紅外探測(cè)器主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域和范圍?
紅外探測(cè)器(Infrared Detector)是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的器件。紅外輻射是波長(zhǎng)介于可見光與微波之間的電磁波,人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在并測(cè)量其強(qiáng)弱,必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺和測(cè)量的其他物理量。一般說(shuō)來(lái),紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng),只要效果可以測(cè)量而且足夠靈敏,均可用來(lái)度量紅外輻射的強(qiáng)弱。紅外探測(cè)器在我國(guó)很多方面都有應(yīng)用,并起著不可替代的重要作用。如航空航天、天文、氣象、軍事、工業(yè)和民用等眾多領(lǐng)域。
紅外探測(cè)器利用紅外輻射進(jìn)行成像,基于紅外在大氣傳輸存在的“大氣窗口”,紅外線的應(yīng)用分為短波紅外、中波紅外和長(zhǎng)波紅外三大類。短波紅外利用目標(biāo)反射環(huán)境中普遍存在的短波紅外輻射,在分辨率和細(xì)節(jié)上類似于可見光圖像;長(zhǎng)波、中波紅外成像利用室溫目標(biāo)自身發(fā)射的熱輻射,用于各種紅外熱視設(shè)備。
紅外熱成像儀主要分為軍用和民用兩個(gè)產(chǎn)品市場(chǎng)。早運(yùn)用在軍事領(lǐng)域,隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展與成熟,低成本的民用紅外像設(shè)備出現(xiàn),在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。兩個(gè)市場(chǎng)相對(duì)獨(dú)立,所需產(chǎn)品類型存在較大差異,軍用以高性能制冷型探測(cè)器為主,民用市場(chǎng)偏好低成本非制冷探測(cè)器。
紅外探測(cè)器是紅外產(chǎn)業(yè)鏈的核心,紅外探測(cè)器性能高低直接決定了紅外成像的質(zhì)量。據(jù)具體的需求和應(yīng)用,紅外探測(cè)器會(huì)有不同的分類,更為常見的是根據(jù)制冷需求,分為制冷紅外探測(cè)器和非制冷紅外探測(cè)器。制冷型探測(cè)器對(duì)應(yīng)的為基于光電效應(yīng)的光子傳感器,目前第三代制冷型紅外光電探測(cè)器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探測(cè)(QWIPs)、II類超晶格(II-SLs)與量子點(diǎn)光探測(cè)(QDIPs)四種;非制冷型探測(cè)器對(duì)應(yīng)的是基于入射輻射的熱效應(yīng)的熱探測(cè)器,商用非制冷探測(cè)器目前主要由氧化釩、非晶硅或硅二極管制造。
一、氣象預(yù)測(cè)
因?yàn)橛酗L(fēng)云系列氣象衛(wèi)星、海洋系列衛(wèi)星晝夜監(jiān)測(cè),發(fā)送衛(wèi)星云圖,所以臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)越來(lái)越準(zhǔn)確。尤其是衛(wèi)星上的紅外探測(cè)器組件,做成遙感儀器放在衛(wèi)星上,才能夠觀測(cè)得到各種成像。
二、對(duì)地成像
紅外探測(cè)器規(guī)模越大看得越清楚,大規(guī)模就是像素做的多,目前規(guī)模最大的是美國(guó)做的6400萬(wàn)像素。 汶川地震時(shí)中美協(xié)商,請(qǐng)美方派衛(wèi)星在汶川上空觀測(cè)災(zāi)情。
三、軍事偵察
紅外偵察分為地面、海面、空中和空間偵察。空間偵察主要指:利用偵察衛(wèi)星上的紅外遙感設(shè)備,從空間軌道上對(duì)目標(biāo)實(shí)施偵察和監(jiān)視。我國(guó)商用衛(wèi)星已能夠拍到美國(guó)軍用造船廠的清晰圖片。
四、環(huán)境監(jiān)測(cè)
2020年初疫情突然襲來(lái),為了更好防控防治,無(wú)論是個(gè)人及家庭,或是社區(qū)、車站、醫(yī)院等地方都急需體溫計(jì)來(lái)篩查發(fā)熱病人,因此測(cè)溫儀需求量大增。非接觸紅外測(cè)溫儀通過(guò)測(cè)量目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射強(qiáng)度,計(jì)算出物體的表面溫度,全程不與物體接觸。
五、機(jī)場(chǎng)安檢
在交通極為便利的今天,在乘坐地鐵、火車、飛機(jī)前,進(jìn)站時(shí)都需要過(guò)安檢,通過(guò)安檢儀,工作人員可以在不打開包裹的前提下,檢查是否攜帶違禁物品,從而為每位乘客的安全保駕護(hù)航。
目前,科學(xué)家正致力于將探測(cè)器的波段擴(kuò)充到太赫茲。因?yàn)樘掌澆ㄓ幸欢ǖ耐干渖疃龋栽诔上穹矫嬗兄匾獞?yīng)用,比如機(jī)場(chǎng)安檢、國(guó)防、地溝油檢測(cè)等。在太赫茲安檢儀前,恐怖分子隱藏的武器顯露無(wú)遺。
六、智慧醫(yī)療
智能化探測(cè)器件應(yīng)用是光學(xué)系統(tǒng)重要發(fā)展方向。 將來(lái)的智慧地球、智慧城市以及智慧醫(yī)療等,都依賴于傳感器、探測(cè)器及它的分析。例如,給民航機(jī)長(zhǎng)穿上具有傳感器的可穿戴設(shè)備,將心電圖隨時(shí)送到分析中心,就能根據(jù)模型分析心電圖是否正常,從而預(yù)防空難。
在醫(yī)療行業(yè),紅外探測(cè)器隨處可見,最常見的無(wú)外乎紅外熱像儀,紅外熱像儀基于紅外輻射原理,以人體為輻射源,采用紅外探測(cè)器,捕捉對(duì)象發(fā)出的紅外輻射能,將空間物體表面發(fā)出的紅外輻射以不同色階的顏色表示,轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢曅?、可定量的偽圖,以亮色調(diào)表示高溫、暗色調(diào)表示低溫,使紅外熱圖更直觀、更易解讀,多應(yīng)用于臨床診斷涉及多領(lǐng)域。