紅外

紅外是紅外線的簡稱，它是一種電磁波。它可以實現數據的無線傳輸。自1800年被發現以來，得到很普遍的套用，如紅外線滑鼠，紅外線印表機，紅外線鍵盤等等。紅外的特徵：紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式，無線，不能離的太遠，要對準方向，且中間不能有障礙物也就是不能穿牆而過，幾乎無法控制信息傳輸的進度；IrDA已經是一套標準，IR收/發的組件也是標準化產品。

基本介紹

• 中文名：紅外
• 外文名：Infrared
• 全稱：紅外線
• 種類：電磁波
• 時間：1974年

簡介

1974年發明的紅外線帶給我們一種新的連線方式，更重要的是，它帶給我們新的概念，讓我們感到一種無線的清新.

紅外基礎原理簡介

自然界中的一切物體，只要它的溫度高於絕對溫度(-273℃)就存在分子和原子無規則的運動，其表面就不斷地輻射紅外線。紅外線是一種電磁波，它的波長範圍為760nm~ 1mm，不為人眼所見。紅外成像設備就是探測這種物體表面輻射的不為人眼所見的紅外線的設備。它反映物體表面的紅外輻射場，即溫度場。
注意：紅外成像設備只能反映物體表面的溫度場。

對於電力設備，紅外檢測與故障診斷的基本原理就是通過探測被診斷設備表面的紅外輻射信號，從而獲得設備的熱狀態特徵，並根據這種熱狀態及適當的判據，作出設備有無故障及故障屬性、出現位置和嚴重程度的診斷判別。

為了深入理解電力設備故障的紅外診斷原理，更好的檢測設備故障，下面將初步討論一下電力設備熱狀態與其產生的紅外輻射信號之間的關係和規律、影響因素和DL500E的工作原理。

紅外輻射的發射及其規律

（一） 黑體的紅外輻射規律

所謂黑體，簡單講就是在任何情況下對一切波長的入射輻射吸收率都等於1的物體，也就是說全吸收。顯然，因為自然界中實際存在的任何物體對不同波長的入射輻射都有一定的反射(吸收率不等於1)，所以，黑體只是人們抽象出來的一種理想化的物體模型。但黑體熱輻射的基本規律是紅外研究及套用的基礎，它揭示了黑體發射的紅外熱輻射隨溫度及波長變化的定量關係。
下面，我著重介紹其中的三個基本定律。

1． 輻射的光譜分布規律-普朗克輻射定律

一個絕對溫度為T(K)的黑體，單位表面積在波長λ附近單位波長間隔內向整個半球空間發射的輻射功率(簡稱為光譜輻射度)Mλb (T)與波長λ、溫度T滿足下列關係：
Mλb (T)=C1λ-5[EXP(C2/λT)-1]-1
式中C1-第一輻射常數，C1=2πhc2=3.7415×108w·m-2·um4
C2-第二輻射常數，C2=hc/k=1.43879×104um·k
普朗克輻射定律是所有定量計算紅外輻射的基礎，介紹起來比較抽象，這裡就不仔細講了。 2． 輻射功率隨溫度的變化規律-史蒂芬-玻耳茲曼定律
史蒂芬-玻耳茲曼定律描述的是黑體單位表面積向整個半球空間發射的所有波長的總輻射功率Mb(T)(簡稱為全輻射度)隨其溫度的變化規律。因此，該定律為普朗克輻射定律對波長積分得到：
Mb(T)=∫0∞Mλb(T)dλ=σT4
式中σ=π4C1/(15C24)=5.6697×10-8w/(m2·k4)，稱為史蒂芬-玻耳茲曼常數。
史蒂芬-玻耳茲曼定律表明，凡是溫度高於開氏零度的物體都會自發地向外發射紅外熱輻射，而且，黑體單位表面積發射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比。而且，只要當溫度有較小變化時，就將會引起物體發射的輻射功率很大變化。
那么，我們可以想像一下，如果能探測到黑體的單位表面積發射的總輻射功率，不是就能確定黑體的溫度了嗎？因此，史蒂芬-玻耳茲曼定律是所有紅外測溫的基礎。

3． 輻射的空間分部規律-朗伯餘弦定律

所謂朗伯餘弦定律，就是黑體在任意方向上的輻射強度與觀測方向相對於輻射表面法線夾角的餘弦成正比，如圖所示
Iθ=I0COSθ
此定律表明，黑體在輻射表面法線方向的輻射最強。因此，實際做紅外檢測時。應儘可能選擇在被測表面法線方向進行，如果在與法線成θ角方向檢測，則接收到的紅外輻射信號將減弱成法線方向最大值的COSθ倍。

實際物體的紅外輻射規律

1． 基爾霍夫定律
物體的輻射出射度M(T)和吸收本領α的比值M/α與物體的性質無關，等於同一溫度下黑體的輻射出射度M0(T)。其表明，吸收本領大的物體，其發射本領大，如果該物體不能發射某一波長的輻射能，也決不能吸收此波長的輻射能。

2． 發射率
實驗表明，實際物體的輻射度除了依賴於溫度和波長外，還與構成該物體的材料性質及表面狀態等因素有關。這裡，我們引入一個隨材料性質及表面狀態變化的輻射係數，則就可把黑體的基本定律套用於實際物體。這個輻射係數，就是常說的發射率，或稱之為比輻射率，其定義為實際物體與同溫度黑體輻射性能之比。
這裡，我們不考慮波長的影響，只研究物體在某一溫度下的全發射率：
ε(T) = M(T)/M0(T)
則史蒂芬-玻耳茲曼定律套用於實際物體可表示為：
M(T) =ε(T).σT4

發射率及其對設備狀態信息監測的影響

物體對於給定的入射輻射必然存在著吸收、反射和透射，而且吸 收率α，反射率ρ和透射率τ之和必然等於1：
α+ρ+τ=1
而且，其反射和透射部分不變。因此，在熱平衡條件下，被物體吸收的輻射能量必然轉化為該物體向外發射的輻射能量。由此可斷定，在熱平衡條件下，物體的吸收率必然等於該物體在同溫度下的發射率：
α(T)=ε(T)
其實由基爾霍夫定律，我們也可以推斷出以上公式：
M(T)/ α(T)=M0(T)
ε(T) =α(T)
ε(T) = M(T)/M0(T)

則對於一個不透明的物體ε(T) =1-ρ(T)
根據上式，我們不難定性地理解影響發射率大小的下列因素：
1． 不同材料性質的影響
不同性質的材料因對輻射的吸收或反射性能各異，因此它們 的發射性能也應不同。一般當溫度低於300K時，金屬氧化物的發射率一般大於0.8。

2． 表面狀態的影響

任何實際物體表面都不是絕對光滑的，總會表現為不同的表 面粗糙度。因此，這種不同的表面形態，將對反射率造成影響，從而影響發射率的數值。這種影響的大小同時取決於材料的種類。
例如，對於非金屬電介質材料，發射率受表面粗糙度影響較小 或無關。但是，對於金屬材料而言，表面粗糙度將對發射率產生較大影響。如熟鐵，當表面狀況為毛面，溫度為300K時，發射率為0.94；當表面狀況為拋光，溫度為310K時，發射率就僅為0.28。
另外，應該強調，除了表面粗糙度以外，一些人為因素，如施 加潤滑油及其他沉積物(如塗料等)，都會明顯地影響物體的發射 率。
因此，我們在檢測時，應該首先明確被測物體的發射率。在一 般情況下，我們不了解發射率，那么只有用相間比較法來判別故 障。而對於電力設備，其發射率一般在0.85-0.95之間。

3． 溫度影響

溫度對不同性質物體的影響是不同的，很難做出定量的分析，
只有在檢測過程中注意。

物體之間的輻射傳遞的影響

上面我們曾經討論過物體對於給定的入射輻射必然存在著吸收、反射，而當達到熱平衡後，其吸收的輻射能必然轉化為向外發射的輻射能。因此，當我們在一個變電站中，檢測任意一個目標時，所檢測出來的溫度，必然還存在著附近其它物體的影響。
因此，我們在檢測時，要注意檢測的方向和時間，使其它物體的影響降到最小。

（五） 大氣衰減的影響

大氣對物體的輻射有吸收、散射、折射等物理過程，對物體的輻射強度會有衰減作用，我們稱之為消光。
大氣的消光作用與波長相關，有明顯的選擇性。紅外在大氣中有三個波段區間能基本完全透過，我們稱之為大氣視窗，分為近紅外（0.76 ~ 1.1um），中紅外（3 ~ 5um），遠紅外（8 ~ 14）。

對於電力設備，其大部分的溫度較低，集中在300K ~ 600K(27℃ ~327℃)左右，在這一溫度區間內，根據紅外基本定律可以推導出，設備發射的紅外輻射信號，在遠紅外8 ~ 14um區間內所占的百分比最大，並且輻射對比度也最大。因此，大部分電力系統的紅外檢測儀器工作在8 ~ 14um的波長之內。

不 過，請注意，即使工作在大氣視窗內，大氣對紅外輻射還是有消光作用。尤其，水蒸氣對紅外輻射的影響最大。因此，在檢測時，最好在濕度小於85%以下，距離則越近越好。

技術特徵

特徵

紅外線通信技術適合於低成本、跨平台、點對點高速數據連線,尤其是嵌入式系統.

紅外攝像頭

紅外線技術的主要套用:設備互聯、信息網關.設備互聯後可完成不同設備內檔案與信息的交換。信息網關負責連線信息終端和網際網路.

紅外通訊技術已被全球範圍內的眾多軟硬體廠商所支持和採用，目前主流的軟體和硬體平台均提供對它的支持.紅外技術已被廣泛套用在移動計算和移動通訊的設備中.

紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式，無線，不能離的太遠，要對準方向，且中間不能有障礙物也就是不能穿牆而過，幾乎無法控制信息傳輸的進度；IrDA已經是一套標準，IR收/發的組件也是標準化產品。

優點

·其使手機和電腦間可以無線傳輸數據;

·可以在同樣具備紅外接口的設備間進行信息交流;

·同時紅外接口可以省去下載或其他信息交流所發生的費用;

·由於需要對接才能傳輸信息，安全性較強;

缺點

·通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷；

·紅外通訊技術的主要目的是取代線纜連線進行無線數據傳輸，功能單一，擴展性差.

接口的特點

·用來取代點對點的線纜連線

·新的通訊標準兼容早期的通訊標準

·小角度（30度錐角以內），短距離，點對點直線數據傳輸，保密性強

·傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術已經發布

區別

紅外與藍牙的差別

紅外光波爐

1．距離

紅外：對準、直接、0-10米，單對單

藍牙：10米左右，加強信號後最高可達100米，可以繞彎，可以不對準，可以不在同一間房間，連結最大數目可達7個，同時區分硬體。

2．產業

紅外：近乎淘汰

藍牙：已經普及

3．速度

紅外：慢

藍牙：快

4．安全

紅外：無區別

藍牙：加密

5．成本

紅外：幾元---幾十元

藍牙：幾十元—幾百元

6.速度

紅外：串口速度，57600K/bps~19200K/bps

藍牙：1.1Mb/s~2.1Mb/s甚至更高(藍牙2.0)

隨著科學的進步，紅外已經逐漸在退出市場，逐漸被USB連線和藍牙所取代，紅外發明之初短距離無線連線的目的已經不如直接使用USB線和藍牙方便，所以，市場上帶有紅外收發裝置的機器會逐步退出人們的視線。

紅外光譜

紅外光譜（IR）是一種吸收光譜，對有機化合物的鑑定和結構分析有鮮明的特徵性。任何兩個不同的化合物（除光學異構外）一般沒有相同的紅外光譜，因此運用紅外光譜可以確定兩個化合物是否相同。此外，一些官能團，雖然在分子中的地位不同，但也可以在一定的波長範圍內發生吸收。根據化合物的紅外光譜可以找出分子中含有哪些官能團。在做紅外光譜圖時，所需樣品少，速度快，因而是一種有效和常用的分析方法。

產生：化合物分子吸收特定波長的紅外光產生分子振動能級的躍遷，從而產生紅外吸收光譜。不同種類的有機化合物，因為具有不同的官能團，因此能夠吸收不同波長的紅外光，在紅外光譜圖中呈現不同的特徵吸收峰。根據紅外光譜圖中特徵吸收峰的出現與否，既可判斷有機化合物的結構特徵。

基本原理：紅外光的波長處在0.75μm到300μm的範圍內，習慣上將紅外光譜進一步分為近紅外（λ=0.75∽3.0μm）中紅外(λ=3.0~30μm)、和遠紅外(λ=30~300μm)三個區域。一般的紅外吸收光譜，主要指中紅外範圍，波數在400~4000cm-1之間。

當有機物分子吸收紅外光譜後，體系能量增加，產生振動能級的躍遷。分子的振動一般包括鍵的伸縮振動和鍵的彎曲振動，伸縮振動是指沿鍵軸的振動，彎曲振動是指鍵角交替地發生變化的振動。在這些振動中只有那些在振動是發生偶極矩變化的振動才能吸收紅外光。這是因為振動引起電荷分布的改變所產生的電場，與紅外輻射的電磁場發生共振而引起吸收。在振動能級發生改變時，常常伴隨著一系列轉動能級的改變，測量有機化合物紅外光譜時，所看到的吸收譜帶是連續的 峰谷相間的，而不是斷續的線性紅外光譜。因此，紅外光譜是分子的振動－轉動光譜。

紅外光譜定性分析：

一般採用三種方法：用已知標準物對照、標準譜圖查對法和直接譜圖解析法。1.已知物對照應由標準品和被檢物在完全相同的條件下，分別繪製紅外光譜圖進行對照，譜圖相同則肯定為同一化合物。2.標準譜圖查對法是一種最直接、可靠的方法。在用未知物譜圖查對標準譜圖時，必須注意：測定所用儀器與繪製標準譜圖的在解析度和精度上的差別，可能導致某些峰細微結構的差別；未知物與標準譜圖的測定條件必須一致，否則譜圖會出現很大差別；必須注意引入雜質吸收帶的影響。如KBr壓片可能吸水而引入水吸收帶等。3.對於未知化合物，可按照如下步驟解析譜圖：先從特徵頻率區入手，找出化合物含有的主要官能團；指紋區分析，進一步找出官能團存在的依據；仔細分析指紋區譜帶位置、強度和形狀，確定化合物的可能結構；對照標準譜圖，配合其他鑑定手段，進一步驗證。

紅外光譜定量分析：

選取合適的定量吸收峰，測定吸收峰的吸光度，依據朗佰-比爾定律，計算待測組分含量。

紅外技術

紅外接口是新一代手機的配置標準,它支持手機與電腦以及其他數字設備進行數據交流.紅外通訊有著成本低廉、連線方便、簡單易用和結構緊湊的特點，因此在小型的移動設備中獲得了廣泛的套用.通過紅外接口，各類移動設備可以自由進行數據交換.

紅外雷射

紅外線是波長在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高於微波而低於可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。由於紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合套用在需要短距離無線通訊的場合，進行點對點的直線數據傳輸.紅外數據協會(IRDA)將紅外數據通訊所採用的光波波長的範圍限定在850nm至900nm之內。

配備有紅外接口的手機進行無線上網非常簡單，不需要連線線和PCCARD，只要設定好紅外連線協定就能直接上網.

紅外接口是目前在世界範圍內被廣泛使用的一種無線連線技術，被眾多的硬體和軟體平台所支持；通過數據電脈衝和紅外光脈衝之間的相互轉換實現無線的數據收發.

紅外產品

1、紅外智慧型高速球。

2、紅外攝像機。

3、夜視儀。

4、紅外燈。

5、紅外光波爐。

6、紅外雷射。

7、紅外攝像頭。

紅外套用範圍

1、安防監控領域。

2、汽車夜視系統。

3、醫療器械行業。

4、家庭電子行業。

5、通訊領域。

新興的紅外線技術

從3D電視的快門式眼鏡到音響系統

新的家庭影院套用越來越多地依賴紅外線。紅外線在家用電器上用於遙控的歷史已經超過30年。我們當中的很多人每天都會用紅外線控制各種各樣的設備，包括機頂盒、DVD和藍光播放機、空調、投影儀、筆記本電腦和更多的其他套用。2010年，全球生產的紅外接收器超過7億顆，其中大多數接收器被用於這些套用。然而，一些新的家庭影院套用正在興起，拓寬了紅外技術在家庭中的施展空間。例如，紅外信號被用來將主動快門式眼鏡同步到3D電視。紅外線還被用作Universal Electronics發布的新協定的平台，使器件和手持控制設備之間能夠進行雙向通信。為簡化家庭影院音響系統的安裝，減少雜亂無章的電線，使房間看起來更整潔，紅外線甚至被用來向側環繞揚聲器和後置揚聲器傳送音頻信號。
有兩類紅外傳輸技術：直接視線傳輸和散射傳輸。直接紅外傳輸的特點是要求傳送和接收設備之間在視線上不能有遮擋。散射式紅外傳輸是非視線傳輸，而且沒有方向性。這種傳輸方式的紅外線很象從燈泡里發出的光。光線從牆和天花板上反射回來，灑滿整個房間。在本文中，我們會討論在一些新興紅外套用中套用這兩種原理。

3D電視主動快門式眼鏡的互操作難題

通過打開和關閉左右兩邊的光圈，使之與在電視機螢幕上顯示的圖像保持同步，家庭影院系統的主動式3D快門眼鏡可以產生立體的3D效果。紅外線被用來傳輸從電視機到眼鏡的同步信號。當第一個這種眼鏡面世時，業界不得不專門為這種眼鏡設定一個物理層或專用的通信協定標準，由此產生了多種解決方案。有些第一代3D同步系統使用850nm波長，其他的使用940nm。有些第一代系統的傳輸協定使用載波，其他則使用非調製信號。在這些系統中採用了不同的和不兼容的數據信號協定。有的協定要求在整個時間段內進行同步，其他的使用鎖相環(PLL)。有些系統使用一個或兩個發射管來傳送同步信號，有的最多會用10個發射管。有些系統的發射管和遙控接收器是隔離的，以避免串擾;有些則把發射管和接收器緊挨著放在同一個視窗後面。這些系統之間互不兼容，所以眼鏡是定製的，價格也很貴。
由於一些3D電視機與紅外遙控接收器使用相同的940nm紅外波長，因而彼此之間產生干擾。在觀看3D電影時，同步信號象眨眼一樣開和關持續不斷地發射。如果用戶想暫停電影，調大音量，或開啟字幕，電視遙控信號就必須從大量的紅外信號中擠過去。電視遙控接收器因3D同步紅外信號而自動調節增益，使接收器的靈敏度降低，或乾脆停止工作，接收距離也受到不利影響。用戶必須離電視機更近才能執行指令，或反覆按指令鍵。這不但會影響與機頂盒或電視機的通信，也會中斷DVD和空調的遙控信號。非調製3D系統對小型螢光燈發出的噪聲脈衝尤其敏感。有些設計方案使用大量發射器的原因就是由於接收器靈敏度為避免受螢光燈和其他來源干擾而不得不設為最小。糟糕的是，使用這種高發射器功率的3D系統本身就會變成一個主“噪聲源”，把遙控器等其他紅外系統全部搞亂。

學術期刊

期刊簡介

《紅外》雜誌是經國家新聞出版署批准，由中國科學院主管、中國科學院上海技術物理研究所主辦的一份國內外公開發行的科技類刊物，月刊，創刊於1980年。

《紅外》雜誌主要報導現代紅外光電子高新技術領域各種最新成果和發展動向，重點偏向紅外光電探測技術硬體及套用的新進展、新動向、新趨勢。報導範圍涉及紅外材料與器件，紅外遙感，紅外成像，紅外報警、微光與夜視，預警與制導，紅外光通信，紅外醫學檢測與醫療技術，工業測溫、測濕、測寬、測速，紅外光譜分析等。

《紅外》雜誌除刊登綜述、研究論文外，還設有新聞動態、相關學術會議訊息等欄目。本刊的宗旨是及時向讀者傳遞和反映國內外紅外與光電子科技領域中的重要信息，並為廣大科研人員提供學習和交流的園地，以促進我國紅外與光電子高新技術的發展和提高，為我國的國民經濟建設服務。

《紅外》雜誌已被維普《中文科技期刊資料庫》、萬方《中文核心期刊(遴選)資料庫》、中國期刊網中國學術期刊（光碟版）全文資料庫和中國學術期刊綜合評價資料庫（CNKI）等重要資料庫收錄。

《紅外》雜誌主要發行對象：從事紅外與光電子技術生產、研究與發展以及套用的廣大科研人員、各層面科研管理人員、工程技術人員以及高等院校師生。

期刊信息

期刊名稱：紅外

主辦單位：中國科學院上海技術物理研究所

出版周期：月刊

出 版 地：上海市

語言種類：中文

開本尺寸：大16開

國際刊號：1672-8785

國內刊號：31-1304/TN

郵發代號：4-290

創刊時間：1980

該刊被以下資料庫收錄：

CA化學文摘(美)(2011)