Kaip susidaro infraraudonoji spinduliuotė? Naudingos ir kenksmingos infraraudonosios spinduliuotės savybės žmonėms

Infraraudonoji spinduliuotė- elektromagnetinė spinduliuotė, užimanti spektrinę sritį tarp matomos šviesos raudonojo galo (kurios bangos ilgis λ = 0,74 mikronai ir dažnis 430 THz) ir mikrobangų radijo spinduliuotės (λ ~ 1-2 mm, dažnis 300 GHz).

Visas infraraudonosios spinduliuotės diapazonas sąlygiškai suskirstytas į tris sritis:

Šio diapazono ilgosios bangos kraštas kartais išskiriamas į atskirą elektromagnetinių bangų diapazoną – terahercinę spinduliuotę (submilimetro spinduliuotę).

Infraraudonoji spinduliuotė taip pat vadinama „šilumos spinduliuote“, nes šildomų objektų infraraudonąją spinduliuotę žmogaus oda suvokia kaip šilumos pojūtį. Šiuo atveju kūno skleidžiami bangų ilgiai priklauso nuo šildymo temperatūros: kuo aukštesnė temperatūra, tuo trumpesnis bangos ilgis ir didesnis spinduliavimo intensyvumas. Absoliučiai juodo kūno spinduliuotės spektras esant santykinai žemai (iki kelių tūkstančių kelvinų) temperatūrai daugiausia yra šiame diapazone. Infraraudonąją spinduliuotę skleidžia sužadinti atomai arba jonai.

Enciklopedinis „YouTube“.

    1 / 3

    ✪ 36 Infraraudonųjų ir ultravioletinių spindulių elektromagnetinių bangų skalė

    ✪ fizikos eksperimentai. Infraraudonųjų spindulių atspindys

    ✪ Elektrinis šildymas (infraraudonųjų spindulių šildymas). Kokią šildymo sistemą pasirinkti?

    Subtitrai

Atradimų istorija ir bendrosios charakteristikos

Infraraudonąją spinduliuotę 1800 metais atrado anglų astronomas W. Herschelis. Užsiimdamas Saulės tyrimais, Herschelis ieškojo būdo, kaip sumažinti prietaiso, kuriuo buvo atliekami stebėjimai, įkaitimą. Naudodamas termometrus skirtingų matomo spektro dalių poveikiui nustatyti, Herschelis nustatė, kad „maksimali šiluma“ slypi už prisotintos raudonos spalvos ir, galbūt, „už matomos refrakcijos“. Šis tyrimas buvo infraraudonosios spinduliuotės tyrimo pradžia.

Anksčiau laboratoriniai infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai buvo tik kaitriniai kūnai arba elektros iškrovos dujose. Dabar kietojo kūno ir molekulinių dujų lazerių pagrindu sukurti modernūs reguliuojamo ar fiksuoto dažnio infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai. Norint registruoti spinduliuotę artimojo infraraudonųjų spindulių srityje (iki ~1,3 μm), naudojamos specialios fotografinės plokštelės. Platesnį jautrumo diapazoną (iki maždaug 25 mikronų) turi fotoelektriniai detektoriai ir fotorezistoriai. Spinduliuotė tolimojoje infraraudonųjų spindulių srityje fiksuojama bolometrais – detektoriais, jautriais infraraudonųjų spindulių kaitinimui.

IR įranga plačiai naudojama tiek karinėse technologijose (pavyzdžiui, raketų nukreipimui), tiek civilinėje (pavyzdžiui, šviesolaidinio ryšio sistemose). IR spektrometrų optiniai elementai yra arba lęšiai ir prizmės, arba difrakcijos gardelės ir veidrodžiai. Siekiant išvengti spinduliuotės sugerties ore, tolimojo IR spektrometrai gaminami vakuuminėje versijoje.

Kadangi infraraudonųjų spindulių spektrai yra susiję su sukimosi ir vibracijos judesiais molekulėje, taip pat su elektroniniais perėjimais atomuose ir molekulėse, IR spektroskopija suteikia svarbios informacijos apie atomų ir molekulių sandarą, taip pat apie kristalų juostų struktūrą.

Infraraudonųjų spindulių juostos

Objektai paprastai skleidžia infraraudonąją spinduliuotę per visą bangos ilgio spektrą, tačiau kartais domina tik ribota spektro sritis, nes jutikliai paprastai renka tik tam tikro dažnių juostos pločio spinduliuotę. Taigi infraraudonųjų spindulių diapazonas dažnai skirstomas į mažesnius diapazonus.

Įprasta padalijimo schema

Dažniausias skirstymas į mažesnius diapazonus yra toks:

Santrumpa Bangos ilgis Fotonų energija Charakteristika
Infraraudonieji spinduliai, NIR 0,75–1,4 µm 0,9-1,7 eV Netoli infraraudonųjų spindulių, iš vienos pusės ribojamas matomos šviesos, iš kitos - vandens skaidrumo, kuris žymiai pablogėja esant 1,45 µm. Šiame diapazone veikia plačiai paplitę infraraudonųjų spindulių šviesos diodai ir lazeriai, skirti šviesolaidžio ir oro optinio ryšio sistemoms. Vaizdo kameros ir naktinio matymo įrenginiai, pagrįsti vaizdo stiprintuvais, taip pat yra jautrūs šiame diapazone.
Trumpojo bangos ilgio infraraudonieji spinduliai, SWIR 1,4-3 µm 0,4-0,9 eV Vandens elektromagnetinės spinduliuotės sugertis žymiai padidėja esant 1450 nm. 1530–1560 nm diapazonas dominuoja tolimojo atstumo regione.
Vidutinio bangos ilgio infraraudonieji spinduliai, MWIR 3-8 µm 150-400 meV Šiame diapazone ima spinduliuoti iki kelių šimtų laipsnių Celsijaus įkaitinti kūnai. Šiame diapazone oro gynybos sistemų ir techninių termovizorių šiluminės galvutės yra jautrios.
Ilgosios bangos infraraudonųjų spindulių, LWIR 8-15 µm 80-150 meV Šiame diapazone kūnai, kurių temperatūra yra apie nulį Celsijaus, pradeda spinduliuoti. Šiame diapazone naktinio matymo prietaisų termovizoriai yra jautrūs.
Tolimųjų infraraudonųjų spindulių, FIR 15–1000 µm 1,2-80 meV

CIE schema

Tarptautinė apšvietimo komisija Tarptautinė apšvietimo komisija ) rekomenduoja infraraudonąją spinduliuotę suskirstyti į tris grupes:

  • IR-A: 700 nm – 1400 nm (0,7 µm – 1,4 µm)
  • IR-B: 1400 nm – 3000 nm (1,4 µm – 3 µm)
  • IR-C: 3000 nm – 1 mm (3 µm – 1000 µm)

ISO 20473 schema

šiluminė spinduliuotė

Šiluminė spinduliuotė arba spinduliuotė – tai energijos perdavimas iš vieno kūno į kitą elektromagnetinių bangų pavidalu, kurias kūnų skleidžia dėl savo vidinės energijos. Šiluminė spinduliuotė daugiausia yra infraraudonojoje spektro srityje nuo 0,74 mikronų iki 1000 mikronų. Skiriamasis spinduliavimo šilumos perdavimo bruožas yra tas, kad jis gali būti atliekamas tarp kūnų, esančių ne tik bet kurioje terpėje, bet ir vakuume. Šiluminės spinduliuotės pavyzdys yra kaitrinės lempos šviesa. Objekto, atitinkančio absoliučiai juodo kūno kriterijus, šiluminės spinduliuotės galią apibūdina Stefano-Boltzmanno dėsnis. Kūnų spinduliavimo ir sugeriamųjų gebėjimų santykį apibūdina Kirchhoffo dėsnis spinduliavimas . Šiluminė spinduliuotė yra vienas iš trijų elementarių šiluminės energijos perdavimo tipų (be šilumos laidumo ir konvekcijos). Pusiausvyros spinduliuotė yra šiluminė spinduliuotė, kuri yra termodinaminėje pusiausvyroje su medžiaga.

Taikymas

Naktinio matymo prietaisas

Yra keletas būdų, kaip vizualizuoti nematomą infraraudonųjų spindulių vaizdą:

  • Šiuolaikinės puslaidininkinės vaizdo kameros yra jautrios artimiesiems infraraudoniesiems spinduliams. Kad būtų išvengta spalvų klaidų, įprastose buitinėse vaizdo kamerose yra įrengtas specialus filtras, kuris nutraukia IR vaizdą. Apsaugos sistemų kameros, kaip taisyklė, tokio filtro neturi. Tačiau naktį natūralių artimųjų IR šaltinių nėra, todėl be dirbtinio apšvietimo (pavyzdžiui, infraraudonųjų šviesos diodų) tokios kameros nieko nerodys.
  • Vaizdo stiprintuvo vamzdis – vakuuminis fotoelektroninis prietaisas, stiprinantis šviesą matomame spektre ir artimoje infraraudonojoje šviesoje. Jis turi didelį jautrumą ir gali suteikti vaizdą esant labai silpnam apšvietimui. Istoriškai tai yra pirmieji naktinio matymo prietaisai, plačiai naudojami ir šiuo metu pigiuose naktinio matymo įrenginiuose. Kadangi jos veikia tik artimajame IR, joms, kaip ir puslaidininkinėms vaizdo kameroms, reikalingas apšvietimas.
  • Bolometras - šilumos jutiklis. Techninio matymo sistemų ir naktinio matymo prietaisų bolometrai yra jautrūs 3..14 mikronų bangų ilgio diapazone (vid. IR), o tai atitinka nuo 500 iki -50 laipsnių Celsijaus įkaitintų kūnų spinduliuotę. Taigi bolometriniams prietaisams nereikia išorinio apšvietimo, registruojant pačių objektų spinduliuotę ir sukuriant temperatūros skirtumo vaizdą.

termografija

Infraraudonųjų spindulių termografija, terminis vaizdas arba terminis vaizdo įrašas yra mokslinis būdas gauti termogramą – vaizdą infraraudonaisiais spinduliais, rodantį temperatūros laukų pasiskirstymo vaizdą. Termografinės kameros arba termovizoriai aptinka spinduliuotę elektromagnetinio spektro infraraudonajame diapazone (apie 900-14000 nanometrų arba 0,9-14 µm) ir pagal šią spinduliuotę sukuria vaizdus, ​​leidžiančius nustatyti perkaitusias ar peršalusias vietas. Kadangi infraraudonąją spinduliuotę skleidžia visi objektai, kurie turi temperatūrą, pagal Plancko juodojo kūno spinduliuotės formulę termografija leidžia „matyti“ aplinką su matoma šviesa arba be jos. Objekto skleidžiamos spinduliuotės kiekis didėja kylant jo temperatūrai, todėl termografija leidžia matyti temperatūrų skirtumus. Kai žiūrime pro termovizorių, šilti objektai matomi geriau nei atšaldyti iki aplinkos temperatūros; žmonės ir šiltakraujai gyvūnai yra lengviau matomi aplinkoje tiek dieną, tiek naktį. Dėl to termografijos naudojimo skatinimą galima priskirti kariuomenei ir saugumo tarnyboms.

infraraudonųjų spindulių pritaikymas

Infraraudonųjų spindulių nukreipimo galvutė – nukreipimo galvutė, kuri veikia fiksuojamo taikinio skleidžiamų infraraudonųjų bangų fiksavimo principu. Tai optinis-elektroninis prietaisas, skirtas identifikuoti taikinį aplinkiniame fone ir duoti fiksavimo signalą į automatinį stebėjimo įrenginį (APU), taip pat matuoti ir perduoti regėjimo linijos kampinio greičio signalą. autopilotas.

Infraraudonųjų spindulių šildytuvas

Duomenų perdavimas

Infraraudonųjų šviesos diodų, lazerių ir fotodiodų paplitimas leido sukurti jų pagrindu belaidį optinį duomenų perdavimo būdą. Kompiuterinėje technikoje jis dažniausiai naudojamas kompiuteriams su periferiniais įrenginiais sujungti (IrDA sąsaja) Skirtingai nei radijo kanalas, infraraudonųjų spindulių kanalas yra nejautrus elektromagnetiniams trukdžiams, tai leidžia jį naudoti pramoninėmis sąlygomis. Infraraudonųjų spindulių kanalo trūkumai apima optinių langų poreikį įrangoje, teisingą santykinę įrenginių orientaciją, mažus perdavimo spartus (dažniausiai neviršija 5-10 Mbps, tačiau naudojant infraraudonųjų spindulių lazerius galimi ir žymiai didesni rodikliai). Be to, neužtikrinamas informacijos perdavimo slaptumas. Matymo linijos sąlygomis infraraudonųjų spindulių kanalas gali užtikrinti ryšį kelių kilometrų atstumu, tačiau patogiausia sujungti kompiuterius, esančius toje pačioje patalpoje, kur atspindžiai nuo patalpos sienų užtikrina stabilų ir patikimą ryšį. Natūraliausias topologijos tipas čia yra „autobusas“ (tai yra, perduodamą signalą vienu metu priima visi abonentai). Infraraudonųjų spindulių kanalas negalėjo būti plačiai naudojamas, jį pakeitė radijo kanalas.

Įspėjamiesiems signalams priimti taip pat naudojama šiluminė spinduliuotė.

Nuotolinio valdymo pultas

Infraraudonieji diodai ir fotodiodai plačiai naudojami nuotolinio valdymo pultuose, automatikos sistemose, apsaugos sistemose, kai kuriuose mobiliuosiuose telefonuose (infraraudonųjų spindulių prievadas) ir kt.. Infraraudonieji spinduliai neblaško žmogaus dėmesio dėl savo nematomumo.

Įdomu tai, kad buitinio nuotolinio valdymo pultelio infraraudonoji spinduliuotė lengvai fiksuojama naudojant skaitmeninę kamerą.

Vaistas

Plačiausiai medicinoje naudojama infraraudonoji spinduliuotė yra įvairiuose kraujo tėkmės jutikliuose (PPG).

Plačiai paplitę pulso dažnio (HR, HR – Heart Rate) ir kraujo prisotinimo deguonimi (Sp02) matuokliai naudoja žalią (pulsui) ir raudoną bei infraraudonąją (SpO2) spinduliavimo šviesos diodus.

Infraraudonoji lazerio spinduliuotė naudojama DLS (skaitmeninės šviesos sklaidos) technikoje pulso dažniui ir kraujo tėkmės charakteristikoms nustatyti.

Infraraudonieji spinduliai naudojami fizioterapijoje.

Ilgųjų bangų infraraudonosios spinduliuotės įtaka:

  • Kraujo cirkuliacijos stimuliavimas ir gerinimas.. Veikiant ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių odai, sudirginami odos receptoriai ir dėl pagumburio reakcijos atsipalaiduoja kraujagyslių lygieji raumenys, dėl to kraujagyslės išsiplečia.
  • Medžiagų apykaitos procesų gerinimas. Šiluminis infraraudonųjų spindulių poveikis skatina aktyvumą ląstelių lygmenyje, gerina neuroreguliacijos ir medžiagų apykaitos procesus.

Maisto sterilizacija

Infraraudonųjų spindulių pagalba maisto produktai sterilizuojami dezinfekcijos tikslais.

maisto pramone

Infraraudonosios spinduliuotės naudojimo maisto pramonėje ypatybė yra galimybė elektromagnetinei bangai prasiskverbti į tokius kapiliarų porėtus produktus kaip grūdai, grūdai, miltai ir kt. iki 7 mm gylio. Ši vertė priklauso nuo paviršiaus pobūdžio, struktūros, medžiagos savybių ir spinduliuotės dažnio atsako. Tam tikro dažnio diapazono elektromagnetinė banga turi ne tik šiluminį, bet ir biologinį poveikį produktui, padeda paspartinti biochemines transformacijas biologiniuose polimeruose (

Infraraudonoji spinduliuotė (IR) yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra ilgesnis nei matoma šviesa, besitęsianti nuo vardinio raudonojo matomo spektro galo 0,74 µm (mikrono) iki 300 µm. Šis bangų ilgio diapazonas atitinka maždaug 1–400 THz dažnių diapazoną ir apima didžiąją dalį šiluminės spinduliuotės, kurią skleidžia objektai, esantys netoli kambario temperatūros. Infraraudonąją spinduliuotę skleidžia arba sugeria molekulės, kai jos keičia savo sukimosi-vibracinius judesius. Pirmą kartą infraraudonųjų spindulių buvimą 1800 m. atrado astronomas Williamas Herschelis.


Didžioji dalis saulės energijos patenka į Žemę infraraudonųjų spindulių pavidalu. Saulės šviesa savo zenite suteikia kiek daugiau nei 1 kilovatą vienam kvadratiniam metrui virš jūros lygio. Iš šios energijos 527 vatai yra infraraudonoji spinduliuotė, 445 vatai – matoma šviesa, o 32 vatai – ultravioletinė spinduliuotė.

Infraraudonųjų spindulių šviesa naudojama pramonės, mokslo ir medicinos srityse. Naktinio matymo prietaisai, naudojantys infraraudonųjų spindulių šviesą, leidžia žmonėms stebėti gyvūnus, kurių tamsoje nematyti. Astronomijoje infraraudonųjų spindulių vaizdavimas leidžia stebėti objektus, paslėptus tarpžvaigždinių dulkių. Infraraudonųjų spindulių kameros naudojamos aptikti šilumos nuostolius izoliuotose sistemose, stebėti kraujotakos pokyčius odoje, aptikti elektros įrangos perkaitimą.

Lengvas palyginimas

vardas

Bangos ilgis

Dažnis Hz)

Fotonų energija (eV)



gama spinduliai

mažesnis nei 0,01 nm

daugiau nei 10 EHZ

124 keV - 300 + GeV



rentgeno spinduliai

nuo 0,01 nm iki 10 nm

nuo 124 eV iki 124 keV



Ultravioletiniai spinduliai

10 nm – 380 nm

30PHZ - 790THz

3,3 eV iki 124 eV



matoma šviesa

380 nm – 750 nm

790 THz - 405 THz

1,7 eV – 3,3 eV



Infraraudonoji spinduliuotė

750 nm – 1 mm

405 THz – 300 GHz

1,24 meV - 1,7 eV



Mikrobangų krosnelė

1 mm - 1 metras

300 GHz – 300 MHz

1,24 µeV – 1,24 meV



1 mm - 100 km

300 GHz – 3 Hz

12,4 fev - 1,24 meV



Infraraudonųjų spindulių vaizdai plačiai naudojami kariniams ir civiliniams tikslams. Karinės programos apima stebėjimą, naktinį stebėjimą, nurodymus ir sekimą. Nekarinės programos apima šiluminio efektyvumo analizę, aplinkos stebėjimą, pramonės objektų patikrą, nuotolinį temperatūros stebėjimą, trumpojo nuotolio belaidį ryšį, spektroskopiją ir orų prognozavimą. Infraraudonųjų spindulių astronomija naudoja jutiklį su teleskopais, kad prasiskverbtų į dulkėtas erdvės sritis, tokias kaip molekuliniai debesys, ir aptiktų objektus, tokius kaip planetos.

Nors artimųjų infraraudonųjų spindulių spektro sritis (780–1000 nm) ilgą laiką buvo laikoma neįmanoma dėl vaizdo pigmentų triukšmo, artimosios infraraudonosios šviesos pojūtis išliko karpiuose ir trijų rūšių cikliduose. Žuvys naudoja artimųjų infraraudonųjų spindulių spektrą grobiui užfiksuoti ir fototaktinei orientacijai plaukdamos. Infraraudonųjų spindulių spektras žuvims gali būti naudingas esant silpnam apšvietimui prieblandoje ir drumstame vandens paviršiuje.

Fotomoduliacija

Netoli infraraudonųjų spindulių šviesa arba fotomoduliacija naudojama chemoterapijos sukeltoms opoms gydyti, taip pat žaizdų gijimui. Yra nemažai darbų, susijusių su herpeso viruso gydymu. Tyrimų projektai apima centrinės nervų sistemos ir terapinio poveikio tyrimą reguliuojant citochromą ir oksidazes bei kitus galimus mechanizmus.

pavojus sveikatai

Stiprus infraraudonųjų spindulių spinduliavimas tam tikrose pramonės šakose ir aukštos temperatūros sąlygomis gali pakenkti akims, todėl gali būti pažeistas regėjimas arba vartotojas gali apakti. Kadangi spinduliuotė yra nematoma, tokiose vietose būtina dėvėti specialius infraraudonųjų spindulių akinius.

Žemė kaip infraraudonųjų spindulių spinduliuotė

Žemės paviršius ir debesys sugeria matomą ir nematomą saulės spinduliuotę ir grąžina didžiąją dalį energijos infraraudonosios spinduliuotės pavidalu atgal į atmosferą. Tam tikros atmosferoje esančios medžiagos, daugiausia debesų lašeliai ir vandens garai, taip pat anglies dioksidas, metanas, azoto oksidas, sieros heksafluoridas ir chlorfluorangliavandenilis sugeria infraraudonąją spinduliuotę ir vėl grąžina ją visomis kryptimis, įskaitant atgal į Žemę. Taigi šiltnamio efektas išlaiko atmosferą ir paviršių daug šiltesnį nei tuo atveju, jei atmosferoje nebūtų infraraudonųjų spindulių slopintuvų.

Infraraudonųjų spindulių mokslo istorija

Infraraudonosios spinduliuotės atradimas priskiriamas astronomui Williamui Herscheliui XIX amžiaus pradžioje. 1800 metais Herschelis paskelbė savo tyrimų rezultatus Londono karališkajai draugijai. Herschelis panaudojo prizmę, kad laužytų saulės šviesą ir aptiktų infraraudonąją spinduliuotę, esančią už raudonosios spektro dalies, termometru užregistruodamas temperatūros padidėjimą. Jis nustebo rezultatu ir pavadino juos „šilumos spinduliais“. Terminas „infraraudonoji spinduliuotė“ atsirado tik XIX amžiaus pabaigoje.

Kitos svarbios datos:

  • 1737 m. Emilie du Chatelet savo disertacijoje numatė tai, kas šiandien žinoma kaip infraraudonoji spinduliuotė.
  • 1835 m.: Macedonio Meglioni pagamino pirmuosius termopolius su infraraudonųjų spindulių detektoriumi.
  • 1860: Gustavas Kirchhoffas suformuluoja juodojo kūno teoremą.
  • 1873 m. Willoughby Smithas atrado seleno fotolaidumą.
  • 1879 m.: Empiriškai suformuluotas Stefano-Boltzmanno dėsnis, pagal kurį visiškai juodo kūno skleidžiama energija yra proporcinga.
  • 1880 ir 1890 m.: Lordas Rayleighas ir Wilhelmas Wienas išsprendžia dalį juodojo kūno lygties, tačiau abu sprendimai yra apytiksliai. Ši problema buvo vadinama „ultravioletinė katastrofa ir infraraudonųjų spindulių katastrofa“.
  • 1901 m.: Maksas Plankas Maksas Plankas paskelbė juodojo kūno lygtį ir teoremą. Jis išsprendė leistinų energijos perėjimų kvantavimo problemą.
  • 1905 m. Albertas Einšteinas sukūrė fotoelektrinio efekto teoriją, kuri apibrėžia fotonus. Taip pat William Coblentz spektroskopijoje ir radiometrijoje.
  • 1917 m.: Theodor Case sukūrė talio sulfido jutiklį; britai sukūrė pirmąjį infraraudonųjų spindulių paieškos ir sekimo įrenginį Pirmajame pasauliniame kare ir aptinka orlaivius 1 mylios atstumu.
  • 1935 m.: Švino druskos – ankstyvas raketų vadovas Antrojo pasaulinio karo metu.
  • 1938 m.: Tew Ta numatė, kad piroelektrinis efektas gali būti panaudotas infraraudonųjų spindulių aptikimui.
  • 1952 m.: N. Wilkeris atranda antimonidus – stibio junginius su metalais.
  • 1950 m.: Paul Cruz ir Teksaso instrumentai sudaro infraraudonųjų spindulių vaizdus iki 1955 m.
  • 1950 ir 1960: Specifikacijos ir radiometriniai poskyriai, kuriuos apibrėžė Fredas Nikodemenas, Robertas Clarkas Jonesas.
  • 1958 m.: W. D. Lawsonas (Royal Radar Establishment, Malvern) atranda IR fotodiodo aptikimo savybes.
  • 1958 m.: „Falcon“ kuria raketas, naudodamas infraraudonąją spinduliuotę, o pirmasis infraraudonųjų spindulių jutiklių vadovėlis pasirodė Paul Cruz ir kt.
  • 1961 m.: Jay Cooper išrado piroelektrinį aptikimą.
  • 1962 m.: Kruse ir Rodat reklamuoja fotodiodus; Galimi signalų elementai ir linijų matricos.
  • 1964 m.: W. G. Evansas vabale atrado infraraudonųjų spindulių termoreceptorius.
  • 1965 m.: pirmasis infraraudonųjų spindulių vadovas, pirmieji komerciniai termovizoriai; Jungtinių Amerikos Valstijų kariuomenėje buvo suformuota naktinio matymo laboratorija (šiuo metu naktinio matymo ir elektroninių jutiklių valdymo laboratorija).
  • 1970 m.: Willardas Boyle'as ir George'as E. Smithas siūlo įkrovą sujungtą įrenginį vaizdo gavimo telefonui.
  • 1972 m.: Sukurtas bendrasis programinės įrangos modulis.
  • 1978 m.: Infraraudonųjų spindulių vaizdavimo astronomija sulaukia senatvės, planuojama observatorija, masinė antimonidų, fotodiodų ir kitų medžiagų gamyba.

Infraraudonieji spinduliai yra elektromagnetinės bangos nematomoje elektromagnetinio spektro srityje, kuri prasideda už matomos raudonos šviesos ir baigiasi prieš mikrobangų spinduliuotę tarp 1012 ir 5∙1014 Hz dažnių (arba yra 1-750 nm bangų ilgių diapazone). Pavadinimas kilęs iš lotyniško žodžio infra ir reiškia „žemiau raudona“.

Infraraudonųjų spindulių naudojimas yra įvairus. Jie naudojami vizualizuoti objektus tamsoje ar dūmuose, kaitinti pirtis ir šildyti orlaivių sparnus ledo šalinimui, artimo nuotolio komunikacijoms ir organinių junginių spektroskopinei analizei.

Atidarymas

Infraraudonuosius spindulius 1800 metais atrado Vokietijoje gimęs britų muzikantas ir astronomas mėgėjas Williamas Herschelis. Naudodamas prizmę, jis padalino saulės šviesą į sudedamąsias dalis ir termometru užregistravo temperatūros padidėjimą už raudonosios spektro dalies.

IR spinduliuotė ir šiluma

Infraraudonoji spinduliuotė dažnai vadinama termine spinduliuote. Tačiau reikia pažymėti, kad tai tik jo pasekmė. Šiluma yra medžiagos atomų ir molekulių transliacijos energijos (judesio energijos) matas. „Temperatūros“ jutikliai iš tikrųjų matuoja ne šilumą, o tik skirtingų objektų IR spinduliuotės skirtumus.

Daugelis fizikos mokytojų tradiciškai visą Saulės šiluminę spinduliuotę priskiria infraraudoniesiems spinduliams. Tačiau taip nėra. Su matoma saulės šviesa patenka 50% visos šilumos, o bet kokio dažnio pakankamai intensyvios elektromagnetinės bangos gali sukelti šildymą. Tačiau teisinga sakyti, kad kambario temperatūroje objektai skleidžia šilumą daugiausia vidutinio infraraudonųjų spindulių juostoje.

IR spinduliuotę sugeria ir skleidžia chemiškai sujungtų atomų arba atomų grupių, taigi ir daugelio rūšių medžiagų, sukimasis ir virpesiai. Pavyzdžiui, matomai šviesai permatomas langų stiklas sugeria infraraudonąją spinduliuotę. Infraraudonuosius spindulius daugiausia sugeria vanduo ir atmosfera. Nors akiai nematomi, jie jaučiasi ant odos.

Žemė kaip infraraudonųjų spindulių šaltinis

Mūsų planetos paviršius ir debesys sugeria saulės energiją, kurios didžioji dalis patenka į atmosferą infraraudonųjų spindulių pavidalu. Tam tikros jame esančios medžiagos, daugiausia vandens garai ir lašai, taip pat metanas, anglies dioksidas, azoto oksidas, chlorfluorangliavandeniliai ir sieros heksafluoridas, sugeria infraraudonąją spektro sritį ir vėl išspinduliuoja visomis kryptimis, taip pat ir į Žemę. Todėl dėl šiltnamio efekto žemės atmosfera ir paviršius yra daug šiltesni nei tuo atveju, jei ore nebūtų infraraudonuosius spindulius sugeriančių medžiagų.

Ši spinduliuotė atlieka svarbų vaidmenį perduodant šilumą ir yra neatsiejama vadinamojo šiltnamio efekto dalis. Pasauliniu mastu infraraudonųjų spindulių įtaka apima Žemės radiacijos balansą ir veikia beveik visą biosferos veiklą. Beveik kiekvienas objektas mūsų planetos paviršiuje skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę daugiausia šioje spektro dalyje.

IR regionai

IR diapazonas dažnai skirstomas į siauresnes spektro dalis. Vokietijos DIN standartų institutas apibrėžė šiuos infraraudonųjų spindulių bangų ilgių diapazonus:

  • šalia (0,75–1,4 µm), dažniausiai naudojamas šviesolaidiniuose ryšiuose;
  • trumposios bangos (1,4-3 mikronai), nuo kurios IR spinduliuotės sugertis vandeniu žymiai padidėja;
  • vidutinė banga, dar vadinama tarpine (3-8 mikronai);
  • ilgosios bangos (8-15 mikronų);
  • toli (15-1000 mikronų).

Tačiau ši klasifikavimo schema nėra visuotinai naudojama. Pavyzdžiui, kai kurie tyrimai nurodo tokius diapazonus: artimas (0,75–5 mikronai), vidutinis (5–30 mikronų) ir ilgas (30–1000 mikronų). Telekomunikacijose naudojami bangos ilgiai yra suskirstyti į atskiras juostas dėl detektorių, stiprintuvų ir šaltinių apribojimų.

Bendras žymėjimas pateisinamas žmogaus reakcijomis į infraraudonuosius spindulius. Artimoji infraraudonoji sritis yra arčiausiai žmogaus akies matomo bangos ilgio. Vidutinė ir tolima infraraudonoji spinduliuotė palaipsniui tolsta nuo matomos spektro dalies. Kiti apibrėžimai atitinka skirtingus fizinius mechanizmus (pvz., emisijos smailės ir vandens sugertis), o naujausi yra pagrįsti naudojamų detektorių jautrumu. Pavyzdžiui, įprasti silicio jutikliai yra jautrūs maždaug 1050 nm, o indžio-galio arsenido - nuo 950 nm iki 1700 ir 2200 nm.

Aiški riba tarp infraraudonųjų spindulių ir matomos šviesos nėra apibrėžta. Žmogaus akis žymiai mažiau jautri raudonai šviesai, viršijančiai 700 nm, tačiau intensyvi (lazerio) šviesa gali būti matoma iki maždaug 780 nm. IR diapazono pradžia skirtinguose standartuose apibrėžiama skirtingai – kažkur tarp šių reikšmių. Paprastai tai yra 750 nm. Todėl matomi infraraudonieji spinduliai galimi 750–780 nm diapazone.

Pavadinimai ryšių sistemose

Optinis ryšys artimųjų infraraudonųjų spindulių srityje techniškai suskirstytas į keletą dažnių juostų. Taip yra dėl skirtingų šviesos šaltinių, sugeriančių ir perduodančių medžiagų (pluoštų) bei detektorių. Jie apima:

  • O juosta 1,260-1,360 nm.
  • E-juostos 1,360-1,460 nm.
  • S juosta 1,460-1,530 nm.
  • C juosta 1,530-1,565 nm.
  • L juosta 1,565-1,625 nm.
  • U juosta 1,625-1,675 nm.

termografija

Termografija arba terminis vaizdavimas yra objektų infraraudonųjų spindulių vaizdavimo tipas. Kadangi visi kūnai spinduliuoja IR diapazone, o spinduliavimo intensyvumas didėja didėjant temperatūrai, jį aptikti ir fotografuoti galima naudoti specializuotas kameras su IR jutikliais. Jei objektai yra labai karšti artimųjų infraraudonųjų spindulių arba matomoje srityje, ši technika vadinama pirometrija.

Termografija nepriklauso nuo matomos šviesos apšvietimo. Todėl aplinką galima „matyti“ ir tamsoje. Ypač šilti objektai, įskaitant žmones ir šiltakraujus gyvūnus, puikiai išsiskiria šaltesniame fone. Infraraudonųjų spindulių kraštovaizdžio fotografija pagerina objektų atvaizdavimą pagal jų šilumos išeigą: mėlynas dangus ir vanduo atrodo beveik juodi, o žalia žalumynai ir oda – šviesūs.

Istoriškai termografija buvo plačiai naudojama kariuomenės ir saugumo tarnybose. Be to, jis randa daugybę kitų naudojimo būdų. Pavyzdžiui, ugniagesiai naudoja jį norėdami pamatyti dūmus, surasti žmones ir rasti karštąsias vietas gaisro metu. Termografija gali atskleisti nenormalų audinių augimą ir elektroninių sistemų bei grandinių defektus dėl padidėjusios šilumos gamybos. Elektros linijas prižiūrintys elektrikai gali aptikti perkaitusias jungtis ir dalis, kurios rodo gedimą, ir pašalinti galimus pavojus. Sugedus šilumos izoliacijai statybų specialistai gali pamatyti šilumos nuotėkius ir pagerinti vėsinimo ar šildymo sistemų efektyvumą. Kai kuriose aukščiausios klasės transporto priemonėse yra sumontuoti termovizoriai, padedantys vairuotojui. Termografinis vaizdas gali būti naudojamas tam tikroms žmonių ir šiltakraujų gyvūnų fiziologinėms reakcijoms stebėti.

Šiuolaikinės termo kameros išvaizda ir veikimo būdas nesiskiria nuo įprastos vaizdo kameros. Galimybė matyti infraraudonųjų spindulių šviesoje yra tokia naudinga funkcija, kad galimybė įrašyti vaizdus dažnai yra neprivaloma, o įrašymo įrenginys ne visada pasiekiamas.

Kiti vaizdai

IR fotografijoje artimas infraraudonųjų spindulių diapazonas fiksuojamas naudojant specialius filtrus. Skaitmeninės kameros dažniausiai blokuoja IR spinduliuotę. Tačiau pigios kameros, neturinčios tinkamų filtrų, gali „matyti“ artimame IR diapazone. Tokiu atveju paprastai nematoma šviesa atrodo ryškiai balta. Tai ypač pastebima fotografuojant šalia apšviestų infraraudonųjų spindulių objektų (pvz., lempų), kur dėl atsiradusio triukšmo vaizdas išblunka.

Taip pat verta paminėti T-spindulio vaizdavimą, kuris yra vaizduojamas tolimojo terahercų diapazone. Ryškių šaltinių trūkumas daro šiuos vaizdus techniškai sunkesnius nei dauguma kitų IR vaizdo gavimo metodų.

LED ir lazeriai

Žmogaus sukurti infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai, be karštų objektų, yra šviesos diodai ir lazeriai. Pirmieji yra nedideli, nebrangūs optoelektroniniai prietaisai, pagaminti iš puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip galio arsenidas. Jie naudojami kaip optoizoliatoriai ir kaip šviesos šaltiniai kai kuriose šviesolaidinio ryšio sistemose. Galingi optiškai pumpuojami IR lazeriai veikia anglies dioksido ir anglies monoksido pagrindu. Jie naudojami cheminėms reakcijoms ir izotopų atskyrimui inicijuoti ir modifikuoti. Be to, jie naudojami lidar sistemose atstumui iki objekto nustatyti. Infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai taip pat naudojami automatinių savaiminio fokusavimo kamerų tolimačiuose, įsilaužimo signalizacijos ir optinių naktinio matymo įrenginių.

IR imtuvai

IR detektoriai apima termiškai jautrius įtaisus, tokius kaip termoporos detektoriai, bolometrai (kai kurie yra atšaldomi iki beveik absoliutaus nulio, kad būtų sumažintas paties detektoriaus trikdžiai), fotovoltiniai elementai ir fotolaidininkai. Pastarieji gaminami iš puslaidininkinių medžiagų (pvz., silicio ir švino sulfido), kurių elektrinis laidumas didėja veikiant infraraudoniesiems spinduliams.

Šildymas

Infraraudonoji spinduliuotė naudojama šildymui, pavyzdžiui, pirčių šildymui ir orlaivių sparnų ledo šalinimui. Be to, jis vis dažniau naudojamas asfaltui tirpdyti tiesiant naujus kelius ar remontuojant pažeistas vietas. IR spinduliuotė gali būti naudojama gaminant ir šildant maistą.

Ryšys

IR bangos ilgiai naudojami duomenims perduoti nedideliais atstumais, pvz., tarp kompiuterių periferinių įrenginių ir asmeninių skaitmeninių asistentų. Šie įrenginiai paprastai atitinka IrDA standartus.

IR ryšys paprastai naudojamas patalpose, kuriose yra didelis gyventojų tankis. Tai yra labiausiai paplitęs būdas valdyti įrenginius nuotoliniu būdu. Infraraudonųjų spindulių savybės neleidžia jiems prasiskverbti pro sienas, todėl jie nesąveikauja su kaimyninėse patalpose esančiais prietaisais. Be to, IR lazeriai naudojami kaip šviesos šaltiniai šviesolaidinio ryšio sistemose.

Spektroskopija

Infraraudonosios spinduliuotės spektroskopija yra technologija, naudojama nustatyti (pirmiausia) organinių junginių struktūras ir sudėtį, tiriant infraraudonosios spinduliuotės perdavimą per mėginius. Jis pagrįstas medžiagų savybėmis sugerti tam tikrus jo dažnius, kurie priklauso nuo mėginio molekulių tempimo ir lenkimo.

Molekulių ir medžiagų infraraudonųjų spindulių sugerties ir emisijos charakteristikos suteikia svarbios informacijos apie kietose medžiagose esančių molekulių, atomų ir jonų dydį, formą ir cheminį ryšį. Sukimosi ir vibracijos energijos yra kvantuojamos visose sistemose. Energijos hν IR spinduliuotė, kurią skleidžia arba sugeria tam tikra molekulė arba medžiaga, yra kai kurių vidinių energijos būsenų skirtumo matas. Jas savo ruožtu lemia atominė masė ir molekuliniai ryšiai. Dėl šios priežasties infraraudonųjų spindulių spektroskopija yra galingas įrankis, leidžiantis nustatyti vidinę molekulių ir medžiagų struktūrą arba, kai tokia informacija jau žinoma ir pateikta lentelėse, jų kiekius. IR spektroskopijos metodai dažnai naudojami nustatant archeologinių egzempliorių sudėtį, taigi ir kilmę bei amžių, taip pat meno kūrinių ir kitų daiktų, kurie žiūrint matomoje šviesoje primena originalus, klastotes.

Infraraudonųjų spindulių nauda ir žala

Ilgųjų bangų infraraudonoji spinduliuotė medicinoje naudojama šiais tikslais:

  • kraujospūdžio normalizavimas skatinant kraujotaką;
  • organizmo valymas nuo sunkiųjų metalų druskų ir toksinų;
  • pagerinti smegenų kraujotaką ir atmintį;
  • hormonų lygio normalizavimas;
  • vandens ir druskos balanso palaikymas;
  • apriboti grybų ir mikrobų plitimą;
  • anestezija;
  • palengvinti uždegimą;
  • imuniteto stiprinimas.

Tuo pačiu metu infraraudonoji spinduliuotė gali būti žalinga sergant ūminėmis pūlingomis ligomis, kraujavimu, ūmiu uždegimu, kraujo ligomis, piktybiniais navikais. Nekontroliuojamas ilgalaikis poveikis sukelia odos paraudimą, nudegimus, dermatitą, šilumos smūgį. Trumpųjų bangų infraraudonieji spinduliai yra pavojingi akims – gali išsivystyti fotofobija, katarakta, pablogėti regėjimas. Todėl šildymui turi būti naudojami tik ilgųjų bangų spinduliuotės šaltiniai.

ĮVADAS

Savo prigimties netobulumas, kompensuojamas intelekto lankstumu, nuolat pastūmėjo žmogų ieškoti. Noras skristi kaip paukštis, plaukti kaip žuvis ar, tarkim, matyti naktį kaip katė, buvo įkūnytas realybėje, nes buvo pasiektos reikiamos žinios ir technologijos. Mokslinius tyrimus dažnai paskatino karinės veiklos poreikiai, o rezultatus lėmė esamas technologinis lygis.

Regėjimo diapazono išplėtimas, kad būtų galima vizualizuoti akiai neprieinamą informaciją, yra viena iš sunkiausių užduočių, nes tam reikia rimto mokslinio pasirengimo ir nemažos techninės bei ekonominės bazės. Pirmieji sėkmingi rezultatai šia kryptimi buvo gauti 1930 m. Stebėjimo prasto apšvietimo sąlygomis problema tapo ypač aktuali Antrojo pasaulinio karo metais.

Natūralu, kad įdėtos pastangos šia kryptimi lėmė pažangą mokslinių tyrimų, medicinos, ryšių technologijų ir kitose srityse.

INFRAUDONŲJŲ SPINDULIŲ FIZIKA

Infraraudonoji spinduliuotė- elektromagnetinė spinduliuotė, užimanti spektrinę sritį tarp matomos šviesos raudonojo galo (kurios bangos ilgis (= m) ir trumposios bangos radijo spinduliuotės (= m). Infraraudonąją spinduliuotę 1800 m. atrado anglų mokslininkas W. Herschelis. Praėjus 123 metams po atradus infraraudonąją spinduliuotę, sovietų fizikas A. A. Glagoleva-Arkadjeva gavo maždaug 80 mikronų bangos ilgio radijo bangas, t. y. esančias infraraudonųjų bangų ilgių diapazone. Tai įrodė, kad šviesa, infraraudonieji spinduliai ir radijo bangos yra tos pačios prigimties. yra tik įprastų elektromagnetinių bangų atmainos.

Infraraudonoji spinduliuotė taip pat vadinama „termine“ spinduliuote, nes visi kūnai, kieti ir skysti, įkaitinti iki tam tikros temperatūros, spinduliuoja energiją infraraudonųjų spindulių spektre.

IR ŠALTINIAI

PAGRINDINIAI KAI KURIŲ OBJEKTŲ IR SPINDULIAVIMO ŠALTINIAI

Infraraudonoji spinduliuotė iš balistinių raketų ir kosminių objektų

orlaivių infraraudonoji spinduliuotė

Infraraudonoji spinduliuotė iš paviršinių laivų

žygiuojantis fakelas

variklis, kuris yra degančių dujų srautas, pernešantis kietąsias pelenų ir suodžių daleles, kurios susidaro degant raketiniam kurui.

Raketos korpusas.

Žemė, kuri atspindi kai kuriuos į ją patekusius saulės spindulius.

Pati Žemė.

Saulės, Žemės, Mėnulio ir kitų šaltinių spinduliuotė atsispindi nuo orlaivio sklandmens.

Turboreaktyvinio variklio ilgintuvo vamzdžio ir antgalio arba stūmoklinių variklių išmetimo vamzdžių savaiminė spinduliuotė.

Nuosavas išmetamųjų dujų srovės šiluminis spinduliavimas.

Sava orlaivio odos šiluminė spinduliuotė, atsirandanti dėl aerodinaminio įkaitimo skrendant dideliu greičiu.

Dūmtraukio korpusas.

išmetimas

kamino skylė

PAGRINDINĖS IR SPINDULIACIJOS SAVYBĖS

1. Praeina per kai kuriuos nepermatomus kūnus, taip pat ir per lietų,

migla, sniegas.

2. Sukuria cheminį poveikį fotografinėms plokštėms.

3. Sugeria medžiaga, ją šildo.

4. Germanyje sukelia vidinį fotoelektrinį efektą.

5. Nematomas.

6. Geba trikdžių ir difrakcijos reiškiniams.

7. Registruoti terminiais metodais, fotoelektriniais ir

fotografinis.

IR CHARAKTERISTIKOS

Vidinis atspindėtas slopinimas Fizinis

terminiai objektai IR IR spinduliuotės savybės IR

radiacinė spinduliuotė atmosferoje radiaciniai fonai

Charakteristikos

Pagrindinis sąvokas

Įkaitusių kūnų nuosava šiluminė spinduliuotė

Pagrindinė koncepcija yra visiškai juodas kūnas. Absoliučiai juodas kūnas yra kūnas, kuris sugeria visą spinduliuotę, patenkančią į jį bet kuriuo bangos ilgiu. Juodojo kūno spinduliuotės intensyvumo pasiskirstymas (z / n Planck): , kur yra spinduliuotės spektrinis ryškumas esant temperatūrai T, yra bangos ilgis mikronais, C1 ir C2 yra pastovūs koeficientai: C1 \u003d 1,19 * W * mikronai * cm * sr,

С2=1,44*μm*deg. Didžiausias bangos ilgis (Viena dėsnis): čia T – absoliuti kūno temperatūra.

Integrinis spinduliuotės tankis – Stefano – Boltzmanno dėsnis:

IR spinduliuotė, kurią atspindi objektai

Maksimali saulės spinduliuotė, kuri lemia atsispindėjusią dedamąją, atitinka trumpesnius nei 0,75 μm bangos ilgius, o 98% visos saulės spinduliuotės energijos patenka į spektrinę sritį iki 3 μm. Dažnai šis bangos ilgis laikomas riba, skiriančia atspindėtus (saulės) ir vidinius objektų IR spinduliuotės komponentus. Todėl galima daryti prielaidą, kad artimoje IR spektro dalyje (iki 3 μm) atspindintis komponentas yra lemiamas ir spinduliuotės pasiskirstymas per objektus priklauso nuo atspindžio koeficiento ir apšvitos pasiskirstymo. Tolimojoje IR spektro dalyje lemiamą reikšmę turi objektų savaiminė spinduliuotė, o spinduliuotės pasiskirstymas jų plote priklauso nuo spinduliuotės ir temperatūros pasiskirstymo.

Vidutinės bangos IR spektro dalyje reikia atsižvelgti į visus keturis parametrus.

IR spinduliuotės susilpnėjimas atmosferoje

IR bangos ilgio diapazone yra keletas skaidrumo langų, o atmosferos perdavimo priklausomybė nuo bangos ilgio yra labai sudėtinga. IR spinduliuotės susilpnėjimą lemia vandens garų ir dujų komponentų, daugiausia anglies dvideginio ir ozono, sugerties juostos, taip pat spinduliuotės sklaidos reiškiniai. Žiūrėkite paveikslėlį „IR absorbcija“.

IR spinduliuotės fonų fizinės ypatybės

IR spinduliuotę sudaro du komponentai: savoji šiluminė spinduliuotė ir atspindėta (išsklaidyta) Saulės ir kitų išorinių šaltinių spinduliuotė. Trumpesniuose nei 3 μm bangų ilgių diapazone dominuoja atspindėta ir išsklaidyta saulės spinduliuotė. Šiame bangos ilgio diapazone, kaip taisyklė, galima nepaisyti vidinės fono šiluminės spinduliuotės. Priešingai, bangų ilgių diapazone, viršijančiame 4 μm, vyrauja vidinė fonų šiluminė spinduliuotė, o atsispindėjusios (išsklaidytos) saulės spinduliuotės galima nepaisyti. 3-4 mikronų bangos ilgių diapazonas yra tarsi pereinamasis. Šiame diapazone pastebimas ryškus fono darinių ryškumo minimumas.

IR ABSORBCIJOS

Atmosferos perdavimo spektras artimojo ir vidutinio infraraudonųjų spindulių srityje (1,2-40 µm) jūros lygyje (apatinė kreivė diagramose) ir 4000 m aukštyje (viršutinė kreivė); submilimetrų diapazone (300-500 mikronų) radiacija nepasiekia Žemės paviršiaus.

POVEIKIS ŽMONĖMS

Nuo seniausių laikų žmonės puikiai žinojo apie naudingą šilumos arba, moksline prasme, infraraudonųjų spindulių galią.

Infraraudonųjų spindulių spektre yra sritis, kurios bangos ilgis yra maždaug nuo 7 iki 14 mikronų (vadinamoji ilgosios bangos ilgio infraraudonųjų spindulių diapazono dalis), kuri turi tikrai unikalų teigiamą poveikį žmogaus organizmui. Ši infraraudonosios spinduliuotės dalis atitinka paties žmogaus kūno spinduliuotę, kurios maksimumas yra apie 10 mikronų bangos ilgio. Todėl mūsų kūnas bet kokią išorinę spinduliuotę su tokio ilgio bangomis suvokia kaip „savo“. Garsiausias natūralus infraraudonųjų spindulių šaltinis mūsų Žemėje yra Saulė, o garsiausias dirbtinis ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių šaltinis Rusijoje yra rusiška krosnelė, ir kiekvienas žmogus tikrai patyrė teigiamą jų poveikį. Maisto gaminimas naudojant infraraudonųjų spindulių bangas daro maistą ypač skanų, išsaugo vitaminus ir mineralus, neturi nieko bendra su mikrobangų krosnelėmis.

Įtakojant žmogaus kūną ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių diapazono dalyje, galima gauti reiškinį, vadinamą "rezonansine absorbcija", kai išorinė energija bus aktyviai absorbuojama kūno. Dėl šio poveikio padidėja potenciali kūno ląstelės energija, o nesurištas vanduo iš jos išeina, padidėja specifinių ląstelių struktūrų aktyvumas, imunoglobulinų lygis, fermentų ir estrogenų aktyvumas, vyksta kitos biocheminės reakcijos. Tai taikoma visų tipų kūno ląstelėms ir kraujui.

OBJEKTŲ IR VAIZDŲ SAVYBĖS

Infraraudonųjų spindulių vaizdai turi neįprastą kontrastų pasiskirstymą tarp žinomų objektų stebėtojui dėl kitokio objektų paviršių optinių charakteristikų pasiskirstymo IR diapazone, palyginti su matoma spektro dalimi. IR spinduliuotė leidžia IR vaizduose aptikti objektus, kurių įprastose nuotraukose nematyti. Galite nustatyti pažeistų medžių ir krūmų vietas, taip pat atskleisti ką tik nupjautos augmenijos naudojimą objektams maskuoti. Skirtingas tonų perdavimas vaizduose paskatino sukurti vadinamąjį kelių zonų fotografavimą, kai ta pati objektų plokštumos atkarpa vienu metu fotografuojama skirtingose ​​spektro zonose kelių zonų kamera.

Kitas IR vaizdų bruožas, būdingas šiluminiams žemėlapiams, yra tai, kad, be atspindėtos spinduliuotės, jų formavimas apima ir vidinę spinduliuotę, o kai kuriais atvejais tik ją. Savispinduliavimą lemia objektų paviršių spinduliuotė ir jų temperatūra. Tai leidžia šiluminiuose žemėlapiuose atpažinti įkaitusius paviršius ar jų sritis, kurios nuotraukose visiškai nematomos, o šilumos vaizdus naudoti kaip informacijos apie objekto temperatūros būseną šaltinį.

IR vaizdai taip pat suteikia informacijos apie objektus, kurių fotografavimo metu nebėra. Taigi, pavyzdžiui, aikštelės paviršiuje orlaivio stovėjimo aikštelėje kurį laiką išsaugomas jo terminis portretas, kurį galima įrašyti IR vaizde.

Ketvirtasis šilumos žemėlapių bruožas – galimybė registruoti objektus tiek nesant krintančios spinduliuotės, tiek nesant temperatūrų skirtumų; tik dėl jų paviršių spinduliuotės skirtumų. Ši savybė leidžia stebėti objektus visiškoje tamsoje ir tokiomis sąlygomis, kai temperatūrų skirtumai išlyginami iki nepastebimo. Esant tokioms sąlygoms, nedažyti metaliniai paviršiai su maža spinduliuote ypač aiškiai atpažįstami nemetalinių objektų fone, kurie atrodo šviesesni („tamsūs“), nors jų temperatūra yra vienoda.

Kitas šilumos žemėlapių bruožas yra susijęs su dienos metu vykstančių šiluminių procesų dinamiškumu.Susiję su natūralia paros temperatūrų eiga, visi žemės paviršiuje esantys objektai dalyvauja nuolat vykstančiame šilumos mainų procese. Tuo pačiu kiekvieno kūno temperatūra priklauso nuo šilumos perdavimo sąlygų, aplinkos fizinių savybių, šio objekto būdingų savybių (šilumos talpos, šilumos laidumo) ir kt. Atsižvelgiant į šiuos veiksnius, temperatūros santykis gretimi objektai keičiasi per dieną, todėl skirtingu laiku gauti šilumos žemėlapiai net iš tų pačių objektų skiriasi vienas nuo kito.

INFRAUDONŲJŲ SPINDULIŲ TAIKYMAS

Dvidešimt pirmame amžiuje infraraudonosios spinduliuotės įvedimas į mūsų gyvenimą prasidėjo. Dabar jis taikomas pramonėje ir medicinoje, kasdieniame gyvenime ir žemės ūkyje. Jis yra universalus ir gali būti naudojamas įvairiems tikslams. Jie naudojami kriminalistikoje, fizioterapijoje, pramonėje dažytiems gaminiams džiovinti, pastatų sienoms, medienai, vaisiams. Gaukite objektų vaizdus tamsoje, naktinio matymo prietaisus (naktinį žiūroną), rūką.

Naktinio matymo prietaisai – kartų istorija

Nulinė karta

"Stiklas drobės"

Trijų ir dviejų elektrodų sistemos

    Fotokatodas

    Rankogalis

  1. Fokusavimo elektrodas

30-ųjų vidurys

Philips tyrimų centras, Olandija

Užsienyje – Zworykin, Farnsvord, Morton ir von Ardenne; SSRS – G.A. Grinbergas, A.A. Artsimovičius

Šis vaizdo stiprintuvo vamzdelis susideda iš dviejų vienas kitame įdėtų puodelių, kurių plokščiuose dugnuose buvo nusodintas fotokatodas ir fosforas. Šiems sluoksniams pritaikyta aukštos įtampos įtampa sukūrė

elektrostatinis laukas, užtikrinantis tiesioginį elektroninio vaizdo perkėlimą iš fotokatodo į ekraną su fosforu. Kaip šviesai jautrus Holsto stiklo sluoksnis buvo naudojamas sidabro-deguonies-cezio fotokatodas, kurio jautrumas buvo gana žemas, nors veikė iki 1,1 μm diapazone. Be to, šis fotokatodas turėjo aukštą triukšmo lygį, todėl norint jį pašalinti reikėjo atvėsinti iki minus 40°C.

Elektroninės optikos pažanga leido pakeisti tiesioginį vaizdo perdavimą fokusavimu elektrostatiniu lauku. Didžiausias vaizdo stiprintuvo vamzdžio su elektrostatiniu vaizdo perdavimu trūkumas yra staigus raiškos kritimas nuo regėjimo lauko centro iki kraštų dėl kreivinio elektroninio vaizdo nesutapimo su plokščiu fotokatodu ir ekranu. Norėdami išspręsti šią problemą, jie pradėjo juos daryti sferinius, o tai labai apsunkino lęšių, paprastai skirtų plokštiems paviršiams, dizainą.

Pirmoji karta

Daugiapakopiai vaizdo stiprintuvai

SSRS, M.M. Bootslovas

firmos RCA, ITT (JAV), Philips (Nyderlandai)

Plano-įgaubti lęšiai buvo sukurti remiantis šviesolaidinėmis plokštėmis (FOP), kurios yra daugelio šviesos diodų paketas, ir buvo pradėti montuoti vietoj įvesties ir išvesties langų. Ant plokščio FOP paviršiaus projektuojamas optinis vaizdas be iškraipymų perduodamas į įgaubtą pusę, o tai užtikrina plokščių fotokatodo ir ekrano paviršių konjugaciją su kreiviniu elektronų lauku. Dėl VOP naudojimo raiška visame matymo lauke tapo tokia pati kaip centre.

Antroji karta

Antrinės emisijos stiprintuvas

Pseudožiūronas

1- fotokatodas

3- mikro kanalų plokštelė

4 - ekranas

70-aisiais

JAV firmos

firma "Praxitronic" (Vokietija)

Šis elementas yra sietas su reguliariais tarpais maždaug 10 µm skersmens ir ne daugiau kaip 1 mm storio kanalais. Kanalų skaičius yra lygus vaizdo elementų skaičiui ir yra 10 6 . Abu mikrokanalinės plokštės (MCP) paviršiai yra poliruoti ir metalizuoti, tarp jų taikoma kelių šimtų voltų įtampa.

Patekęs į kanalą, elektronas susiduria su siena ir išmuša antrinius elektronus. Traukiamame elektriniame lauke šis procesas kartojamas daug kartų, todėl NxlO padidėjimas yra 4 kartus. MCP kanalams gauti naudojamas heterogeninės cheminės sudėties optinis pluoštas.

Buvo sukurti vaizdo stiprintuvai su dviplanės konstrukcijos MCP, tai yra be elektrostatinio lęšio, savotiškas technologinis grįžimas į tiesioginį, kaip „Holsto stikle“, vaizdo perdavimą. Gauti miniatiūriniai vaizdo stiprintuvai leido sukurti pseudobinokulinės sistemos naktinio matymo akinius (NVG), kai vaizdas iš vieno vaizdo stiprintuvo vamzdelio yra padalintas į du okuliarus naudojant spindulį skaidančią prizmę. Vaizdo pasukimas čia atliekamas papildomais mini objektyvais.

trečioji karta

Vaizdo stiprintuvas P + ir SUPER II +

prasidėjo nuo 70-ųjų iki mūsų laikų

daugiausia Amerikos kompanijų

Ilgalaikė mokslo plėtra ir sudėtinga gamybos technologija, lemianti aukštą trečios kartos vaizdo stiprintuvo vamzdžio kainą, kompensuojama itin dideliu fotokatodo jautrumu. Kai kurių mėginių integruotas jautrumas siekia 2000 mA/W, kvantinė išeiga (išspinduliuotų elektronų skaičiaus ir kvantų, krintančių ant fotokatodo skaičiaus santykis, kurio bangos ilgis yra didžiausio jautrumo srityje) viršija 30%! Tokių vaizdo stiprintuvų vamzdžių resursas yra apie 3000 valandų, kaina nuo 600 iki 900 USD, priklausomai nuo konstrukcijos.

PAGRINDINĖS VAIZDO CHARAKTERISTIKOS

Vaizdo stiprintuvo kartos

Fotokatodo tipas

Integralinis

jautrumas,

Jautrumas į

bangos ilgiai 830-850

pelnas,

Įperkama

diapazonas

pripažinimas

žmonių figūros

natūralaus naktinio apšvietimo sąlygos, m

"Stiklas drobės"

apie 1, IR apšvietimas

tik mėnulio šviesoje arba infraraudonųjų spindulių apšvietime

Super II+ arba II++

Infraraudonoji spinduliuotė – elektromagnetinė spinduliuotė bangų ilgių diapazone nuo m namų.Infraraudonosios (IR) spinduliuotės šaltiniu gali būti laikomas bet koks kūnas (dujinis, skystas, kietas), kurio temperatūra aukštesnė už absoliutų nulį (-273 °C). Žmogaus regėjimo analizatorius nesuvokia spindulių infraraudonųjų spindulių diapazone. Todėl specifiniai demaskuojantys ženklai šiame diapazone gaunami naudojant specialius prietaisus (naktinį matymą, termovizorius), kurių skiriamoji geba yra prastesnė nei žmogaus akies. Bendruoju atveju IR diapazone esančio objekto demaskavimo ypatybės apima: 1) objekto išvaizdos geometrines charakteristikas (formą, matmenis, paviršiaus detales); 2) paviršiaus temperatūra. Infraraudonieji spinduliai yra visiškai saugūs žmogaus organizmui, skirtingai nei rentgeno spinduliai, ultravioletiniai spinduliai ar mikrobangos. Nėra tokios zonos, kur natūralus šilumos perdavimo būdas nebūtų naudingas. Juk visi žino, kad žmogus negali tapti protingesnis už gamtą, galime tik ją mėgdžioti.

BIBLIOGRAFIJA

1. Kurbatovas L.N. Trumpas naktinio matymo prietaisų, pagrįstų elektroniniais optiniais keitikliais ir vaizdo stiprintuvais, kūrimo istorija // Vopr. Gynyba. Technikai. Ser. 11. - 1994 m

2. Koščavcevas N.F., Volkovas V.G. Naktinio matymo prietaisai//Vopr. Gynyba. Technikai. Ser. P. - 1993 - Laida. 3 (138).

3. Lecomte J., Infraraudonoji spinduliuotė. M.: 2002. 410 p.

4. Men'shakov Yu.K., M51 Objektų ir informacijos apsauga nuo techninių žvalgybos priemonių. M.: Rusų. valstybė. Humanitas. Ut, 2002. 399 p.

Gama spinduliuotė jonizuojantis relikvija Magnetinis dreifas dviejų fotonų Spontaniškas priverstas

Infraraudonoji spinduliuotė- elektromagnetinė spinduliuotė, užimanti spektrinę sritį tarp matomos šviesos raudonojo galo (kurios bangos ilgis λ = 0,74 µm) ir mikrobangų spinduliuotės (λ ~ 1-2 mm).

Infraraudonosios spinduliuotės medžiagų optinės savybės labai skiriasi nuo matomos spinduliuotės savybių. Pavyzdžiui, kelių centimetrų vandens sluoksnis yra nepermatomas infraraudoniesiems spinduliams, kurių λ = 1 µm. Infraraudonoji spinduliuotė sudaro didžiąją dalį kaitinamųjų lempų, dujų išlydžio lempų spinduliuotės, apie 50% Saulės spinduliuotės; Kai kurie lazeriai skleidžia infraraudonąją spinduliuotę. Jai registruoti jie naudoja šiluminius ir fotoelektrinius imtuvus, taip pat specialias fotografines medžiagas.

Dabar visas infraraudonosios spinduliuotės diapazonas yra padalintas į tris komponentus:

  • trumpųjų bangų sritis: λ = 0,74-2,5 µm;
  • vidutinės bangos sritis: λ = 2,5-50 µm;
  • ilgosios bangos sritis: λ = 50-2000 µm;

Neseniai šio diapazono ilgosios bangos kraštas buvo išskirtas į atskirą, nepriklausomą elektromagnetinių bangų diapazoną - terahercinė spinduliuotė(submilimetro spinduliuotė).

Infraraudonoji spinduliuotė taip pat vadinama „šilumos“ spinduliuote, nes šildomų objektų infraraudonąją spinduliuotę žmogaus oda suvokia kaip šilumos pojūtį. Šiuo atveju kūno skleidžiami bangų ilgiai priklauso nuo šildymo temperatūros: kuo aukštesnė temperatūra, tuo trumpesnis bangos ilgis ir didesnis spinduliavimo intensyvumas. Absoliučiai juodo kūno spinduliuotės spektras santykinai žemoje (iki kelių tūkstančių kelvinų) temperatūroje daugiausia yra šiame diapazone. Infraraudonąją spinduliuotę skleidžia sužadinti atomai arba jonai.

Atradimų istorija ir bendrosios charakteristikos

Infraraudonąją spinduliuotę 1800 metais atrado anglų astronomas W. Herschelis. Užsiimdamas Saulės tyrimais, Herschelis ieškojo būdo, kaip sumažinti prietaiso, kuriuo buvo atliekami stebėjimai, įkaitimą. Naudodamas termometrus skirtingų matomo spektro dalių poveikiui nustatyti, Herschelis nustatė, kad „maksimali šiluma“ slypi už prisotintos raudonos spalvos ir, galbūt, „už matomos refrakcijos“. Šis tyrimas buvo infraraudonosios spinduliuotės tyrimo pradžia.

Anksčiau kaip laboratoriniai infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai buvo tik kaitriniai kūnai arba elektros iškrovos dujose. Dabar kietojo kūno ir molekulinių dujų lazerių pagrindu sukurti modernūs reguliuojamo ar fiksuoto dažnio infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai. Norint registruoti spinduliuotę artimojo infraraudonųjų spindulių srityje (iki ~1,3 μm), naudojamos specialios fotografinės plokštelės. Platesnį jautrumo diapazoną (iki maždaug 25 mikronų) turi fotoelektriniai detektoriai ir fotorezistoriai. Spinduliuotė tolimojoje infraraudonųjų spindulių srityje fiksuojama bolometrais – detektoriais, jautriais infraraudonųjų spindulių kaitinimui.

IR įranga plačiai naudojama tiek karinėse technologijose (pavyzdžiui, raketų nukreipimui), tiek civilinėje (pavyzdžiui, šviesolaidinio ryšio sistemose). IR spektrometrų optiniai elementai yra arba lęšiai ir prizmės, arba difrakcijos gardelės ir veidrodžiai. Siekiant išvengti spinduliuotės sugerties ore, tolimojo IR spektrometrai gaminami vakuuminėje versijoje.

Kadangi infraraudonųjų spindulių spektrai yra susiję su sukimosi ir vibracijos judesiais molekulėje, taip pat su elektroniniais perėjimais atomuose ir molekulėse, IR spektroskopija suteikia svarbios informacijos apie atomų ir molekulių sandarą, taip pat apie kristalų juostų struktūrą.

Taikymas

Vaistas

Infraraudonieji spinduliai naudojami fizioterapijoje.

Nuotolinio valdymo pultas

Infraraudonieji diodai ir fotodiodai plačiai naudojami nuotolinio valdymo pultuose, automatikos sistemose, apsaugos sistemose, kai kuriuose mobiliuosiuose telefonuose (infraraudonieji) ir kt. Infraraudonieji spinduliai neblaško žmogaus dėmesio dėl savo nematomumo.

Įdomu tai, kad buitinio nuotolinio valdymo pultelio infraraudonoji spinduliuotė lengvai fiksuojama naudojant skaitmeninę kamerą.

Dažant

Infraraudonųjų spindulių skleidėjai pramonėje naudojami dažų paviršiams džiovinti. Infraraudonųjų spindulių džiovinimo metodas turi didelių pranašumų, palyginti su tradiciniu konvekciniu metodu. Visų pirma, tai, žinoma, yra ekonominis efektas. Infraraudonųjų spindulių džiovinimo greitis ir energija sunaudojama mažiau nei naudojant tradicinius metodus.

Maisto sterilizacija

Infraraudonųjų spindulių pagalba maisto produktai sterilizuojami dezinfekcijos tikslais.

Antikorozinė priemonė

Infraraudonieji spinduliai naudojami lakuotų paviršių korozijai išvengti.

maisto pramone

Infraraudonosios spinduliuotės naudojimo maisto pramonėje ypatybė yra galimybė elektromagnetinei bangai prasiskverbti į tokius kapiliarų porėtus produktus kaip grūdai, grūdai, miltai ir kt. iki 7 mm gylio. Ši vertė priklauso nuo paviršiaus pobūdžio, struktūros, medžiagos savybių ir spinduliuotės dažnio atsako. Tam tikro dažnio diapazono elektromagnetinė banga turi ne tik šiluminį, bet ir biologinį poveikį produktui, padeda pagreitinti biochemines transformacijas biologiniuose polimeruose (krakmolas, baltymai, lipidai). Konvejeriniai džiovinimo konvejeriai gali būti sėkmingai naudojami klojant grūdus grūdų sandėliuose ir miltų malimo pramonėje.

Be to, infraraudonoji spinduliuotė plačiai naudojama patalpų ir lauko erdvių šildymui. Infraraudonųjų spindulių šildytuvai naudojami patalpų (namų, butų, biurų ir kt.) papildomam arba pagrindiniam šildymui organizuoti, taip pat vietiniam lauko patalpų (gatvės kavinių, pavėsinių, verandų) šildymui.

Trūkumas yra žymiai didesnis šildymo netolygumas, kuris yra visiškai nepriimtinas daugelyje technologinių procesų.

Pinigų autentiškumo tikrinimas

Infraraudonųjų spindulių spinduliuotė naudojama pinigų tikrinimo įrenginiuose. Taikant sąskaitą kaip vieną iš saugumo elementų, specialūs metameriniai dažai matomi tik infraraudonųjų spindulių diapazone. Infraraudonųjų spindulių valiutos detektoriai yra labiausiai be klaidų prietaisai pinigų autentiškumui patikrinti. Infraraudonųjų spindulių žymenų klijavimas banknotams, skirtingai nei ultravioletiniai, padirbinėtojams yra brangus, todėl ekonomiškai nenaudingas. Todėl banknotų detektoriai su įmontuotu IR spinduliuote šiandien yra patikimiausia apsauga nuo padirbinėjimo.

pavojus sveikatai

Stipri infraraudonoji spinduliuotė labai karštose vietose gali būti pavojinga akims. Pavojingiausia, kai spinduliuotės nelydi matoma šviesa. Tokiose vietose būtina dėvėti specialius apsauginius akinius akims.

taip pat žr

Kiti šilumos perdavimo būdai

IR spektrų registravimo (įrašymo) metodai.

Pastabos

Nuorodos