红外热成像原理

Posted 2022-12-30 道亦无名

红外热像仪

尽管肉眼无法观测红外辐射(IR)，但是红外热像仪可将其转化为可见光图像，描绘被测物体或场景的温度变化。红外辐射覆盖电磁波谱上约900-14,000纳米(0.9–14μm)的波长区域。所有温度高于绝对零度的物体均可发射红外光，且物体温度越高，红外辐射量越大。
热成像是一种使用标定过的红外热像仪显示被测物体或场景的温度值分布的成像方法。因此，热成像可实现对物体表面温度的非接触式测量。
红外热像仪的构造类似于一台数码摄像机。主要组件包括一个将红外辐射对准探测器的镜头，以及用于处理并显示热信号和热图像的软件和电子设备。
红外热像仪探测器并非摄像机和数码相机常用的一种电荷耦合装置，而是一个微米大小像素的焦平面阵列探测器(FPA)，由各种对红外波长敏感的材料制成。FPA的分辨率从约160× 120像素到高达1024 × 1024像素不等。一些红外热像仪内置有软件，用户可利用其对焦FPA的特定区域，对温度进行计算。其他热像仪系统曾利用提供温度分析专用软件的计算机或数据系统。两种方法的温度分析精度均优于±1˚C。

FPA探测器技术分类

可分为两类：热探测器和量子探测器。
热探测器的一种常见类型就是非制冷微量热型探测器，由金属或半导体材料制成。这些探测器通常比量子探测器的成本低，且具有更广的光谱响应。但是，微量热型探测器会对入射辐射能作出反应，速度与敏感度均低于量子探测器。量子探测器由锑化铟(InSb)、铟镓砷(InGaAs)、硅化铂(PtSi)、碲镉汞(HgCdTe或MCT)和量子阱红外探测器(QWIP)上分层的砷化镓/砷化铝镓等材料制成。
量子探测器的运行原理是基于可对入射光子作出反应的晶状结构内的电子的状态变化。一般而言，量子探测器的速度和敏感度均优于热探测器。然而，量子探测器需要冷却，有时甚至需要使用液氮或小型斯特林循环制冷设备制冷。