、检测元件和转换电路三个部分。其中光学系统又分为透射式和反射式，是根据结构的不同划分的。检测元件按工作原理的不同又分为热敏检测元件和光电检测元件。

　　在热敏检测元件中常用热敏电阻。利用红外线辐射热敏电阻时，因热敏电阻温度升高而使其电阻发生变化。其电阻发生变化的情史可通过转换电路变成不同的电信号而输出。在光电检测元件中常用光敏元件。光敏元件是利用锗及硅掺杂料、碲镉汞三元合金、砷化锑、砷化铟、硒化铅以及硫化铅等材料制造而成的。

　　对红外线传感器系统而言，其工作原理不复杂。一个典型的传感器系统各部分的实体分别是：①待测目标。②大气衰减。③光学接收器。④辐射调制器。⑤红外探测器。⑥探测器制冷器。⑦信号处理系统。⑧显示设备。

　　依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。

　　2、红外传感器系统的分类

　　红外传感系统按照功能能够分成五类，如下表。

　　3、红外传感器的应用

　　由于红外温度传感器实现了无接触测温、远距离测量高温等功能，而且具有较高的灵敏度，因此其在现在各行业中得到了广泛的应用。如夜视技术、红外探测器、红外无损探伤、红外气体分析仪等。

红外线的应用——红外热像仪

　　红外热像仪是一种利用红外热成像技术，通过对标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。

　　红外热像仪将实际探测到的热量进行精确的量化，以“面”的形式实时成像标的物的整体，因此能够准确识别正在发热的疑似故障区域。操作人员通过屏幕上显示的图像色彩和热点追踪显示功能来初步判断发热情况和故障部位，同时严格分析，从而在确认问题上体现了GX率、高准确率。

　　早先用于军事领域的红外热像仪，Z近这些年不断向民用、工业用领域进行扩展。欧美一些发达国家自上世纪70年代开始，先后开始探索红外热像仪在各个领域的使用。

　　经过几十年的持续发展，红外热像仪从一个笨重的机器已经发展成一个轻便、便携的用于现场测试的设备。由于复杂的现场环境以及测试时产生的温度场差异等因素，比较好的热像仪必须具备以下标准：至少320*240的像素、空间分辨率小、分辨率小于0.1℃、具备可见光图像合成和红外图像功能。

　　红外热成像技术能够Z终生成高质量的图像，归结于其能够进行高分辨率的、非接触式的温度成像。通过红外热成像技术提供的各种信息，可以弥补人类视觉上的不足。红外热成像技术已经在诸如石化、YL、汽车、电力系统等许多行业得到了广泛的应用，其发展的前景不可限量。

红外线的应用——红外光谱仪

　　当分子振动从低能级向高能级跃迁时，便会吸收一定波长的光，根据分子所吸收的特定波长的光便可得出分子所含有的化学基团。在近红外光谱测量中，主要测量的是C-H、N-H、O-H基团。因此，在红外光谱分析中，被测物质的组成和结构导致了Z终得到不同的光谱图。

　　通过化学计量学的方法计算出样品的结构和红外光谱图之间的函数关系，再经过精确的校正，就可以根据测得的光谱图，计算出样品的结构等各种信息。校正等方法有很多，但是目前应用Z多、Z广泛的是偏Z小二乘法(PLS)、主成分分析法(PCA)、多元线性回归法(ML R)、人工神经网络法(ANN)和拓扑法(Topological)等。

　　一个红外光谱分析仪主要由以下几个部分组成：

　　①光谱发生器：可以产生精确的光谱;

　　②光源：一般为钨灯;

　　③光导纤维：传导光线;

　　④计算机软件;

　　⑤数字控制系统。

　　另外，还需要添加一定的附件，比如前处理系统、自动取样系统、样品接受系统、样品回路系统、信息输送系统等。

　　当某一频率的红外光线聚焦照射在被分析的样品时，如果样品分子中某个基团的振动频率与所照射的红外线频率相等就会产生共振，这个基团就吸收一定频率的红外线，把分子吸收红外线的情况用仪器记录下来，便能得到反映试样成分的特征光谱，从而推测化合物的类型和结构。

红外线的应用——红外摄像机

　　随着安全防范行业不断的发展、技术的不断更新，用户对昼夜24小时监控的需求也愈发的强烈。因此配有红外光源的前端视频采集设备在视频监控领域所扮演的角色也更加突出。

　　2010年SONY、三星等国际厂商也都竞相推出了新款红外摄像机。虽然SONY只是在配用CMOS图像传感器的高清网络摄像机上推出了几款红外设备，但是从中可以明显的感觉出来国际厂商开始重视红外摄像机监控市场，并且加大了红外摄像机设计开发的投入。

　　红外摄像机经过了多年的发展演变，种类也是纷繁复杂。从外形结构上可以将红外视频采集设备分为红外半球、红外一体机、红外球机、红外云台等等;从光源的角度又可以分为LED红爆摄像机、LED无红爆摄像机、冷光源摄像机、激光红外摄像机等等;从特殊要求上还可以分为防水红外摄像机、防暴红外摄像机等等。

　　红外摄像机技术目前来说，还是有需要改进革新之处。例如如何继续提高红外光的利用率，有效防止红外摄像机起雾结霜，保证红外摄像机的全封闭，更加有效的散热防水，彻底解决白天色彩还原不够、临界值点红外灯反复跳变以及延长红外灯使用寿命等等。