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第五章红外辐射检测技术.ppt

第五章红外辐射检测技术.ppt

上传者: 丁丁贝加 2012-07-26 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第五章红外辐射检测技术ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含第五章红外辐射检测技术第五章红外辐射检测技术山东大学控制学院第一节红外辐射的基础知识第一节红外辐射的基础知识一、红外辐射及其特性什么是红外辐射?红外符等。

第五章红外辐射检测技术第五章红外辐射检测技术山东大学控制学院第一节红外辐射的基础知识第一节红外辐射的基础知识一、红外辐射及其特性什么是红外辐射?红外辐射是一种电磁波波长范围见下图红外光谱谱区示意图红外光谱谱区示意图红外辐射在检测领域有什么用途?红外温度检测成分分析遥感无损检测节能检测测距水分检测温度检测门框式温度检测门框式适用范围:海关、机场等大流量人群场所通过扫描人体额头温度进行测试。悬挂式悬挂式适用范围:海关、机场等大流量人群场所通过扫描人体额头温度进行测试。设定温度可自动报警。额头测温仪额头测温仪适用范围:直接测量人体额头的温度设定温度可自动报警主要用于中等流量的人群温度测试。手提便携式手提便携式适用范围:机场、学校、机关、工业企业的场所人群的温度测试手掌式手掌式适用范围用于海关、机场等大流量人群。将手掌伸进检测口通过检测手掌温度进行测试安防系统美军研制的未来单兵作战武器OICW夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标。在发射毫米高爆弹时激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信以便精确的设定引爆时间。美国国家导弹防御计划NMD监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道拦截器:能识别真假弹头敌友方如:影片《魔鬼干将》不同化合物基团在近红外区的吸收谱带不同化合物基团在近红外区的吸收谱带又称为指纹近红外光谱定量分析的流程与步骤近红外光谱定量分析的流程与步骤如:中药成分分析中成药亿美元的国际市场份额中日本占、韩国占而我国目前的出口中药多以原料药材廉价出卖成药比例不足。原因何在?检测!!!傅立叶近红外分析仪器傅立叶近红外分析仪器德国布鲁克公司在年推出的真正非接触式在线傅立叶近红外分析仪器:MATRIXE住宅的熱紅外光影像A原影像B假色分層設色影像节能检测红外热像仪监测设备运行状况红外热像仪监测设备运行状况红外线气体分析仪测定CO技术及其在植物生理学中的应用红外线气体分析仪测定CO技术及其在植物生理学中的应用这些仪器能单人提着携带到野外工作能测定光合速率、呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度等植物的生理参数同时还能测定环境中光强、温度、湿度等参数操作十分方便用叶室夹一片叶在操作面板上按一下键在数分钟内就能把上述参数测完并储存好。LI光合作用分析系统LCA光合作用分析系统剑叶的光合速率用LI光合作用测定系统测定。测定条件温度为~基始CO浓度为ppm。剑叶的光合速率用LI光合作用测定系统测定。测定条件温度为~基始CO浓度为ppm。用红外线气体分析仪测定植物叶片光合(呼吸)速率的装置(开启式气路)医疗中的应用核磁共振有明顯骨刺增生分析手部的疾病在线路板故障检测中的应用年Allred利用熱影像技術檢測電子電路的故障診斷系統。年Wenze分析電源供應器的電路元件並提出修正放射率的方法。IBM也利用此技術進行評估電源供應器的平均損壞時間。红外分析仪红外分析仪主要作专用分析仪器如粮食水分测定仪。LED的发出的光不是单色光一般半高宽为~nm大多用来测量色度、水分等二极管式分析仪时域信号频域信号傅立叶变换二、红外辐射检测的理论基础基尔霍夫定律普朗克定律与维恩公式斯忒藩波尔兹曼定律朗伯贝尔定律第二节红外辐射源和红外探测器第二节红外辐射源和红外探测器红外检测系统的组成:红外辐射源、光学系统、红外探测器和数据处理显示等四大部分组成。如下图所示一、红外辐射源二、红外探测器红外探测器的分类和基本工作原理分为如下种类:按响应波长分为:近红外、中红外、远红外探测器按结构和用途分为:单元探测器、多元列阵探测器、焦平面等成像探测器按物理效应分为:热探测器和光子探测器红外辐射能量电量红外探测器()红外热探测器根据入射红外辐射的热效应引起材料某一物理性质变化而工作的一类探测器。根据材料不同物理性质的变化可分为:)热电偶型探测器:红外测温仪、红外温度报警器等)热敏电阻型探测器:红外测温仪)热释电型探测器:红外测温仪的信号转换元件、红外热电视的摄像管、安防报警器()红外光子探测器入射红外辐射光子流与探测器材料中的电子之间直接相互作用引起各种电学现象(统称为光子效应)使材料的电学性质发生变化通过测量电学性质的变化可以确定红外辐射的强弱。利用光子效应制成的红外探测器统称光子探测器。特点:灵敏度高、响应速度快、相应频率高分类)光电导探测器)光生伏特探测器)光磁电探测器红外探测器的参数和性能指标红外探测器的参数和性能指标()使用条件参数)光敏面的形状和尺寸)输入信号的光谱分布)调制频率和电路频率范围)探测器的偏置参数)探测器阻抗和电阻值)工作温度)其他参数()红外探测器的主要性能参数()红外探测器的主要性能参数)电压响应率)响应波长范围)噪声等效功率)探测率和比探测率)时间常数红外电荷耦合器件三、红外检测中基本应用电路三、红外检测中基本应用电路第三节红外辐射检测第三节红外辐射检测一、红外测温的基本原理红外测温是基于热辐射定律通过测量物体发射的红外辐射能量来测量物体的温度。红外测温的三种方法()亮度测温()全辐射测温()比色测温()亮度测温:通过测量目标在某一波段的辐射亮度来获得目标的温度。特点:结构简单、使用方便、灵敏度较高。缺点:亮度温度与目标真实温度有一定的偏差。()全辐射测温:通过测量物体发出的全辐射能量来测量物体的温度。特点:结构简单、使用方便。缺点:灵敏度低、测得的温度与真实温度有较大偏差。()比色测温:利用两组(或多组)窄带宽的不同单色滤光片收集两个(或多个)邻近波段内的辐射能量转换成电信号后进行比较由此比值确定目标温度。特点:灵敏度高、与真实温度偏差小。缺点:结构复杂、价格高。二、红外测温的特点()可远距离和非接触测温不影响被测目标的温度分布测温准确度高。红外测温特别适合于带电体、高压及高温物体的温度测量。()反应速度快。红外测温不需要与物体达到热平衡的过程只要接收到目标的红外辐射即可测量目标的温度因此可对高速运动目标测温。被测目标表面温度稍有变化红外测温仪表就能立即反映出来。()灵敏度高。因为物体的辐射能量与温度的四次方成正比物体温度的微小变化就会引起辐射能量较大的变化只要目标有微小的温度差异就能分辨出来。()测温范围广。可测量摄氏零下几十度到零上几千度的温度几乎可以使用在所有的温度测量场合。三、红外测温仪红外测温仪的工作原理和基本结构工作原理:首先把物体发射的红外辐射能量收集起来转换成电信号。然后对电信号进行放大、处理并利用物体温度与其辐射功率大小的一一对应关系显示出物体温度的测量结果。基本结构:包括光学系统、红外探测器、电路部分。()光学系统:重要参数相对光学孔径、距离系数()红外探测器红外测温仪的心脏部分完成把接收的目标红外辐射能量转换成输出电信号的功能。()电信号处理系统)放大探测器输出的微弱电信号)抑制非目标辐射的干扰噪声和系统噪声)线性化输出处理)目标表面发射率修正)环境温度补偿)供计算机处理的模拟信号、A/D和D/A转换)向温度显示系统提供输出信号和配套装置要求的其他特殊信号处理机构等。()显示系统用于显示目标温度的测量结果多采用发光二极管、数码管或者液晶等进行数字显示。红外测温仪的分类从不同的角度可以分成不同的类型。主要介绍亮度测温仪和比色测温仪。()亮度测温仪)工作原理高温物体会发光不同温度的物体发出的光的亮度是不同的如下式)亮度测温仪结构原理()比色测温仪由维恩偏移定律可知当温度变化时物体的最大辐射出射度向波长增加或减小的方向移动使在波长和下的光谱辐射亮度比发生变化测量光谱辐射亮度比的变化即可测得相应的温度。理论推导实际物体三色红外温度计红外测温仪的选择原则()确定测温范围()确定目标尺寸()确定距离系数()确定波长范围()确定响应时间()信号处理功能()环境条件考虑红外测温仪的应用()在电力系统中的应用()在钢铁生产过程中的应用()在交通运输中的应用()监控轴承外圈感应加热温度()在国防科研及生产中的应用四、红外热电视四、红外热电视年法国南锡大学Hadni教授提出热释电摄像管理论。工作原理与结构红外热电视是根据热释电效应通过热释电摄像管(PEV)接收被测目标物体的表面红外辐射并把目标表面热辐射分布的不可见热图像转变成视频信号的装置。热释电摄像管主要有:透镜、靶面和电子枪三部分组成。红外热电视的调制方式()平移调制()斩波调制()瞬变调制红外热电视的应用红外热电视的应用范围很广:在电力行业中使用红外热电视可进行快速探测和热点普查。如对联结点、压接点等全部外露的过热点互感器内部绝缘不良导致的局部或整体发热主变瓷套管内的油位面降低而致外部温度的变化高压设备受潮、绝缘老化等的设备故障熔断器、断路器等的过载发热均可应用红外热电视进行非接触检测。在机械、制冷行业可对工业窑炉、蒸汽系统、制冷系统机械设备的缺陷进行检查还可进行无损探伤。在造纸工业、森林、消防等领域可对特种材料的自燃、森林火灾寻找火源。在军事领域进行夜间的目标搜索。五、红外热像仪五、红外热像仪手持式红外热像仪消防红外热像仪 基本功能、火场目标温度显示 实时显示火场目标(密闭门窗、高压气罐、储油罐等)表面温度提前预测闪燃、爆炸的可能性是消防特勤工作中不可缺少的功能。、火场目标伪彩热图显示 实时显示火场彩色热图和火源的位置及其动态变化是火场灭火指挥员工作中不可缺少的功能。、中国标准电视信号输出 是直接使用中国标准的监视器、录像机、计算机和传输设备进行显示和传输工作中不可缺少的功能。红外热像仪工作原理红外热像仪摄取来自被测物体各部分射向仪器的红外辐射通量的分布利用红外探测器顺序地直接测量物体各部分发射出的红外辐射综合起来就得到物体发射红外辐射通量的分布图像这种图像称为热像图。一般分为:光机扫描成像系统和非扫描成像系统红外热像仪的结构热像仪的基本组成()光机扫描系统使红外探测器顺序地接收被测物体表面各微元面积上的红外辐射。三种扫描类型)物扫描方式)像扫描方式)改进的物扫描方式()红外探测器世纪年代中期作为分界线以后发展起来的非制冷焦平面阵列凝视红外热像仪。()视频监视与记录系统热像仪视频监视与记录系统的作用是把红外探测器提供的顺序变化电信号转换成可见图像。热像仪测温技术热像仪在显示器上显示出的热像图直接反映的是被测物体表面上各点的热分布状况即红外辐射通量分布状况。由于被测物体温度与其红外辐射通量之间有对应关系因而反映红外辐射通量分布的热像图也同样反映了被测物体表面温度分布情况。通过热像图得到被测物体绝对温度值一般采用:()模拟量测温方法()智能化测温方法()软件化测温方法红外热像仪的应用()工业方面的应用()军事方面的应用()医学方面的应用

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