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光学工程
红外传感器的发展

任何温度高于绝对零度的物体,都会向外部空间以红外线的方式辐射能量。利用红外辐射实现相关物理量测量的传感技术,即为红外传感技术。

红外传感器技术是近年来发展最快的技术之一,红外传感器目前已广泛应用于航空航天、天文、气象、军事、工业和民用等众多领域,起着不可替代的重要作用。红外线,实质上是一种电磁辐射波,其波长范围大致在0.78m~1000m频谱范围内,因其是位于可见光中红光以外的光线,故而得名为红外线。任何温度高于绝对零度的物体,都会向外部空间以红外线的方式辐射能量。利用红外辐射实现相关物理量测量的传感技术,即为红外传感技术。

光子式红外传感器是利用红外辐射的光子效应而进行工作的传感器。所谓光子效应,是指当有红外线入射到某些半导体材料上时,红外辐射中的光子流与半导体材料中的电子相互作用,改变了电子的能量状态,从而引起各种电学现象。通过测量半导体材料中电子性质的变化,就可以知道相应红外辐射的强弱。光子探测器类型主要有内光电探测器、外光电探测器、自由载流子式探测器、QWIP量子阱式探测器等。内光电探测器又细分为光电导型、光生伏特型和光磁电等类型。光子探测器的主要特点是灵敏度高、响应速度快,具有较高的响应频率,但缺点是探测波段较窄,一般工作于低温(为保持高灵敏度,常采用液氮或温差电制冷等方式,将光子探测器冷却至较低的工作温度)。

基于红外光谱技术的成分分析仪表,具有绿色、快速、非破坏、在线等特点,是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术之一。许多由非对称双原子和多原子所构成的气体分子,在红外辐射波段都有相应的吸收带,且因其被测对象所含分子的不同,吸收带所在的波长和吸收的强弱也不相同。根据各类气体分子吸收带分布情况及吸收的强弱,可以识别出被测对象中所含气体分子的组成及含量。红外气体分析仪即是采用红外光照射被测介质,并根据各类分子介质的红外吸收特性,利用气体的红外吸收光谱特征,通过对光谱分析而实现气体组分或浓度分析的。

利用近红外光谱对羟基、水、碳酸盐以及Al-OH、Mg-OH和Fe-OH等分子键非常敏感的特性,通过对目标对象的红外照射来获得其诊断性光谱,然后对光谱波长位置、深度和宽度进行测量分析,即可获取其种属、组分和主要金属元素比值等,从而实现对固体等介质的成分分析。



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