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《红外辐射及其测量方法》——中科院上海技术物理研究所,邵秀梅副研究员

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-11-25  来源:中国远红外门户网  浏览次数:259
核心提示:邵秀梅:    我是来自上海技术物理研究所的,叫邵秀梅,我今天跟大家讲的跟我平时具体做的工作,跟我这几年

邵秀梅:

    

我是来自上海技术物理研究所的,叫邵秀梅,我今天跟大家讲的跟我平时具体做的工作,跟我这几年做的工作可能也不是特别相关,但是为了切入这个会议的主题,我给大家准备的这个报告叫红外辐射及其测量方法。

    

报告主要跟我以下四个部分,首先是红外线的基本特性,相信在座的各位老师都是这方面的行家。红外线最早是英国的天文学家研究可见光的热效应的时候,因为它是在红光以外的区域引起,把它叫做红外线,其实红外线也是一种电磁波,具有无线电波和可见光的本质,波长是在0.76微米到100微米之间。

    

红外线辐射器根据他的波长的不同可以分为短波、中波和长波,根据×定律不同辐射系数不同温度下的辐射能力是可以计算出来的,这是理论计算的,不同辐射下不同温度下辐射的曲线。

    

物理学告诉我们,任何物体当它在绝对0度以上的时候它都会因为原子和分子的振动产生辐射,然后随着温度的升高,辐射出来的红外线就越多。

    

物体在吸收红外辐射的时候也在吸收红外线,吸收红外线之后自身的温度也会升高,光线主要特性之一就是热度比较强,因此人们利用红外线来加热一些物品,比方说家庭用的红外烤箱,还有我们展示区外面好多也在做一些红外的相关的理疗,针对家庭用的这种医疗上比较常见的小型的设备,这些红外加热的效果为我国节约能量方面还是立下了比较大的功劳。

    

目前红外加热在医学方面也有比较活跃的一些研究,这是我们常见到的红外的图象,左上面是一个手持式的红外测温仪,右边是红外热像仪看到的程像,还有我们比如说经常在一起医院食堂大型的公共场所红外线自动感应的水龙头。

    

这是可见光,程像和红外程像的一个对比,就是右边看到的是可见光,两杯水进行一个程像,这里只看到杯子的颜色不同,而同外程像的时候就可以区分温度,不同地水都能够显示出来。

    

然后用塑料布盖着手在红外程像下也非常清晰的可以看到。

    

然后这是一个间接上的程像,可见光情况下什么都看不间,雾霾情况下红外都可以看的很清楚。还有红外图象的一些典型的图片。第二部分就是介绍一下常见的红外辐射源。

    

凡是高于绝对0度的物体其实都可以发射红外辐射的,在座的任何物体其实都是一个红外辐射源,我这里主要讲的以下六类对红外应用研究具有实际意义的辐射源。

    

首先是黑体辐射源,绝对的黑体是一个理想概念,实际上并不存在真正的绝对黑体,绝对黑体就是把能够吸收全部所有波长的辐射的物体根据黑体相关的理论可以计算不同温度下黑体的一个辐射的曲线。

    

这个左下角图是我们刚刚摆的黑体的照片,就是黑体(音)辐射功率可以根据××定律来计算它不同温度下风值波长大概在什么区域,然后辐射能量的分布,然后计算电流加热的测量的精度以及分布黑体(音)的几何外形,以及它的舱体的能够开孔测量的准确度,还有包括一个温度的测量精度,如果温度稍微偏低一点,可能测量出来的温度都会有偏差。  

    

常见的枪型结构黑体有球星、圆柱形和圆锥形。第二个辐射源就是电热物体的红外辐射源,这里找了两个比较典型的,一个是斯特登(音)一个是硅碳棒(音),斯特登(音)是由稀土金属氧化物小量的其他物质混合而成,做成棒状物的短暂的一个红外的物体辐射源,发光体主要是在2微米到14微米区间范围内。这是我在网上找来硅碳棒的照片,这个硅碳棒是碳化不超过95%的材料支撑棒装货管状的辐射源。他温度一般在1500K以下。

    

还有一个气体方面的红外辐射源,主要是通过电场加速,进入电子加速之后与气体发生碰撞,然后气体被激发就会辐射产生一个能量,根据放电机制的不同,可以做多种气体辐射源。

    

右边这个图是我们早几年以前,因为一个项目的工作需要做了一个仙灯,他的结构就是中间是一个高压气体的灯,后面有一个凹面的反射镜,前面有一个聚焦镜然后让辐射东西比较多的尽可能的把他输出。

    

还有远红外激光器。根据温度物质的不同,有固体的液体的和气体的激光器,根据补偿不同也可以分为紫外可见和红外的激光器。

    

另外就是自然界常见的那些自然的辐射源,比方说天空、太阳、星星、植被都能发生红外发射都能探测到,还有一些飞机、坦克、人都是有红外辐射的产生。

    

第三部分就是讲一下红外辐射的测量方法,红外辐射测量方法主要有两类标准,一种是基于光源的,一种是基于探测器的,基于光源的标准常见的基于黑体,黑体是建立在普朗克定律和斯泰凡(音)定律和朗伯(音)定律之上,主要影响电功率的稳定性,一个温度的控制精度还有一个测量精度,通常黑体是作为红外波段一个辐射基准,他根据最高的温度可能现在看到最高的黑体是可以达到3000K

    

现在我们国家引进几个辐射光源在上海、合肥、北京都分别都,这个×辐射也是可以×定律可以计算,相关的主要参与有磁场、电子能量、电子流量和几何结构,根据辐射穿到光的频率主要还是在紫外波段基准。

    

这是一个375兆的电子辐是一个同步辐射光谱的辐射示意图,一个300K的高温对比和一个1000K的常温黑体的一个比较,可以看到黑体主要还是在红外这个波段,辐射主要是在这个区域。不管是黑体还是同步辐射,会在相关的光源上面传递。

    

这是早些年的一些这个左上角上的图是2005年,这个就是国家单位局和英国的物理学家他们分别根据本国的国家基准上面的同步辐射往一个高灯上面进行一个辐射东西的传递,传递之后分别从本国的基准传递三个进行对比,可以看到相对的波差,是到了正负5%这样一个水平。

    

这是光源的辐射这样一个传递标准特点,国际上主要流行的一个趋势就是基于探测器的标准,常见的精英探测器辐射基准有低温辐射器,自定表探测器以及定学定标的一个探测器。

    

低温辐射器他的原理就是帮辐射电加热,当他们替代交替的加温,当升温下等同的时候就可以计算,之后就可以很精确的计算出电温,还有辐射光源的测量。

    

制定标×探测器它是基于量子达到一个100%的探测器,一般建立在非常成熟的气象工艺技术上,硅器件就现在拿三片或者四片硅器件做成一个枪型然后让光子进去之后出不来,通过计算输出电信号来推算光子数。

    

前面讲的低温辐射器,他是工作的液氦温度加四点几K,奠定标志和低温辐射器原理还是比较类似。也是通过光和电的等效,但是他是基于热试验探测器自身的一个特点。

    

前做低温辐射器的也只有这么几个,国内有四五家单位引进了低温辐射计很少能够用得起来。

    

把低温辐射计像一些微器件传递,把这些器件作为一个基准做一个传递标准。这是低温辐射计的原理,这是一个枪型,这个枪型前面有一个弯,当接受光的时候节打开,不接受光的时候就关闭,另外还有一个电的加热器底下有一个测量的电阻,通过光和电交替加热温度升温等效的时候就计算这个电功率。

    

但是由于低温辐射就是有设计到了超导,高中空和超低温,就是一些技术的要求非常高,所以其实国际上目前能够引进的技术有三个国家。

    

这是德国PTB他们对低温辐射计进行一个研究过程中的广电加热等效的工作的原理示意图。

    

这是美国有一个光微的标准传递面,他就是基于低温辐射计的微探测器。

    

目前总的来说,国际上美国英国德国和加拿大他们的国家对辐射工具的测量基本上都建立上基于低温辐射计的上以低温辐射计作为基准然后再足迹下不同的探测器传递,一级一级传递到。

    

第四部分介绍一下电力波辐射计,最高是美国的NBS前身,他们在1972年提出来的,从他们提出这个概念到现在,相关的研究他们也一直没有停止,最新两年还是看他们相关方面的报道,把电力波辐射计的工作原理跟大家介绍一下。认识探测器他是一个对电话辐射功能产生输出电信号,电力波特殊的结构就是在器件表面做了一个吸收层,他吸收了光的辐射他也能导电,把他作为一个加热电阻,当光辐射和电光力交替来进行,他们的频率是一致,但是相差180度的时候就相当于自动调频,他的输出信号为零。后面跟着一套自动调频的系统,当器件输出信号为零的时候,这个时候电功率就等于接受了×。

    

这是我们实际做的一个电力标(音)测量器,我跟上海理工大学合作之后建立电力标(音)辐射系统测量系统,目前这个系统测量精度是一个VW(音)。然后测量的功率范围从0.1VW(音)到20毫瓦都可以测量,紫外可见和红外波段都是可以进行比较准确的测试。谢谢大家。

 

 

 
 
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