一： 什么是紅外?

紅外線是指波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光和微波之間的電磁波，波長(zhǎng)范圍從760nm到1000um。按波長(zhǎng)不同，又可粗略分為：

- 近紅外NIR（0.7~1.1um）

- 短波紅外SWIR (1.1~3um）

- 中波紅外MWIR（3~7um)

- 長(zhǎng)波紅外LWIR（7~30um）

- 遠(yuǎn)紅外FIR（30~1000um）

雖然人眼無(wú)法直接觀察到紅外線，但自然界的紅外線無(wú)處不在。太陽(yáng)光除了紫外和可見(jiàn)光，有超過(guò)一半的能量落在紅外區(qū)間。

各個(gè)波段的紅外線常對(duì)應(yīng)不同的物理過(guò)程，也被應(yīng)用于不同的場(chǎng)合。例如：

01近紅外在波長(zhǎng)上接近可見(jiàn)光，但對(duì)人眼不可見(jiàn)，可以配合人眼安全的激光進(jìn)行照明或作為信標(biāo)，廣泛應(yīng)用于夜視照明和通訊。

02由于物質(zhì)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷多對(duì)應(yīng)于近紅外和短波紅外能量，因此0.9~2.5um的波段常被用于光譜分析，部分氣體檢測(cè)則利用了中波和長(zhǎng)波紅外能量的分子躍遷。

03任何溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體都會(huì)向外發(fā)射電磁波，即熱輻射。自然界的物體在常溫20℃左右時(shí)，向外輻射的電磁波能量主要集中在長(zhǎng)波紅外（~10um），因此長(zhǎng)波紅外常被用于熱成像和非接觸測(cè)溫。

04在高溫時(shí)，物體熱輻射的主要能量往短波方向偏移，因此短波和中波紅外可用于高溫目標(biāo)的熱成像和非接觸測(cè)溫。

巨哥科技為各行業(yè)自動(dòng)化提供了全波段紅外機(jī)器視覺(jué)方案，包括近紅外光譜儀，短波和中波紅外相機(jī)，長(zhǎng)波紅外熱像儀等。

二：紅外光譜分析

紅外光譜分析通過(guò)檢測(cè)紅外線與分子化學(xué)鍵的相互作用，包括吸收、發(fā)射、反射，從而進(jìn)行物質(zhì)化學(xué)成分分析。紅外光譜分析的典型波長(zhǎng)范圍為900~2500nm，主要反映的是含氫元素的化學(xué)基團(tuán)分子振動(dòng)的倍頻與合頻的吸收信息。通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)樣品的成分和光譜信息建立校正模型，可以從待測(cè)樣品的光譜測(cè)算出其成分信息。

近紅外光譜檢測(cè)是一種無(wú)損、快速的檢測(cè)手段，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)人體無(wú)害，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的分析技術(shù)。紅外光譜儀用于測(cè)量樣品的透過(guò)率、吸收率或反射率光譜曲線，是進(jìn)行紅外光譜分析的主要設(shè)備。

巨哥科技的光譜系列產(chǎn)品包括光纖光譜儀、微型傅里葉光譜儀、光譜掃描成像，以及用于珠寶、糧食、紡織品等領(lǐng)域的專(zhuān)用光譜儀。

三：熱輻射基本規(guī)律與發(fā)射率

普朗克定律給出了在任意溫度下，黑體發(fā)射的電磁輻射能量與波長(zhǎng)之間的關(guān)系。按普朗克定律，不同溫度下的輻射光譜曲線都有一個(gè)輻射極大值，隨著溫度升高，極大值往短波方向移動(dòng)。

波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系可用維恩位移定律表示，即λmaxT=b，式中，b=0.002897m·K，稱(chēng)為維恩常量。另外，在黑體溫度升高時(shí)，黑體輻射的總能量快速提高，輻射總能量與黑體溫度的關(guān)系可用斯特潘-玻爾茲曼定律表示為W＝εσT4（w/m2），即黑體輻射的總能量與絕對(duì)溫度的四次方成正比。

物體的發(fā)射率等于吸收率。普朗克定律中的黑體是指對(duì)一切波長(zhǎng)的入射電磁波都全部吸收的理想物體，即吸收率和發(fā)射率都等于1。實(shí)際物體對(duì)電磁波的吸收效率低于黑體，發(fā)射率（ε）定義為物體輻射量與同溫度黑體輻射量的比值，介于0~1之間，與材料種類(lèi)和表面狀態(tài)等因素相關(guān)。不同材料發(fā)射率差異很大，如皮膚的發(fā)射率為0.98，紙和木頭的發(fā)射率約為0.95，而金屬表面的發(fā)射率都很低，如鋁箔的發(fā)射率約為0.02。發(fā)射率對(duì)于根據(jù)熱輻射總能量來(lái)測(cè)量目標(biāo)溫度的紅外熱像儀至關(guān)重要，直接影響測(cè)溫結(jié)果。

四：大氣窗口

在地球上，電磁輻射通過(guò)大氣時(shí)，會(huì)受到空氣中的氣體、固體顆粒的吸收和散射，其強(qiáng)度會(huì)衰減，不同波長(zhǎng)衰減比例不同。電磁波在大氣中的這種選擇性衰減類(lèi)似經(jīng)過(guò)了一個(gè)對(duì)光譜選擇過(guò)濾的窗口，稱(chēng)為大氣窗口。紅外光譜分析、光譜成像、紅外熱成像、紅外溫度測(cè)量都需要考慮大氣窗口的影響。

五：紅外熱成像和測(cè)溫

紅外熱像儀通過(guò)感應(yīng)觀測(cè)目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射進(jìn)行成像和測(cè)溫。通常紅外熱像儀都有其確定的感應(yīng)波段，如一般的非制冷紅外熱像儀的感應(yīng)波段是8~14μm。根據(jù)普朗克定律，溫度越高的物體，其輻射能量峰值波長(zhǎng)越短，使用紅外測(cè)溫時(shí)需根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)的溫度區(qū)間，選擇對(duì)應(yīng)響應(yīng)波段的熱成像設(shè)備。

熱像儀中的紅外探測(cè)器通過(guò)收集觀測(cè)目標(biāo)在其感應(yīng)波段區(qū)間內(nèi)的紅外輻射能量，通過(guò)標(biāo)定的方式確定目標(biāo)溫度。由于同樣溫度的目標(biāo)，其發(fā)射的紅外能量還受到目標(biāo)發(fā)射率、窗口（包括大氣窗口和其他觀察窗口）透過(guò)率的直接影響，所以紅外測(cè)溫需要進(jìn)行目標(biāo)發(fā)射率和窗口透過(guò)率修正。比色測(cè)溫使用多個(gè)對(duì)特定波長(zhǎng)響應(yīng)的紅外探測(cè)器，通過(guò)不同波長(zhǎng)的紅外信號(hào)對(duì)比來(lái)確定目標(biāo)溫度，可以在大部分場(chǎng)景下不受目標(biāo)發(fā)射率和窗口透過(guò)率絕對(duì)值的影響。

實(shí)際測(cè)量時(shí)，紅外熱像儀接收到的有效輻射還包括環(huán)境反射輻射和大氣輻射，紅外熱像儀接收到的總輻射可寫(xiě)為：

此外，熱像儀自身內(nèi)部的輻射也對(duì)測(cè)溫造成影響，以上各因素均需建立相應(yīng)的物理模型以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)溫。巨哥科技的精確測(cè)溫技術(shù)采用低溫漂電子與熱控設(shè)計(jì)、精確的物理模型和獨(dú)到的測(cè)溫算法，無(wú)論在極端低溫的戶外還是極端高溫的工業(yè)環(huán)境下，都保證熱像儀在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的全像面準(zhǔn)確測(cè)溫。