每当人们提到“红外”这个词的时候,或许不少人的头脑中反应出的一件与红外有关的应用就是家用的电视机的红外线遥控器。是的,这很正确。遥控器上有红外光发射元件而被控电器中有红外光接收装置。当我们按下遥控器的某个按钮时,遥控器中的电子线路就会将这个按钮的对应编码通过遥控器顶端的红外发射管发射出去。当被控的电器中的红外探测元件“看到”这些光码信号就把它们转变成电信号,再通过后续电路对信号的处理、识别等,从而执行一些操作。正是这一连串的动作,完成了我们的需求—譬如电视节目的频道切换。这一看似简单的操作,实际红外线实现的结果。
那么红外光是什么?怎样探测红外光呢?让我们了解一下。
1.红外线的发现
红外线也叫红外光,它是一位英国科学家赫胥尔发现的。1800年,赫胥尔在研究太阳光时,让光通过棱镜分解为彩色光带,他用温度计去测量光带中不同颜色所含的热量。试验中,他偶然发现一个奇怪的现象:放在光带红光外的一支温度计,比室内其他温度的指示数值高。经过反复试验,这个所谓热量最多的高温区,总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布太阳发出的辐射中除可见光线外,还有一种人眼看不见的“热线”,这种人的肉眼看不见的“热线”位于红色光外侧,叫做红外线。
2.红外线的基本特性
红外线是一种电磁波,具有与无线电波及可见光一样的本质。红外线的波长在0.76~100μm之间,位于无线电波与可见光之间。通常红外线按波长可进行简单分为三部分,即近红外线,波长为0.575μm~1.50μm之间;中红外线,波长为1.50~6.0μm之间;远红外线,波长为6.0~l000μm 之间,物理学告诉我们,任何物体在常规环境下都会由于自身分子原子运动不停地辐射出红外能量,分子和原子的运动愈剧烈,辐射的能量愈大,反之,辐射的能量愈小。温度在绝对零度以上的物体,都会因自身的分子运动而辐射出红外线。物体的温度越高,辐射出的红外线越多。物体在辐射红外线的同时,也在吸收红外线,物体吸收了红外线后自身温度就升高。
3.红外线的应用
如前所述,红外线的主要特性之一是热作用强。因此人们利用红外线来加热物品。家庭用红外烤箱烤食品,浴室暖灯用红外线来取暖,医疗上利用红外线来理疗。这些红外加热的应用曾经为我国节约能源方面立下了赫赫战功。至今,红外加热的科学研究尤其是最近与生物医疗等方面结合的研究,还相当活跃。
根据前面的理论介绍,我们不难设想,如果我们能够“看”到红外线,那么我们会看到一个光亮的世界,每一个物体都在发光。不过,如果某个物体温度比环境的温度高,它可能会更亮一些。因此人们想到了在夜间没有可见光光源的情况下,可以采用红外线成像,并采用特殊的手段使红外图像变成人眼可以看到的可见光图像,就是夜视仪。
另外,通过测量物体的红外辐射的强度或者测量物体辐射出的各种波长红外光的比例,可以判断物体的温度。根据这个原理研制出了工业用的红外测温仪。由于红外光能从大气中传播,因此红外测温仪可以非接触地测量物体的温度.如手持式红外测温仪,只要对准需要测温的物体,“抠动扳机”后,液晶屏上就显示了物体的温度。在SARS病毒肆虐的日子里,人们在公共场合可能会经常遇到它。现代很多防盗器、自动灯、自动水龙头、自动干手机等等,其实大多是探测到人体红外辐射后而执行动作的。耳温计是一个红外线家庭应用的好例子。将耳温计对准耳朵内部,不到一秒钟便可以测量出耳朵内的温度。与传统的体温计相比,对于测量好动或生病的小孩最为方便。
由于红外线穿透云雾的能力比较强,利用灵敏的红外探测器可以在很远的距离以外探测物体发出的红外线,再经仪器的处理,可以显示出被测物体的形状和特征,这叫做红外遥感。利用卫星进行红外遥感,可以实施对地球勘测,寻找水源、监视森林火灾、估测大面积农作物的长势和收成,天气预报、预报风暴、寒潮和沙尘暴,甚至预报地震等。那么如何利用卫星和航天站对地面进行红外观测地震呢? 原来,地震前地表温度会发生变化,利用卫星居高临下的优势,通过判读卫星拍下的热红外遥感图片,便可成功地预报地震!
4.红外光电仪器的核心部件之一 —— 红外探测器
红外线探测器是把入射红外辐射能量转变为其他形式能量(一般为电能)的一种转换器或传感器.它是各种红外仪器最重要的关键元件,可分为热敏探测器和光子探测器两大类.
近年来,由于科学技术的不断完善及研究的深入,人们对红外线的物理性能及其效应有了比较全面的认识,获得了许多进展,在分析仪器应用上就有红外光谱仪和红外碳硫分析仪,相关的专利申请也逐渐增多。总之,我们坚信,红外技术作为一种拓宽人们感知世界能力的技术,势必将为人类做出更多的贡献。
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