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趙弈欽

紅外線又俗稱紅色光芒,是波長介乎微波可見光之間的電磁波,其波長在760奈米(nm)至1毫米(mm)之間,是波長比紅光長的非可見光,對應頻率約是在430 THz到300 GHz的範圍內。室溫下物體所發出的熱輻射多都在此波段。

紅外線與我們所認識的太陽能、無線電波一樣,是在一定波長範圍內的電磁波。光束通過三梭鏡後會形成一條由紅、黃、橙、綠、青、藍、紫七色光排成的光譜,這些都是可見光。可見光的波長是0.0004mm—0.001mm的電磁波,紅外線的波長是0.3mm—0.0007mm的電磁波,波長比可見光長,位於紅光的外側屬於不可見光。[1]

中文名 :紅外線

外文名 :infrared ray

定 義: 介於微波與可見光之間的電磁波

波 長: 760納米—1毫米

特 點 :含熱能

性 質 :電磁波

發現歷史

在19世紀1800年以前,人們都知道太陽的「白」光可以通過三稜鏡被分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光。這最早由大名鼎鼎的牛頓在1666年實驗成功。100多年過去,人們再也沒有想過,太陽光除這七色光外還有,或沒有什麼了。可是,出生在德國英國物理學、天文學家赫謝耳(1738~1822)卻突發奇想,在這七種可見光的「外」面,即看不見的區域,還有什麼「東西」呢?於是他在1800年做了下面的實驗。

他讓陽光通過三稜鏡後折射到後面的白色紙屏上,當然也和牛頓一樣,得到了七色彩帶,所不同的是,這次他還將9支完全相同的溫度計在每種色區內放1支,最後兩支則分別放在紅光以「外」和紫光以「外」附近區域。在陽光折射的七彩光照射下,七個可見光區內的溫度計溫度都升高了,例如紅、綠、紫光區各升高5℃、3℃和2℃;但紫光外區域的溫度卻未升高。他同時還發現,紅光外區域溫度不但升高了,而且比紅光區升得還高,升高達到7℃!這使他大吃一驚——那裡並沒有光線照射啊!

但是,在一次試驗中,他在色散紅色可見部分以外,也許是忘記了收拾,無意間放置了一個溫度計,溫度計就在紅光的邊緣。這個溫度計的得到的溫度比紅色光可見部分的溫度更高,那一塊區域是黑色的,根本沒有光。

赫謝耳一開始以為自己搞錯了,後來重複測試,發現用三稜鏡分出的光譜,紅色那一段以外的黑色區域溫度的確是最高的!他得出結論:太陽光中含有一種「熱線」,傳遞着熱量,位於紅光光譜以外,命名為紅外線![2]

物理性質

在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線,紅外線是不可見光線.所有高於絕對零度(-273℃)的物質都可以產生紅外線.現代物理學稱之為熱射線.醫用紅外線可分為兩類:近紅外線與遠紅外線。

近紅外線或稱短波紅外線,波長0.76~1.5微米,穿入人體組織較深,約5~10毫米;遠紅外線或稱長波紅外線,波長1.5~400微米,多被表層皮膚吸收,穿透組織深度小於2毫米。

紅外線熱作用強,穿透雲霧的能力強[3]

分類

紅外大氣窗口

近紅外線| (Near Infra-red, NIR)| 0.7~2 μm

中紅外線 | (Middle Infra-red, MIR)| 3~5 μm

遠紅外線| (Far Infra-red, FIR)| 8~14 μm[2]

紅外線應用

1、紅外線開關

紅外線開關有主動式和被動式。主動式紅外線開關由紅外發射管和接收管組成探頭,當接收管接收到發射管發出的紅外線時,燈封閉;人體通過擋住紅外線時,燈開啟。被動式紅外線開關是將人體作為紅外線源(人體溫度通常高於附近環境溫度),紅外線輻射被檢測到時,開啟照明燈。還有常見的紅外感應龍頭也是應用了這種原理。

2、醫療保健

在紅外線區域中,對人體最有益的是4 μm~ 14 μm波段,它有着孕育宇宙生命生長的神奇能量,所有動、植物的生存、繁殖,都是在紅外線這個特定的波長下才得以進行,因此很多專家、學者稱之為「生養光線」。遠紅外紡織品是近年來新興的一種精密陶瓷粉經特殊加工製成,具有活化組織細胞、促進血液輪迴和改善微輪迴、進步免疫力、加強新陳代謝、消炎、除臭、止癢、抑菌等功能。

3、遙控器

不少家用電器都配有紅外線遙控裝置.當遙控器與紅外接收端口排成直線,左右偏差不超過15度時,效果最好。

4、防盜裝置

由紅外線發射機和紅外接收機組成.紅外線發射機發射的紅外線光束構成了一道人眼看不見的關閉線,當有人穿越或阻擋紅外線時,接收機將會啟動報警主機,報警主機收到信號後立刻發出警報。

5、紅外遙感

在漆黑的夜晚應用紅外遙感設備可以探測各種礦藏。我國利用紅外遙感照片,調查了地熱資源和放射性礦藏等資源。

6、紅外偵探

偵探衛星攜帶紅外成像設備可獲得更多地面目標的情報信息,並能識別偽裝目標和在夜間對地面的軍事步履進行監督;導彈預警衛星利用紅外探測器可探測到導彈發射時發念頭尾焰的紅外輻射並發出警報,為攔截來襲導彈提供一定的預警時間。

7、紅外製導

紅外製導就是利用目標本身的紅外輻射來引導導彈自動接近目標,以進步命中率。紅外線在航空、航天、軍事裝備遙控遙感等高科技領域和加熱、保溫、食物烤制、取暖、醫療保健等日常糊口領域都得到廣泛的應用;以各種氣體為熱源的紅外加熱技術已被廣泛採用,全新紅外線光波輻射加熱燃氣灶應運而生。[4]

紅外檢測技術

紅外檢測(紅外診斷技術)是一種在線監測的檢測技術,它集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術於一身,通過接收物體發出的紅外線(紅外輻射),將其熱像顯示在熒光屏上,從而準確判斷物體表面的溫度分布情況,具有準確、實時、快速等優點。

任何物體由於其自身分子的運動,不停地向外輻射紅外熱能,從而在物體表面形成一定的溫度場,俗稱「熱像」。紅外診斷技術正是通過吸收這種紅外輻射能量,測出設備表面的溫度及溫度場的分布,從而判斷設備發熱情況。目前應用紅外診技術的測試設備比較多,如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術能將這種看不見的「熱像」轉變成可見光圖像,使測試效果直觀,靈敏度高,能檢測出設備細微的熱狀態變化,準確反映設備內部、外部的發熱情況,可靠性高,對發現設備隱患非常有效。紅外熱成像系統已經在電力、消防、石化以及醫療等領域得到了廣泛的應用。

紅外測溫技術在產品質量控制和監測、設備在線故障診斷、安全保護以及節約能源等方面發揮了重要作用。

紅外檢測技術的優點:

是能非接觸遙控測量,直接顯示實時圖像,靈敏度較高,檢測速度快。紅外熱象儀結構簡單,使用安全,信息數據處理速度快,並能實現自動化檢測和*性記錄,在檢測時受試件表面光潔度影響小等。因此,紅外檢測已廣泛應用於金屬、非金屬構件,尤其適用於導熱係數低的材料,如檢測複合材料、膠接結構和疊層結構中的孔洞、裂紋、分層和脫粘類缺陷,還可用於聚合物、橡膠尼龍、膠紙板、石棉、有機玻璃、水泥製品、陶瓷等的質量檢測,對固體火箭發動機整體或殼體、航空發動機噴管、渦輪葉片、電子儀器的整機或組件(如印刷電路板、集成電路塊等)的溫度監控,可以檢查元件的質量、釺焊質量及工作狀態,並且在電力設備(如發電機組的換向觸點、變壓器、高壓瓷瓶、高壓開關與觸頭、輸變電線路等)的熱點檢測、鐵路車輛的熱軸檢測、建築工程中牆體構造異常和牆飾面層質量的檢測,以及石油化工、採暖、節能等多方面都獲得了應用。

紅外檢測的缺點:

是由於檢測靈敏度與熱輻射率相關,因此受試件表面及背景輻射的干擾,受缺陷大小、埋藏深度的影響,對原試件分辨率差,不能測定缺陷的形狀、大小和位置。在檢測時對時間-溫度關係要求嚴格,需要使用如液氮冷卻的探測器(新型的紅外熱象儀已經不需要採用液氮或高壓氣冷卻,而以熱電方式致冷,可用電池供電),檢測結果的解釋比較複雜,需要有參考標準,檢測操作人員需要經過培訓等。新一代的紅外熱象儀已經能夠將溫度的測量、修改、分析、圖像採集、存儲合於一體,重量小於7公斤,儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著的提高。[5]

紅別傳輸技術特點

紅別傳輸技術則是一種利用紅外線作為載體,進行數據傳輸的技術。在日常糊口中,紅別傳輸技術隨處可見,最典型的莫過於電視機空調等家用電器通過紅外遙控器進行控制。

紅外線與我們所認識的太陽能無線電波一樣,是在一定波長範圍內的電磁波。光束通過三梭鏡後會形成一條由紅、黃、橙、綠、青、藍、紫七色光排成的光譜,這些都是可見光。可見光的波長是0.0004mm—0.001mm的電磁波,紅外線的波長是0.3mm—0.0007mm的電磁波,波長比可見光長,位於紅光的外側屬於不可見光。

1、不亂性好

運用模擬傳輸方式,並非運用數字信號傳輸,所以幾乎沒有任何相似的信號對它產生干擾。

2、私密性強

因為紅外線的波長較短,對障礙物的衍射能力差,所以適合應用在進行短間隔無線通信。正由於如斯,紅別傳輸具有很強的私密性,好比我們在自己家使用紅外遙控器時,鄰居家的電器是不會受到控制影響的,所以遙控器的選材會優先選材紅外線穿透的PC材料

3、本錢低廉

紅別傳輸技術已非常成熟,上下游工業鏈也極為發達,相對於藍牙、Wifi等無線傳輸技術,在本錢上有顯著上風。[6]

相關視頻

1、紅外線理療的作用

2、紅外線的正確使用方式

外部連結

參考來源

  1. 紅外線的應用,賢集網,2018-09-06
  2. 紅外線的發現竟然是個意外,快資訊網,2019-10-30
  3. 紅外線的物理性質與特性,金塑顏塑膠網,2018-07-16
  4. 紅外線的特點及應用,豆丁網
  5. 紅外線檢測的原理及缺點,電子發燒友網, 2019年03月31日
  6. 紅外線的特點及應用,豆丁網