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        紅外輻射源能量光譜分布測試研究

        2015-03-23 03:06:14劉蘭嬌
        科技資訊 2014年33期
        關(guān)鍵詞:紅外技術(shù)輻射源波段

        劉蘭嬌

        摘 要:該文從理論和實驗兩個方面,論述了紅外光譜儀、輻射源、輔助光路系統(tǒng)等構(gòu)成的測試裝置進行紅外輻射源能量光譜分布測試的方法。論文中給出了常溫和加熱時的測試結(jié)果,并討論了常溫下紅外輻射源能量光譜分布測試性能。

        關(guān)鍵詞:紅外技術(shù) 光譜測試

        中圖分類號:G64 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)11(c)-0042-02

        1 技術(shù)背景

        紅外技術(shù)作為一種現(xiàn)代高科技技術(shù),與激光技術(shù)并駕齊驅(qū)。它是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)化、測量及其應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)。紅外技術(shù)的主要發(fā)展體現(xiàn)在紅外探測技術(shù)方面。

        紅外技術(shù)的發(fā)展始于1940年,但到60年代中葉,才真正出現(xiàn)了紅外探測系統(tǒng)。隨著該技術(shù)的不斷成熟,紅外技術(shù)被應(yīng)用于很多領(lǐng)域。在軍事上的應(yīng)用有紅外制導(dǎo)、紅外通信、夜視儀、探測隱身武器裝備和紅外預(yù)警,在國民經(jīng)濟方面的應(yīng)用有紅外測溫技術(shù)、紅外遙控技術(shù)、紅外遙感技術(shù)、紅外理療、紅外輻射加熱技術(shù)和紅外光譜技術(shù)等[1]。

        2 紅外輻射源能量光譜分布測試的原理及裝置

        紅外輻射波長在0,78~1000μm的一段電磁波譜,這其中還被分為近紅外波段(0.78~3μm),中外波段(3~40μm)和遠紅外波段(40~1000μm)[2],屬于人眼看不見的波段,需要通過儀器才能探測到需要信息。

        凡溫度在絕對零度以上的物體均能夠發(fā)射出紅外輻射,其輻射的峰值波長與物體的溫度有確定的關(guān)系,即維恩位移定律(Wien's displacement law)[2-3]:

        另外,光頻率和波長的關(guān)系為,其中c為光速,也有波數(shù)表示波長,即(cm-1),這也是現(xiàn)代光譜儀常用的表示方法[1],該文涉及的光譜儀就是使用這種方法表示波長的。

        在韋恩定律的基礎(chǔ)上,人們發(fā)明了紅外光譜儀,它能將紅外輻射源的輻射能量按波長的分布以曲線的形式表示出,從而使我們看到清晰的紅外輻射源在某個波長處的相對輻射能量,獲得輻射波長位置,進而可以對紅外輻射源進行更深入的研究。圖2為紅外系統(tǒng)和紅外單色儀的光學(xué)原理圖。

        M1和M4為反射鏡,M2準(zhǔn)光鏡,M3為物鏡,M5為深橢球鏡,G為平面衍射光柵,S1為入射狹縫,S2和S3為出射狹縫,T為調(diào)制器單色儀使用的入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫,寬度為0~2 mm連續(xù)可調(diào)。光源發(fā)出的光束進入入射狹縫S1,S2位于反射式準(zhǔn)光鏡M2的焦面上,通過S1射入的光束經(jīng)M2反射成平行光束投向平面光柵G上,衍射后的平行光束經(jīng)物鏡M3成像在S2上。

        3 實驗及結(jié)果

        選取紅外光源和硅土樣品作為測試樣品,對紅外光源的測試,溫度選定為常溫,對硅藻泥的測試,溫度控制在200 ℃左右,設(shè)定掃描參數(shù),掃描波長為4000~650 cm-1,即0.25~1.5 μm,間隔設(shè)定為5 cm-1和2 cm-1。

        設(shè)定好參數(shù)后,分別對樣品的輻射能量進行采樣,得到樣品輻射能量光譜曲線,見圖3和圖4。

        從圖3可以看到紅外光源的最大相對輻射波長在1.1μm處,而從硅土的輻射分布圖中可以看出樣品的輻射波段在0.8~1.3μm之間,屬近紅外波段,但由于硅土中摻雜了其他元素,其紅外輻射能量分布圖的噪聲比較大。

        4 結(jié)語

        利用該系統(tǒng),可以對不同材料的輻射能量光譜進行測試,了解不同溫度下材料紅外輻射能量光譜分布情況,確定近紅外輻射波長位置。除此之外,利用該系統(tǒng)還可以設(shè)計透過率和吸收光譜的測試,對紅外輻射材料的光學(xué)特性研究有重要的作用。

        參考文獻:

        [1] 石曉光,王薊,葉文.紅外物理[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2005.

        [2] 邢素霞.紅外熱成像與信號處理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011.

        [3] 楊立,楊楨,等.紅外熱成像測溫原理與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2012.endprint

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