什么是紅外技術(shù)

Jack

在自然界，任何高于絕對溫度（- 273度）時物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體所釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。 被動紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8—12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒛軐ψ匀唤缰械陌坠庑盘柧哂幸种谱饔?，在無人移動時PIR感應(yīng)到的只是探測區(qū)域背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，PIR感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，并將這一信號轉(zhuǎn)化為電信號。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。

研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)化、測量及其應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)。通常人們將其劃分為近、點(diǎn)擊此處添加圖片說明中、遠(yuǎn)紅外三部分。近紅外指波長為0.75～3.0微米；中紅外指波長為3.0～20微米；遠(yuǎn)紅外則指波長為20～1000微米。在光譜學(xué)中，波段的劃分方法尚不統(tǒng)一，也有人將0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作為近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外波段。另外，由于大氣對紅外輻射的吸收，只留下三個重要的"窗口"區(qū)，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可讓紅外輻射通過，因而在軍事應(yīng)用上，又分別將這三個波段稱為近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外。

自從1800年英國天文學(xué)家F·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了將近兩個世紀(jì)。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學(xué)研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術(shù)。當(dāng)時，德國研制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件制成一些軍用紅外系統(tǒng)，如高射炮用導(dǎo)向儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測和跟蹤系統(tǒng)，機(jī)載轟炸機(jī)探測儀和火控系統(tǒng)等等。其中有些達(dá)到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，有些已小批量生產(chǎn)，但都未來得及實(shí)際使用。此后，美國、英國、前蘇聯(lián)等國競相發(fā)展。特別是美國，大力研究紅外技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用。目前，美國將紅外技術(shù)應(yīng)用于單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監(jiān)視、預(yù)警、跟蹤以及武器制導(dǎo)等各個領(lǐng)域。

1.在1～14微米范圍內(nèi)的探測器已從單元發(fā)展到多元，從多元發(fā)展到焦平面陣列。紅外探測器最早是用單元探測器，為了提高靈敏度和分辨率，后來發(fā)展為多元線列探測器。多元線列探測器先后掃過(串掃)同一目標(biāo)時，它輸出的信噪比可比單元探測器高n（開平方）倍，n為元數(shù)。如果多元線列探測器平行掃過(平掃)目標(biāo)時，則可獲得目標(biāo)輻射的一維分布。以線列探測器為基礎(chǔ)的紅外探測系統(tǒng)，大都安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星遙感平臺上，平臺的前進(jìn)運(yùn)動垂直于線列作為第二維時，就可得到目標(biāo)輻射的分布圖像?，F(xiàn)在，紅外探測器已從多元發(fā)展到焦平面陣列，相應(yīng)的系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)探測到目標(biāo)熱成像的飛躍。紅外熱成像儀是一種最有發(fā)展前途的設(shè)備，代表著夜視器材的發(fā)展方向，它用焦平面陣列取代了光機(jī)掃描結(jié)構(gòu)。目前，長波碲鎘汞(HgCdTe)探測器面陣已達(dá)640×480元，焦平面陣列探測器的實(shí)驗(yàn)室水平已達(dá)256×256元，預(yù)計(jì)到2000年可達(dá)到百萬元。 　　2.紅外探測器的工作波段從近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外。早期的紅外探測器通常工作在近紅外。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外探測器的工作波段已擴(kuò)展到中紅外和遠(yuǎn)紅外，例如，美國國防高級研究計(jì)劃局提出了一項(xiàng)超波譜地雷探測計(jì)劃，目的是為了提供一種安全有效地探測地雷的方法。該計(jì)劃采用空間調(diào)制成像傅里葉變換光譜儀，這是一種紅外傳感器，它已在直升機(jī)上進(jìn)行了近、中波段的試驗(yàn)，下一步計(jì)劃把工作波段延伸到遠(yuǎn)紅外。遠(yuǎn)紅外已經(jīng)成為科學(xué)家們關(guān)注的重點(diǎn)。 　　3.輕小型化。非致冷、集成式、大面陣紅外探測器方向發(fā)展。采用低溫制冷技術(shù)，是為了提高紅外探測器件的靈敏度和輸出信號的信噪比，使其具有良好的性能，但它也使紅外探測器體積大、成本高。為了實(shí)現(xiàn)小型化，必須減少制冷設(shè)備和相關(guān)電源，因此，高效小型制冷器和無需制冷的紅外探測器將是今后的發(fā)展方向。如采用非致冷工作的紅外焦平面陣列技術(shù)，不僅可使系統(tǒng)成本降低2個數(shù)量級，而且可以使體積、重量和功耗也將大大減少。此外，利用材料電子計(jì)算機(jī)和微電子方面的最新技術(shù)，可使紅外探測器與具有一定數(shù)據(jù)處理能力的數(shù)據(jù)處理設(shè)備相結(jié)合，使其輕集成化、大面陣、焦平面化方向發(fā)展，以提高其性能，實(shí)現(xiàn)對室溫目標(biāo)的探測。 　　4.紅外探測系統(tǒng)從單波段向多波段發(fā)展。正如前面所述：在大氣環(huán)境中，目標(biāo)的紅外輻射只能在1～3、3～5和8～13微米三個大氣窗口內(nèi)才能有效地傳輸。如果一個紅外探測系統(tǒng)能在兩個或多個波段上獲取目標(biāo)信息，那么這個系統(tǒng)就可更精確、更可靠地獲取更多的目標(biāo)信息，提高對目標(biāo)的探測效果，降低預(yù)警系統(tǒng)的虛警概率，提高系統(tǒng)的搜索和跟蹤性能，適用更多的應(yīng)用需求，更好地滿足各軍兵種的需要。目前，多波段的紅外探測系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，如法國和瑞典聯(lián)合研制的"博納斯"末敏子彈藥，就采用了多波段紅外探測系統(tǒng)探測目標(biāo)。