红外探测器主要应用在哪些领域和范围?
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红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波,人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱,必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来,红外辐射照射物体所引起的任何效应,只要效果可以测量而且足够灵敏,均可用来度量红外辐射的强弱。红外探测器在我国很多方面都有应用,并起着不可替代的重要作用。如航空航天、天文、气象、军事、工业和民用等众多领域。
红外探测器利用红外辐射进行成像,基于红外在大气传输存在的“大气窗口”,红外线的应用分为短波红外、中波红外和长波红外三大类。短波红外利用目标反射环境中普遍存在的短波红外辐射,在分辨率和细节上类似于可见光图像;长波、中波红外成像利用室温目标自身发射的热辐射,用于各种红外热视设备。
红外热成像仪主要分为军用和民用两个产品市场。早运用在军事领域,随着红外成像技术的发展与成熟,低成本的民用红外像设备出现,在民用领域得到了广泛的应用。两个市场相对独立,所需产品类型存在较大差异,军用以高性能制冷型探测器为主,民用市场偏好低成本非制冷探测器。
红外探测器是红外产业链的核心,红外探测器性能高低直接决定了红外成像的质量。据具体的需求和应用,红外探测器会有不同的分类,更为常见的是根据制冷需求,分为制冷红外探测器和非制冷红外探测器。制冷型探测器对应的为基于光电效应的光子传感器,目前第三代制冷型红外光电探测器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探测(QWIPs)、II类超晶格(II-SLs)与量子点光探测(QDIPs)四种;非制冷型探测器对应的是基于入射辐射的热效应的热探测器,商用非制冷探测器目前主要由氧化钒、非晶硅或硅二极管制造。
一、气象预测
因为有风云系列气象卫星、海洋系列卫星昼夜监测,发送卫星云图,所以台风预测越来越准确。尤其是卫星上的红外探测器组件,做成遥感仪器放在卫星上,才能够观测得到各种成像。
二、对地成像
红外探测器规模越大看得越清楚,大规模就是像素做的多,目前规模最大的是美国做的6400万像素。 汶川地震时中美协商,请美方派卫星在汶川上空观测灾情。
三、军事侦察
红外侦察分为地面、海面、空中和空间侦察。空间侦察主要指:利用侦察卫星上的红外遥感设备,从空间轨道上对目标实施侦察和监视。我国商用卫星已能够拍到美国军用造船厂的清晰图片。
四、环境监测
2020年初疫情突然袭来,为了更好防控防治,无论是个人及家庭,或是社区、车站、医院等地方都急需体温计来筛查发热病人,因此测温仪需求量大增。非接触红外测温仪通过测量目标发射的红外辐射强度,计算出物体的表面温度,全程不与物体接触。
五、机场安检
在交通极为便利的今天,在乘坐地铁、火车、飞机前,进站时都需要过安检,通过安检仪,工作人员可以在不打开包裹的前提下,检查是否携带违禁物品,从而为每位乘客的安全保驾护航。
目前,科学家正致力于将探测器的波段扩充到太赫兹。因为太赫兹波有一定的透射深度,所以在成像方面有重要应用,比如机场安检、国防、地沟油检测等。在太赫兹安检仪前,恐怖分子隐藏的武器显露无遗。
六、智慧医疗
智能化探测器件应用是光学系统重要发展方向。 将来的智慧地球、智慧城市以及智慧医疗等,都依赖于传感器、探测器及它的分析。例如,给民航机长穿上具有传感器的可穿戴设备,将心电图随时送到分析中心,就能根据模型分析心电图是否正常,从而预防空难。
在医疗行业,红外探测器随处可见,最常见的无外乎红外热像仪,红外热像仪基于红外辐射原理,以人体为辐射源,采用红外探测器,捕捉对象发出的红外辐射能,将空间物体表面发出的红外辐射以不同色阶的颜色表示,转变为可视性、可定量的伪图,以亮色调表示高温、暗色调表示低温,使红外热图更直观、更易解读,多应用于临床诊断涉及多领域。