La radiación infrarroja de cualquier objeto incluye la banda electromagnética entre la luz visible y las microondas.
Normalmente la gente también llama radiación infrarroja como luz infrarroja y rayos infrarrojos.
De hecho, su banda de ondas se refiere a ondas electromagnéticas con longitudes de onda que van desde 0,75 micras hasta 1000 micras.
Normalmente la gente lo divide en tres partes: infrarrojo cercano, medio y lejano.
El infrarrojo cercano se refiere a una longitud de onda de 0,75 ~ 3,0 micrones; el infrarrojo medio se refiere a una longitud de onda de 3,0 ~ 20 micrones; el infrarrojo lejano se refiere a una longitud de onda de 20 ~ 1000 micrones.
En espectroscopía, los métodos para dividir las bandas de longitud de onda no son uniformes. Algunas personas consideran 0,75 ~ 3,0 micrones, 3,0 ~ 40 micrones y 40 ~ 1000 micrones como infrarrojo cercano, infrarrojo medio y lejano. bandas infrarrojas.
Además, debido a la absorción de radiación infrarroja por la atmósfera, solo quedan tres áreas de "ventana" importantes, a saber, 1 ~ 3 micrones, 3 ~ 5 micrones y 8 ~ 13 micrones, que pueden permitir el paso de la radiación infrarroja. Por lo tanto, en aplicaciones militares, estas tres bandas se denominan infrarrojo cercano, infrarrojo medio e infrarrojo lejano.
8 ~ 13 micras también se llama banda térmica.
El contenido de la tecnología infrarroja incluye cuatro partes principales: 1. Las características de la radiación infrarroja incluyen la distribución del espectro, la intensidad y la dirección de la radiación emitida por los objetos calentados; las características de propagación de la radiación en los medios: reflexión, refracción, difracción y dispersión; efectos termoeléctricos y efectos fotoeléctricos;
2. Desarrollo de componentes y componentes infrarrojos, incluidas fuentes de radiación, microrefrigeradores, materiales para ventanas de infrarrojos y filtros fotoeléctricos.
3. La óptica, electrónica y maquinaria de precisión del sistema están compuestas por diversos componentes y componentes infrarrojos.
4. Aplicación de la tecnología infrarroja en la economía militar y nacional.
Se puede observar que la investigación sobre tecnología infrarroja cubre una amplia gama de áreas, incluidas las características de la radiación infrarroja y las características del fondo del objetivo, así como los componentes, componentes y sistemas de infrarrojos que existen en ambos materiales; Problemas y problemas de aplicación.
[Tecnologías relacionadas] Tecnología de detección; Tecnología de guía de precisión; Tecnología optoelectrónica; Tecnología de materiales avanzada
[Dificultades técnicas]
La clave para el desarrollo de la tecnología infrarroja. radica en materiales infrarrojos El desarrollo de equipos de infrarrojos, el enfriamiento de equipos de infrarrojos, el desarrollo de equipos de infrarrojos para bandas de longitud de onda más largas, el desarrollo de dispositivos de matriz de plano focal de infrarrojos y la combinación de equipos de infrarrojos y equipos de procesamiento de datos.
[Visión general en el extranjero]
A partir de 1800, el astrónomo británico F? ¿w? Desde el descubrimiento de la radiación infrarroja por parte de Herschel, el desarrollo de la tecnología infrarroja ha durado casi dos siglos.
Desde entonces, la investigación científica sobre la radiación infrarroja y sus componentes se ha desarrollado gradualmente, pero el desarrollo ha sido relativamente lento. La tecnología infrarroja moderna no apareció realmente hasta alrededor de 1940.
En ese momento, Alemania desarrolló sulfuro de plomo y varios materiales de transmisión de infrarrojos, y utilizó estos componentes para fabricar algunos sistemas militares de infrarrojos, como directores de armas antiaéreas, instrumentos de reconocimiento de barcos costeros, sistemas de detección y seguimiento de barcos. y sistemas de infrarrojos aerotransportados, detectores de bombarderos, sistemas de control de incendios, etc.
Algunos han llegado a la etapa de pruebas de laboratorio y otros se han producido en pequeños lotes, pero aún no han tenido tiempo de usarse en la práctica.
Desde entonces, Estados Unidos, Gran Bretaña, la ex Unión Soviética y otros países han competido por el desarrollo.
Estados Unidos, en particular, está investigando intensamente la aplicación de la tecnología infrarroja en aplicaciones militares.
Actualmente, Estados Unidos aplica la tecnología infrarroja a equipos de soldados individuales, vehículos blindados, reconocimiento y vigilancia de aviación y aeroespacial, alerta temprana, seguimiento y guía de armas.
El desarrollo de la tecnología infrarroja precede al desarrollo de los detectores de infrarrojos.
1800, F? ¿w? Cuando Herschel descubrió la radiación infrarroja, utilizó un termómetro de mercurio, el detector de infrarrojos sensible al calor original.
Después de 1830, se desarrollaron detectores de calor y bolómetros de termopar.
Antes de 1940, los detectores de infrarrojos desarrollados eran principalmente detectores térmicos.
En el siglo XIX, los científicos utilizaron detectores térmicos de infrarrojos para comprender las características y leyes de la radiación infrarroja, demostrando que la luz infrarroja y la visible tienen las mismas propiedades físicas y obedecen a las mismas leyes.
Todas son ondas electromagnéticas fluctuantes, y su velocidad de propagación es la velocidad de la luz. La longitud de onda es su parámetro característico y se puede medir.
Desde principios del siglo XX se miden los espectros de absorción, emisión y reflexión de un gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas, demostrando el valor de la tecnología infrarroja en el análisis de materiales.
En la década de 1930 apareció por primera vez la espectroscopia infrarroja. Posteriormente, se convirtió en un instrumento indispensable en el análisis de materiales.
A principios de los años 40 aparecieron los detectores fotoeléctricos de infrarrojos. Este tipo de detector, representado por detectores infrarrojos de sulfuro de plomo, tiene un rendimiento excelente y una estructura confiable.
En la década de 1950, el rápido desarrollo de la física de semiconductores dio un nuevo impulso a los detectores fotoeléctricos de infrarrojos.
A principios de la década de 1960, ya existían excelentes detectores de infrarrojos que apuntaban a tres ventanas atmosféricas importantes: 1 ~ 3, 3 ~ 5 y 8 ~ 13 micras.
En el mismo período, con el desarrollo de la física del estado sólido, la óptica, la electrónica, la maquinaria de precisión y las máquinas de microrefrigeración, la tecnología infrarroja se ha utilizado ampliamente tanto en el campo militar como en el civil.
Desde mediados de la década de 1960, el desarrollo de detectores y sistemas de infrarrojos refleja el estado actual y la dirección de desarrollo de la tecnología de infrarrojos.
Los detectores en el rango de 1,1 ~ 14 micrones se han desarrollado desde unidades hasta multiplexores, y desde multiplexores hasta conjuntos de plano focal.
El detector de infrarrojos era originalmente un detector unitario. Para mejorar la sensibilidad y la resolución, posteriormente se desarrollaron detectores de líneas multielementos.
Cuando el detector de línea de elementos múltiples escanea continuamente (escanea en serie) el mismo objetivo, su relación señal-ruido de salida es n veces mayor que la del detector unitario, donde n es el número de unidades .
Si un detector lineal multielemento escanea (escanea) un objetivo en paralelo, se puede obtener una distribución unidimensional de la radiación del objetivo.
Los sistemas de detección por infrarrojos basados en detectores de línea se instalan principalmente en aviones o plataformas de teledetección por satélite. Cuando la plataforma avanza perpendicularmente a la matriz lineal como segunda dimensión, se puede obtener la imagen de distribución de la radiación objetivo.
Ahora, los detectores de infrarrojos han evolucionado desde multiplexores hasta conjuntos de plano focal, y los sistemas correspondientes han logrado un salto desde la detección de puntos hasta la obtención de imágenes térmicas de objetivos.
Las cámaras termográficas infrarrojas son uno de los dispositivos más prometedores y representan la dirección de desarrollo de los equipos de visión nocturna. Utiliza una matriz de plano focal en lugar de una estructura de escaneo óptico.
En la actualidad, el área del detector de telururo de mercurio y cadmio de onda larga ha alcanzado los 640? Con un precio de 80 yuanes, el nivel de laboratorio de detectores de matriz de plano focal ha alcanzado entre 256 y 56 yuanes, y se espera que alcance 1 millón de yuanes en el año 2000.
2. La banda de trabajo de los detectores de infrarrojos se extiende desde el infrarrojo cercano hasta el infrarrojo lejano.
Los primeros detectores de infrarrojos solían funcionar en la banda del infrarrojo cercano.
Con el desarrollo de la tecnología infrarroja, la banda de trabajo de los detectores de infrarrojos se ha ampliado al infrarrojo medio y al infrarrojo lejano. Por ejemplo, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. ha propuesto un programa de detección de minas hiperespectrales para proporcionar un método seguro y eficaz para detectar minas terrestres.
El programa utiliza un espectrómetro de transformada de Fourier de imágenes espacialmente moduladas, un sensor de infrarrojos. Se ha probado en la banda media cercana en helicópteros y el siguiente paso es extender la banda operativa al infrarrojo lejano.
El infrarrojo lejano se ha convertido en el foco de atención de los científicos.
3. Ligero y miniaturizado.
Desarrollo de detectores de infrarrojos no refrigerados, integrados y de gran matriz.
La tecnología de refrigeración criogénica se utiliza para mejorar la sensibilidad del detector de infrarrojos y la relación señal-ruido de la señal de salida para que tenga un buen rendimiento, pero también hace que el detector de infrarrojos sea voluminoso y costoso.
Para lograr la miniaturización es necesario reducir el número de equipos de refrigeración y fuentes de alimentación relacionadas. Por lo tanto, la dirección del desarrollo futuro será el uso de refrigeradores pequeños y eficientes y detectores de infrarrojos que no requieran refrigeración.
Si se utiliza la tecnología de matriz de plano focal infrarrojo no refrigerado, no sólo se puede reducir el coste del sistema en dos órdenes de magnitud, sino que también se puede reducir considerablemente el volumen, el peso y el consumo de energía.
Además, utilizando las últimas tecnologías en materiales, informática y microelectrónica, los detectores de infrarrojos se pueden combinar con equipos de procesamiento de datos con ciertas capacidades de procesamiento de datos para permitir la integración de la luz, grandes conjuntos y desarrollo de dirección de planos focales, mejorando así su rendimiento y lograr la detección de objetivos de temperatura ambiente.
4. El sistema de detección por infrarrojos ha evolucionado de monobanda a multibanda.
Como se mencionó anteriormente, en el entorno atmosférico, la radiación infrarroja del objetivo solo puede transmitirse eficazmente dentro de las tres ventanas atmosféricas de 1 ~ 3, 3 ~ 5 y 8 ~ 13 micrones.
Si un sistema de detección de infrarrojos puede obtener información del objetivo en dos o más bandas, entonces el sistema puede obtener más información del objetivo de manera más precisa y confiable, mejorar el efecto de detección del objetivo y reducir el riesgo de los sistemas de alerta temprana. probabilidad de falsas alarmas, mejorar el rendimiento de búsqueda y seguimiento del sistema, satisfacer más necesidades de aplicaciones y satisfacer mejor las necesidades de diversos servicios y brazos.
Actualmente se ha desarrollado con éxito un sistema de detección por infrarrojos multibanda. Por ejemplo, la bomba terminal "Bonnasse", desarrollada conjuntamente por Francia y Suecia, utiliza un sistema de detección de infrarrojos multibanda para detectar objetivos.
En el desarrollo de la tecnología infrarroja, cabe señalar especialmente que la aparición de los láseres en la década de 1960 afectó en gran medida al desarrollo de la tecnología infrarroja. Muchos dispositivos láser importantes se encuentran en la banda infrarroja, y su coherencia facilita el uso de tecnología de recepción heterodina en tecnología electrónica para implementar radares y comunicaciones en la banda infrarroja para obtener mayor resolución y mayor capacidad de información.
Antes de esto, la tecnología infrarroja solo podía detectar radiación infrarroja incoherente y se utilizaba tecnología de recepción heterodina para la detección infrarroja, lo que hacía que el rendimiento de la detección fuera varios órdenes de magnitud mayor que la detección de potencia.
Además, se promocionan nuevos equipos de detección debido a las necesidades de esta aplicación.