紅外檢測技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

紅外線是一種波長范圍大致在0.78μm～1000μm頻譜范圍內(nèi)的電磁輻射波。任何溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物體，都會(huì)向外部空間以紅外線的方式輻射能量。物體溫度越高則向外輻射的能量越多。

所謂紅外檢測技術(shù)，是指利用紅外線的物理性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)相關(guān)物理量測量的檢測技術(shù)。紅外檢測具有高靈敏度、高穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗干擾性等優(yōu)點(diǎn)，最初主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的制導(dǎo)、偵察、搜索、預(yù)警、探測、跟蹤、全天候前視和夜視、武器瞄準(zhǔn)等。20世紀(jì)70年代后，由于紅外檢測器件發(fā)展迅猛、生產(chǎn)成本下降，加之民用市場的需求，使得軍事紅外技術(shù)逐步向民用轉(zhuǎn)化，紅外檢測技術(shù)開始應(yīng)用于電力設(shè)備的故障檢測、可燃或有毒氣體成分分析、礦產(chǎn)資源勘探、氣象監(jiān)測等。近年來，紅外檢測是發(fā)展最快的技術(shù)之一，紅外傳感器目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、天文、氣象、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、交通和民用等眾多領(lǐng)域，在日常工作和生活中起著不可替代的重要作用。

以下從應(yīng)用較多的紅外測溫、紅外成像、紅外氣體成分分析等方面對紅外檢測技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

紅外測溫

紅外測溫有多種方法， 其中較常用的是按照斯蒂芬-玻爾茲曼定律（物體紅外輻射的強(qiáng)度與物體的溫度和輻射率相關(guān)）制成的紅外溫度計(jì)。該類紅外溫度計(jì)主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外傳感元件、調(diào)制單元、指示單元等部分構(gòu)成。適用于對高速運(yùn)動(dòng)物體、帶電物體、腐蝕介質(zhì)、高溫或高壓物體或介質(zhì)溫度的遠(yuǎn)距離和非接觸測量。具有響應(yīng)速度快（毫秒級，甚至微秒級），測溫靈敏度高，不會(huì)破壞實(shí)測對象原先溫度場分布狀況，測出溫度失真較小，測溫范圍非常廣泛（從攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度）等顯著優(yōu)點(diǎn)。

紅外成像

紅外成像儀，也常簡稱為熱像儀，主要是檢測0.9 ～14波長范圍內(nèi)的紅外電磁頻譜區(qū)的輻射量，通過熱圖像技術(shù)，給出熱輻射體的溫度值及溫度場分布圖，并轉(zhuǎn)換成可見的熱圖像。

在需了解物體的溫度分布以便分析、研究物體的結(jié)構(gòu)，探測物體的內(nèi)部缺陷或工作狀況，進(jìn)而進(jìn)行故障診斷分析的場合，可通過紅外成像儀以非接觸方式探測被測物體目標(biāo)所釋放的紅外輻射能量，形成整個(gè)目標(biāo)對象的紅外輻射分布（即溫度分布）圖像。與常規(guī)攝像機(jī)不同的是，大多數(shù)成像儀不是利用常規(guī)的CCD或CMOS傳感元件，而是采用特殊的FPA（焦平面陣列），以感應(yīng)更長的波長段。最常用的FPA類型有InSb, InGaAs, HgCdTe和QWIP等。

紅外氣體分析

基于紅外光譜技術(shù)的成分分析儀表，具有“綠色、快速、非破壞、在線”等特點(diǎn)，是分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)之一。工業(yè)中常用紅外氣體分析儀工作原理是利用被測氣體的紅外吸收光譜特征或熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)氣體濃度測量的，主要由紅外輻射光源、氣室/窗口材料和濾波元件、紅外傳感器三大部分構(gòu)成。紅外氣體分析儀具有能同時(shí)測量多種氣體，測量范圍寬（上限100%，下限可達(dá)10-6，甚至10-9級），靈敏度和準(zhǔn)確度高，反應(yīng)極快，有良好的選擇性，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析和自動(dòng)控制，不存在中毒現(xiàn)象，操作簡單，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已開始逐漸取代傳統(tǒng)的燃燒、催化型氣體分析儀。

隨著紅外技術(shù)、集成電路、數(shù)字信號(hào)處理、模式識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展，紅外傳感器正從單元器件、單一功能向高靈敏度、寬頻譜、高分辨率、低功耗、集成化、多功能化、智能化方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也變得無處不在。