
主编:陈桂林(院士)
国际标准刊号:ISSN 1672-8785
国内统一刊号:CN 31-1304/TN
国内邮发代号:4-290
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背景鉴别 [background discrimination]
红外探测系统一般都要在很强的背景干扰中工作,为实现只探测所需目标辐射而采取的消除或削弱背景干扰的方法,称为背景鉴别或背景抑制技术。
空间鉴别 [space discrimination]
空间鉴别技术是利用点源目标和大面积背景之间尺寸方面的特性差别进行鉴别的技术。按鉴别方法划分,空间鉴别技术可分为四类:一、空间滤波(采用调制盘平均方法),二、脉冲宽度鉴别技术(采用电子滤波方法),三、面积对消技术(采用探测器几何结构方法),四、空间相关技术(采用记忆比较方法)。
光谱滤波 [spectral filtering]
当目标及其背景辐射的光谱分布不同时,许多红外系统都是用滤光片或双色调制盘使目标的一定波段范围内的红外辐射通过光学系统入射到探测器上并使背景辐射干扰减弱的。这种方法就是光谱滤波。
空间滤波 [space filtering]
用调制盘来提高探测干扰背景前方的特定目标能力(从背景干扰中识别目标)的技术称为空间滤波技术。大多数探测目标都具有一个共性,即比起背景来它们张角小,如飞机对云彩,舰艇对海洋,车辆对地面等都是典型的例子。对于这类探测任务,空间滤波是用来增强小张角物体的信号而抑制大张角物体的信号的。换句话说,空间滤波技术是这样一种技术:因为在光学系统的焦平面上,物体像的照度分布可以转换为空间频谱的分布,经调制盘调制后便被转换为时间分布,因而可以用电子线路滤去某些特定形状的物像。
数学上可以证明,调制盘具有低通和带通滤波器组合的滤波特性,它按照完全一定的空间波数选通辐射能量,通过电子线路可以滤去大面积的背景干扰。
调制盘 [chopper]
红外遥感 [infrared remote sensing]
红外遥感技术在军事侦察,火山、地热、地下水、土壤温度探测,地质构造勘测和污染监测方面应用很广,但不能在云、雨、雾天工作。
用于实时探测、识别来袭目标的红外辐射信号,判断目标类型,并能立即发出警报信息的光电技术。亦称红外告警接收技术。在光电对抗领域,红外告警设备主要安装在作战飞机、直升机、舰船和坦克等武器上,对来袭的导弹等目标进行探测并发出警报,以便载体及时采取有效的对抗措施。
红外告警设备主要由光学接收系统、红外传感器、信号处理器及显示告警等部分组成。光学接收系统主要由滤光罩、光信号处理装置及集光装置组成。滤光罩用来密封告警接收机并初步滤除告警接收机不需要的背景光和杂散光。由调制器与滤光片组成的光信号处理装置将入射光信号处理后经集光装置把入射光束会聚到红外传感器上,红外传感器将入射光信号转换成电信号,然后电信号处理器对电信号进行分析处理,判别目标的类型,并通过闪烁的灯光或声响发出告警信号。红外告警设备还可直接启动和控制红外干扰机及红外诱饵投放装置对目标实施干扰。
红外隐身是指通过降低或改变被探测目标的红外辐射特征,实现被探测目标的低可探测性的技术。被探测目标的红外隐身通常包括四方面的内容:一是改变目标的红外辐射特性,即改变目标表面的发射率;二是降低目标的红外辐射强度,即通常所说的热抑制技术;三是调节红外辐射的传播途径;四是采用光谱转换技术使目标的红外辐射波段位于红外探测器的响应波段之外,或使目标的红外辐射避开大气窗口,从而使其红外辐射在大气层中被吸收和散射掉。
红外测温 [infrared temperature measurement]
红外测温是指通过用对红外辐射敏感的仪器测量物体自身辐射的红外能量从而准确获得它的表面温度的技术。
红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。工作时,光学系统将来自目标的红外辐射聚焦到光电探测器上,光电探测器再将该红外辐射转变成相应的电信号。该电信号经过放大器放大、信号处理电路处理以及目标发射率校正后便被转变为被测目标的温度值。
与接触式测温方法相比,红外测温具有响应速度快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列,并备有各种选件和计算机软件,每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中,正确选择红外测温仪型号对用户来说是十分重要的。
红外测温技术在生产过程中,在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面具有重要的作用。
红外设备诊断(或检测)技术 [infrared equipment diagnosis (or inspection)]
红外设备诊断技术是设备诊断技术的一种,它是利用红外技术来了解和掌握设备在使用过程中的状态,确定其整体和局部是否正常,早期发现故障及其原因,并能预测故障发展趋势的技术。
一台运转中的设备,当其零部件产生故障时,设备的整体或局部的热平衡会受到破坏或影响,通过热的各种传播方式,设备内部的热必然逐步到达其外部表面,导致外表温度场分布的变化。利用红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息,通过大量检测结果总结分析,可以发现设备在各种运行状态下其不同部位有不同的温度界限,同一部位在不同故障情况下也有不同的温度等级。通过对设备结构、运行状况和维修、安装工艺等多种情况的分析概括,参考专家的经验等,就可以逐步确诊出设备的故障性质、部位和程度,进而预测故障发展趋势和设备的寿命。
红外光谱分析 [infrared spectra analysis]
红外光谱分析就是利用红外光谱对物质分子进行分析和鉴定。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上,某些特定波长的红外射线被吸收,形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱,据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的,分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动,多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时,这种振动方式称简正振动(例如伸缩振动和变角振动)。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应,因此当分子的振动状态改变时,就可以发射红外光谱,也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁,使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大,红外谱带也越多。
红外光谱分析技术可用于研究分子的结构和化学键,也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。红外光谱具有高度特征性,可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。已有几种汇集成册的标准红外光谱集出版,可将这些图谱贮存在计算机中,用以对比和检索,进行分析鉴定。利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型,并可用于定量测定。由于分子中邻近基团的相互作用,使同一基团在不同分子中的特征波数有一定变化范围。此外,在高聚物的构型、构象、力学性质的研究,以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域,也广泛应用红外光谱。
红外森林探火 [infrared forest fire detection]
红外森林探火分地面红外探火和机载红外探火两类。它们都是指利用红外探测仪器对森林火灾进行探测。地面红外森林探火仪器适用于林区及草原,将其装在至高点上,可及时发现初起火情。机载红外探火仪器是地面红外森林探火和巡护了望手段的必要补充,尤其是对重特大规模的火场,空中监测可以获取较为宏观的林火监测情报,它正日益显示出其它手段无法比拟的优越性。
红外通讯 [infrared communication]
红外通讯技术是利用红外线来传递数据的,是无线通讯技术的一种。
红外通讯的优点是不需要实体连线、简单易用且实现成本较低,因而已被广泛应用于小型移动设备的数据互换和电器设备的控制中,如笔记本电脑、PDA、移动电话之间或电脑之间的数据交换,以及电视机、空调器的遥控等。
由于红外线的直射特性,红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方,这种场合下一般选用RF无线通讯技术或蓝牙技术。红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。
为了解决多种设备之间的互连互通问题,1993年成立了红外数据协会(IrDA, Infared Data Association),建立了统一的红外数据通讯标准,并于1994年发表了IrDA 1.0规范。
红外测湿 [infrared moisture measurement]
红外湿度测量是一种快速、非接触、高精度的湿度测量技术,已在很多工业部门内得到认可和肯定。它的基本工作原理是根据物质只在特定波长吸收红外能量的现象建立起来的,例如水在1μm ~ 3μm的波段内有吸收。
一定波长上所吸收的能量与光束遇上多少水分子以及波长的吸收强度有关。
红外湿度测量技术可以为工农业的质量管理和能源节约做出贡献。目前这一技术已用于砂、粘土、纱、稻谷、米粒、食品、化学品以及塑料等方面的湿度测量。在若干行业,实地定标后的湿度测量精确度可达到±0.2% ~ 0.5%。
红外气体分析 [infrared gas analysis]
红外气体分析仪是利用气体分子对红外辐射的吸收原理而制成的。在医学、工业、农业上有着广泛的应用。一般来说,在红外光谱范围内有吸收特征峰的任何气体物质都可用气体分析仪来分析。经常测量的气体成份有二氧化碳(吸收峰4.35μm),一氧化碳(4.7μm),二氧化硫(7.35μm),二氧化氮(6.2μm)等。红外气体分析仪可达到的最小测量浓度为百万分之一,满量程最大浓度为100%。反应速度仅需0.1s ~ 0.5s,精度可分为2 ~ 3组,而且能够连续多点多组份分析和自动控制。
红外厚度测量 [infrared thickness measurement]
不少工业部门如生产塑料薄膜、纸张、胶片等都需要对厚度这一参进行测量。通过对厚度的测量和监控,不仅能提高产品的质量,而且还可以避免不必要的浪费。在这方面,红外技术已成为一种有力的测量手段。
红外厚度测量的基本原理也是利用了物质在红外波段的吸收和衰减性质进行的。通常都需要采用两个波长,一个用来测量,一个用来做参考。测量厚度可以小至10μm的薄膜。响应时间只需0.1s。此外具有非接触,精度高,价格低的优点。
红外报警 [infrared alarm]
由于红外技术能用来被动探测物体,能有效及时地对外来人员的逼近给予报警,因此很受公安部门和国外家庭用户的欢迎。
红外报警器根据场合和使用要求不同,可采用成像和非成像两种。成像探测原理同热像仪完全相同,非成像报警实际上是一种简单的温度测量装置,只要选定波长对探测目标有响应就行了。
红外报警器的市场是巨大的,关键在于不断降低价格,提高可靠性。
红外无线遥控 [infrared wireless remote control]
红外遥控装置包括两个部分:发送部分和接收部分。发送部分由若干个红外发光二极管以及集成电路构成。接收部分一般由硅光电二极管以及相应的电子线路构成。指令通过发送器发射出去,红外光电二极管则将接收到的信号转换成电信号,再进行放大和反馈到遥控接收的集成电路中。
红外无线遥控装置除了能用在电视机上,还能用于厂房、办公室、家庭的照明控制。这种照明控制能对每盏灯进行单独控制。当日光较强的白天和无人时能自动关闭所有的灯。当人走进装有红外敏感装置的房间时,该装置能将人体辐射出的红外线转换成相应的电压信号,经处理后发送给控制器,然后控制器便自动将灯光打开。这种装置的节能效果十分显著。
主编:陈桂林(院士)
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