一： 什么是紅外?

紅外線是指波長介于可見光和微波之間的電磁波，波長范圍從760nm到1000um。按波長不同，又可粗略分為：

- 近紅外NIR（0.7~1.1um）

- 短波紅外SWIR (1.1~3um）

- 中波紅外MWIR（3~7um)

- 長波紅外LWIR（7~30um）

- 遠紅外FIR（30~1000um）

雖然人眼無法直接觀察到紅外線，但自然界的紅外線無處不在。太陽光除了紫外和可見光，有超過一半的能量落在紅外區(qū)間。

各個波段的紅外線常對應(yīng)不同的物理過程，也被應(yīng)用于不同的場合。例如：

01近紅外在波長上接近可見光，但對人眼不可見，可以配合人眼安全的激光進行照明或作為信標，廣泛應(yīng)用于夜視照明和通訊。

02由于物質(zhì)分子的振動和轉(zhuǎn)動躍遷多對應(yīng)于近紅外和短波紅外能量，因此0.9~2.5um的波段常被用于光譜分析，部分氣體檢測則利用了中波和長波紅外能量的分子躍遷。

03任何溫度高于絕對零度（-273℃）的物體都會向外發(fā)射電磁波，即熱輻射。自然界的物體在常溫20℃左右時，向外輻射的電磁波能量主要集中在長波紅外（~10um），因此長波紅外常被用于熱成像和非接觸測溫。

04在高溫時，物體熱輻射的主要能量往短波方向偏移，因此短波和中波紅外可用于高溫目標的熱成像和非接觸測溫。

巨哥科技為各行業(yè)自動化提供了全波段紅外機器視覺方案，包括近紅外光譜儀，短波和中波紅外相機，長波紅外熱像儀等。

二：紅外光譜分析

紅外光譜分析通過檢測紅外線與分子化學(xué)鍵的相互作用，包括吸收、發(fā)射、反射，從而進行物質(zhì)化學(xué)成分分析。紅外光譜分析的典型波長范圍為900~2500nm，主要反映的是含氫元素的化學(xué)基團分子振動的倍頻與合頻的吸收信息。通過使用標準樣品的成分和光譜信息建立校正模型，可以從待測樣品的光譜測算出其成分信息。

近紅外光譜檢測是一種無損、快速的檢測手段，對環(huán)境無污染，對人體無害，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的分析技術(shù)。紅外光譜儀用于測量樣品的透過率、吸收率或反射率光譜曲線，是進行紅外光譜分析的主要設(shè)備。

巨哥科技的光譜系列產(chǎn)品包括光纖光譜儀、微型傅里葉光譜儀、光譜掃描成像，以及用于珠寶、糧食、紡織品等領(lǐng)域的專用光譜儀。

三：熱輻射基本規(guī)律與發(fā)射率

普朗克定律給出了在任意溫度下，黑體發(fā)射的電磁輻射能量與波長之間的關(guān)系。按普朗克定律，不同溫度下的輻射光譜曲線都有一個輻射極大值，隨著溫度升高，極大值往短波方向移動。

波長與溫度的關(guān)系可用維恩位移定律表示，即λmaxT=b，式中，b=0.002897m·K，稱為維恩常量。另外，在黑體溫度升高時，黑體輻射的總能量快速提高，輻射總能量與黑體溫度的關(guān)系可用斯特潘-玻爾茲曼定律表示為W＝εσT4（w/m2），即黑體輻射的總能量與絕對溫度的四次方成正比。

物體的發(fā)射率等于吸收率。普朗克定律中的黑體是指對一切波長的入射電磁波都全部吸收的理想物體，即吸收率和發(fā)射率都等于1。實際物體對電磁波的吸收效率低于黑體，發(fā)射率（ε）定義為物體輻射量與同溫度黑體輻射量的比值，介于0~1之間，與材料種類和表面狀態(tài)等因素相關(guān)。不同材料發(fā)射率差異很大，如皮膚的發(fā)射率為0.98，紙和木頭的發(fā)射率約為0.95，而金屬表面的發(fā)射率都很低，如鋁箔的發(fā)射率約為0.02。發(fā)射率對于根據(jù)熱輻射總能量來測量目標溫度的紅外熱像儀至關(guān)重要，直接影響測溫結(jié)果。

四：大氣窗口

在地球上，電磁輻射通過大氣時，會受到空氣中的氣體、固體顆粒的吸收和散射，其強度會衰減，不同波長衰減比例不同。電磁波在大氣中的這種選擇性衰減類似經(jīng)過了一個對光譜選擇過濾的窗口，稱為大氣窗口。紅外光譜分析、光譜成像、紅外熱成像、紅外溫度測量都需要考慮大氣窗口的影響。

五：紅外熱成像和測溫

紅外熱像儀通過感應(yīng)觀測目標發(fā)射的紅外輻射進行成像和測溫。通常紅外熱像儀都有其確定的感應(yīng)波段，如一般的非制冷紅外熱像儀的感應(yīng)波段是8~14μm。根據(jù)普朗克定律，溫度越高的物體，其輻射能量峰值波長越短，使用紅外測溫時需根據(jù)觀測目標的溫度區(qū)間，選擇對應(yīng)響應(yīng)波段的熱成像設(shè)備。

熱像儀中的紅外探測器通過收集觀測目標在其感應(yīng)波段區(qū)間內(nèi)的紅外輻射能量，通過標定的方式確定目標溫度。由于同樣溫度的目標，其發(fā)射的紅外能量還受到目標發(fā)射率、窗口（包括大氣窗口和其他觀察窗口）透過率的直接影響，所以紅外測溫需要進行目標發(fā)射率和窗口透過率修正。比色測溫使用多個對特定波長響應(yīng)的紅外探測器，通過不同波長的紅外信號對比來確定目標溫度，可以在大部分場景下不受目標發(fā)射率和窗口透過率絕對值的影響。

實際測量時，紅外熱像儀接收到的有效輻射還包括環(huán)境反射輻射和大氣輻射，紅外熱像儀接收到的總輻射可寫為：

此外，熱像儀自身內(nèi)部的輻射也對測溫造成影響，以上各因素均需建立相應(yīng)的物理模型以實現(xiàn)精確測溫。巨哥科技的精確測溫技術(shù)采用低溫漂電子與熱控設(shè)計、精確的物理模型和獨到的測溫算法，無論在極端低溫的戶外還是極端高溫的工業(yè)環(huán)境下，都保證熱像儀在整個工作溫度范圍內(nèi)的全像面準確測溫。