Kako nastane infrardeče sevanje? Koristne in škodljive lastnosti infrardečega sevanja na človeka

Infrardeče sevanje- elektromagnetno sevanje, ki zavzema spektralno območje med rdečim koncem vidne svetlobe (z valovno dolžino λ = 0,74 mikrona in frekvenco 430 THz) in mikrovalovno radijsko sevanje (λ ~ 1-2 mm, frekvenca 300 GHz).

Celotno območje infrardečega sevanja je pogojno razdeljeno na tri področja:

Dolgovalovni rob tega območja včasih ločimo v ločeno območje elektromagnetnih valov - teraherčno sevanje (submilimetrsko sevanje).

Infrardeče sevanje imenujemo tudi "toplotno sevanje", saj infrardeče sevanje segretih predmetov človeška koža zaznava kot občutek toplote. V tem primeru so valovne dolžine, ki jih oddaja telo, odvisne od temperature segrevanja: višja kot je temperatura, krajša je valovna dolžina in večja je intenzivnost sevanja. Emisijski spekter absolutno črnega telesa pri relativno nizkih (do nekaj tisoč Kelvinov) temperaturah leži predvsem v tem območju. Infrardeče sevanje oddajajo vzbujeni atomi ali ioni.

Enciklopedični YouTube

    1 / 3

    ✪ 36 Infrardeče in ultravijolično sevanje Lestvica elektromagnetnega valovanja

    ✪ Eksperimenti v fiziki. Odboj infrardečega sevanja

    ✪ Električno ogrevanje (infrardeče ogrevanje). Kateri ogrevalni sistem izbrati?

    Podnapisi

Zgodovina odkritja in splošne značilnosti

Infrardeče sevanje je leta 1800 odkril angleški astronom W. Herschel. Ko se je ukvarjal s preučevanjem Sonca, je Herschel iskal način za zmanjšanje segrevanja instrumenta, s katerim so bila opazovana. Z uporabo termometrov za določanje učinkov različnih delov vidnega spektra je Herschel ugotovil, da je "največja toplota" za nasičeno rdečo barvo in morda "za vidnim lomom". Ta študija je zaznamovala začetek študija infrardečega sevanja.

Prej so bili laboratorijski viri infrardečega sevanja izključno žarilna telesa ali električne razelektritve v plinih. Zdaj so na osnovi polprevodniških in molekularnih plinskih laserjev ustvarjeni sodobni viri infrardečega sevanja z nastavljivo ali fiksno frekvenco. Za registracijo sevanja v bližnjem infrardečem območju (do ~1,3 μm) se uporabljajo posebne fotografske plošče. Širši razpon občutljivosti (do približno 25 mikronov) imajo fotoelektrični detektorji in fotoupori. Sevanje v daljnem infrardečem območju beležijo bolometri - detektorji, občutljivi na segrevanje z infrardečim sevanjem.

IR oprema se pogosto uporablja tako v vojaški tehnologiji (na primer za vodenje raket) kot v civilni tehnologiji (na primer v komunikacijskih sistemih z optičnimi vlakni). Optični elementi v IR spektrometrih so leče in prizme ali uklonske mreže in zrcala. Da bi se izognili absorpciji sevanja v zraku, se spektrometri daleč IR izdelujejo v vakuumski izvedbi.

Ker so infrardeči spektri povezani z rotacijskimi in vibracijskimi gibi v molekuli, pa tudi z elektronskimi prehodi v atomih in molekulah, IR spektroskopija zagotavlja pomembne informacije o strukturi atomov in molekul, pa tudi o pasovni strukturi kristalov.

Infrardeči pasovi

Predmeti običajno oddajajo infrardeče sevanje po celotnem spektru valovnih dolžin, včasih pa je zanimivo le omejeno območje spektra, ker senzorji običajno zbirajo sevanje samo znotraj določene pasovne širine. Tako je infrardeče območje pogosto razdeljeno na manjša območja.

Običajna shema delitve

Najpogostejša razdelitev na manjše obsege je naslednja:

Okrajšava Valovna dolžina Energija fotona Značilno
Bližnji infrardeči, NIR 0,75-1,4 µm 0,9-1,7 eV Bližnji IR, na eni strani omejen z vidno svetlobo, na drugi pa s prosojnostjo vode, ki se pri 1,45 µm znatno poslabša. V tem območju delujejo široko razširjene infrardeče LED diode in laserji za optične komunikacijske sisteme iz vlaken in zraka. V tem območju so občutljive tudi video kamere in naprave za nočno opazovanje, ki temeljijo na elektronkah za ojačenje slike.
Kratkovalovna infrardeča svetloba, SWIR 1,4-3 µm 0,4-0,9 eV Absorpcija elektromagnetnega sevanja v vodi se znatno poveča pri 1450 nm. Območje 1530-1560 nm prevladuje v območju dolgih razdalj.
Infrardeči signal srednje valovne dolžine, MWIR 3-8 µm 150-400 meV V tem območju začnejo sevati telesa, segreta na nekaj sto stopinj Celzija. V tem območju so občutljive toplotne glave navajanje sistemov zračne obrambe in tehničnih toplotnih slik.
Dolgovalovni infrardeči, LWIR 8-15 µm 80-150 meV V tem območju začnejo sevati telesa s temperaturo okoli nič stopinj Celzija. V tem območju so termovizijske kamere za naprave za nočno opazovanje občutljive.
Daljnji infrardeči, FIR 15 - 1000 µm 1,2-80 meV

shema CIE

Mednarodna komisija za osvetlitev Mednarodna komisija za svetlobo ) priporoča delitev infrardečega sevanja v naslednje tri skupine:

  • 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)

Shema ISO 20473

toplotno sevanje

Toplotno sevanje ali sevanje je prenos energije z enega telesa na drugo v obliki elektromagnetnega valovanja, ki ga oddajajo telesa zaradi svoje notranje energije. Toplotno sevanje je predvsem v infrardečem območju spektra od 0,74 mikronov do 1000 mikronov. Posebnost sevalnega prenosa toplote je, da se lahko izvaja med telesi, ki se nahajajo ne samo v katerem koli mediju, ampak tudi v vakuumu. Primer toplotnega sevanja je svetloba žarnice z žarilno nitko. Moč toplotnega sevanja predmeta, ki ustreza kriterijem absolutno črnega telesa, opisuje Stefan-Boltzmannov zakon. Razmerje med sevalno in absorpcijsko sposobnostjo teles opisuje zakon sevanje Kirchhoff. Toplotno sevanje je ena od treh osnovnih vrst prenosa toplotne energije (poleg toplotne prevodnosti in konvekcije). Ravnotežno sevanje je toplotno sevanje, ki je v termodinamičnem ravnovesju s snovjo.

Aplikacija

Naprava za nočno opazovanje

Obstaja več načinov za vizualizacijo nevidne infrardeče slike:

  • Sodobne polprevodniške video kamere so občutljive v bližnjem infrardečem sevanju. Da bi se izognili barvnim napakam, so navadne gospodinjske video kamere opremljene s posebnim filtrom, ki izloči IR sliko. Kamere za varnostne sisteme praviloma nimajo takšnega filtra. Vendar ponoči ni naravnih virov bližnjega IR, zato brez umetne osvetlitve (na primer infrardečih LED) takšne kamere ne bodo pokazale ničesar.
  • Ojačevalna cev - vakuumska fotoelektronska naprava, ki ojača svetlobo v vidnem in bližnjem infrardečem spektru. Ima visoko občutljivost in lahko daje sliko pri zelo šibki svetlobi. So zgodovinsko prve naprave za nočno opazovanje, ki se pogosto uporabljajo in so trenutno v poceni napravah za nočno opazovanje. Ker delujejo samo v bližnjem IR, potrebujejo, tako kot polprevodniške video kamere, osvetlitev.
  • Bolometer - termični senzor. Bolometri za sisteme tehničnega vida in naprave za nočno opazovanje so občutljivi v območju valovnih dolžin 3..14 mikronov (srednji IR), kar ustreza sevanju teles, segretih od 500 do -50 stopinj Celzija. Tako bolometrične naprave ne potrebujejo zunanje osvetlitve, registrirajo sevanje samih predmetov in ustvarijo sliko temperaturne razlike.

termografija

Infrardeča termografija, toplotna slika ali termični video, je znanstveni način pridobivanja termograma – slike v infrardečih žarkih, ki prikazuje sliko porazdelitve temperaturnih polj. Termografske kamere ali termovizijske kamere zaznavajo sevanje v infrardečem območju elektromagnetnega spektra (približno 900-14000 nanometrov ali 0,9-14 µm) in na podlagi tega sevanja ustvarijo slike, ki omogočajo določitev pregretih ali preohlajenih mest. Ker infrardeče sevanje oddajajo vsi predmeti, ki imajo temperaturo, po Planckovi formuli za sevanje črnega telesa termografija omogoča "videti" okolje z ali brez vidne svetlobe. Količina sevanja, ki ga oddaja predmet, se povečuje z naraščanjem njegove temperature, zato nam termografija omogoča, da vidimo razlike v temperaturi. Ko gledamo skozi termovizijsko kamero, bolje vidimo tople predmete kot ohlajene na sobno temperaturo; ljudje in toplokrvne živali so lažje vidni v okolju, tako podnevi kot ponoči. Posledično lahko spodbujanje uporabe termografije pripišemo vojski in varnostnim službam.

infrardeče nastavljanje

Infrardeča glava za navajanje - glava za navajanje, ki deluje na principu zajemanja infrardečih valov, ki jih oddaja zajeta tarča. Je optično-elektronska naprava, namenjena prepoznavanju tarče glede na okoliško ozadje in izdajanju signala za zajem avtomatski namerilni napravi (APU) ter merjenju in oddajanju signala kotne hitrosti vidne črte. avtopilot.

Infrardeči grelec

Prenos podatkov

Širjenje infrardečih LED, laserjev in fotodiod je omogočilo ustvarjanje brezžičnega optičnega prenosa podatkov na njihovi osnovi. V računalniški tehniki se običajno uporablja za povezavo računalnikov s perifernimi napravami (vmesnik IrDA).Infrardeči kanal je za razliko od radijskega kanala neobčutljiv na elektromagnetne motnje, kar mu omogoča uporabo v industrijskih pogojih. Slabosti infrardečega kanala vključujejo potrebo po optičnih oknih na opremi, pravilno relativno orientacijo naprav, nizke hitrosti prenosa (običajno ne presega 5-10 Mbps, vendar so pri uporabi infrardečih laserjev možne bistveno višje hitrosti). Poleg tega ni zagotovljena tajnost prenosa informacij. V pogojih neposrednega vidnega polja lahko infrardeči kanal omogoča komunikacijo na razdaljah več kilometrov, vendar je najprimernejši za povezovanje računalnikov, ki se nahajajo v istem prostoru, kjer odsevi od sten prostora zagotavljajo stabilno in zanesljivo povezavo. Najbolj naravna vrsta topologije tukaj je "bus" (to pomeni, da oddani signal istočasno sprejmejo vsi naročniki). Infrardečega kanala ni bilo mogoče široko uporabljati, nadomestil ga je radijski kanal.

Toplotno sevanje se uporablja tudi za sprejemanje opozorilnih signalov.

Daljinec

Infrardeče diode in fotodiode se pogosto uporabljajo v daljinskih nadzornih ploščah, avtomatskih sistemih, varnostnih sistemih, nekaterih mobilnih telefonih (infrardeči priključek) itd. Infrardeči žarki zaradi svoje nevidnosti ne odvračajo človekove pozornosti.

Zanimivo je, da je infrardeče sevanje gospodinjskega daljinskega upravljalnika enostavno zajeti z digitalnim fotoaparatom.

Zdravilo

Najbolj razširjeno infrardeče sevanje v medicini najdemo v različnih senzorjih pretoka krvi (PPG).

Splošno razširjeni merilniki srčnega utripa (HR, HR - srčni utrip) in nasičenosti krvi s kisikom (Sp02) uporabljajo zelene (za pulz) ter rdeče in infrardeče (za SpO2) LED diode za sevanje.

Infrardeče lasersko sevanje se uporablja v tehniki DLS (Digital Light Scattering) za določanje frekvence srčnega utripa in značilnosti pretoka krvi.

Infrardeči žarki se uporabljajo v fizioterapiji.

Vpliv dolgovalovnega infrardečega sevanja:

  • Stimulacija in izboljšanje krvnega obtoka Pri izpostavljenosti dolgovalovnemu infrardečemu sevanju na koži pride do draženja kožnih receptorjev in zaradi reakcije hipotalamusa se sprostijo gladke mišice krvnih žil, posledično se žile razširijo.
  • Izboljšanje presnovnih procesov. Toplotni učinek infrardečega sevanja spodbuja aktivnost na celični ravni, izboljša procese nevroregulacije in metabolizma.

Sterilizacija hrane

S pomočjo infrardečega sevanja živila steriliziramo z namenom dezinfekcije.

prehrambena industrija

Značilnost uporabe infrardečega sevanja v živilski industriji je možnost prodiranja elektromagnetnega valovanja v takšne kapilarno porozne izdelke, kot so žita, žita, moka itd. Do globine do 7 mm. Ta vrednost je odvisna od narave površine, strukture, lastnosti materiala in frekvenčnega odziva sevanja. Elektromagnetno valovanje določenega frekvenčnega območja nima samo toplotnega, ampak tudi biološkega učinka na izdelek, pomaga pospešiti biokemične transformacije v bioloških polimerih (

Infrardeče sevanje (IR) je elektromagnetno sevanje z daljšo valovno dolžino od vidne svetlobe, ki sega od nominalnega rdečega konca vidnega spektra za 0,74 µm (mikrona) do 300 µm. To območje valovnih dolžin ustreza frekvenčnemu območju od približno 1 do 400 THz in vključuje večino toplotnega sevanja, ki ga oddajajo predmeti blizu sobne temperature. Infrardeče sevanje oddajajo ali absorbirajo molekule, ko spreminjajo svoja rotacijsko-vibracijska gibanja. Prisotnost infrardečega sevanja je leta 1800 prvi odkril astronom William Herschel.


Večina sončne energije prihaja na Zemljo v obliki infrardečega sevanja. Sončna svetloba v svojem zenitu zagotavlja osvetlitev nekaj več kot 1 kilovat na kvadratni meter nadmorske višine. Od te energije je 527 vatov infrardeče sevanje, 445 vatov vidna svetloba in 32 vatov ultravijolično sevanje.

Infrardeča svetloba se uporablja v industrijskih, znanstvenih in medicinskih aplikacijah. Naprave za nočno opazovanje, ki uporabljajo infrardečo svetlobo, ljudem omogočajo opazovanje živali, ki jih ni mogoče videti v temi. V astronomiji infrardeče slikanje omogoča opazovanje predmetov, ki jih skriva medzvezdni prah. Infrardeče kamere se uporabljajo za zaznavanje izgube toplote v izoliranih sistemih, opazovanje sprememb v pretoku krvi v koži in za zaznavanje pregretja električne opreme.

Lahka primerjava

Ime

Valovna dolžina

frekvenca Hz)

Energija fotona (eV)



gama žarki

manj kot 0,01 nm

več kot 10 EHZ

124 keV - 300 + GeV



rentgenski žarki

0,01 nm do 10 nm

124 eV do 124 keV



Ultravijolični žarki

10 nm - 380 nm

30PHZ - 790THz

3,3 eV do 124 eV



vidna svetloba

380 nm - 750 nm

790 THz - 405 THz

1,7 eV - 3,3 eV



Infrardeče sevanje

750 nm - 1 mm

405 THz - 300 GHz

1,24 meV - 1,7 eV



Mikrovalovna pečica

1 mm - 1 meter

300 GHz - 300 MHz

1,24 µeV - 1,24 meV



1 mm - 100 km

300 GHz - 3 Hz

12,4 fev - 1,24 meV



Infrardeče slike se pogosto uporabljajo za vojaške in civilne namene. Vojaške aplikacije vključujejo nadzor, nočni nadzor, vodenje in sledenje. Nevojaške aplikacije vključujejo analizo toplotne učinkovitosti, spremljanje okolja, inšpekcijo industrijskih objektov, daljinsko zaznavanje temperature, brezžične komunikacije kratkega dosega, spektroskopijo in vremensko napoved. Infrardeča astronomija uporablja senzor, opremljen s teleskopi, za prodiranje v prašne predele vesolja, kot so molekularni oblaki, in zaznavanje predmetov, kot so planeti.

Čeprav je bližnje infrardeče območje spektra (780-1000 nm) dolgo veljalo za nemogoče zaradi šuma v vidnih pigmentih, se je občutek bližnje infrardeče svetlobe ohranil pri krapu in treh vrstah ciklidov. Ribe uporabljajo bližnji infrardeči spekter za zajemanje plena in za fototaktično orientacijo med plavanjem. Bližnji infrardeči spekter za ribe je lahko uporaben v slabih svetlobnih pogojih v mraku in na motnih vodnih površinah.

Fotomodulacija

Bližnja infrardeča svetloba ali fotomodulacija se uporablja za zdravljenje s kemoterapijo povzročenih razjed in celjenje ran. Obstajajo številna dela, povezana z zdravljenjem virusa herpesa. Raziskovalni projekti vključujejo delo na proučevanju centralnega živčnega sistema in terapevtskih učinkov preko regulacije citokroma in oksidaz ter drugih možnih mehanizmov.

nevarnost za zdravje

Močno infrardeče sevanje v določenih panogah in pogoji visoke temperature so lahko škodljivi za oči, kar povzroči poškodbe vida ali slepoto uporabnika. Ker je sevanje nevidno, je na takih mestih potrebno nositi posebna infrardeča očala.

Zemlja kot infrardeči oddajnik

Zemljino površje in oblaki absorbirajo vidno in nevidno sevanje sonca in večino energije vrnejo v obliki infrardečega sevanja nazaj v ozračje. Določene snovi v atmosferi, predvsem kapljice oblakov in vodna para, pa tudi ogljikov dioksid, metan, dušikov oksid, žveplov heksafluorid in klorofluoroogljikovodik absorbirajo infrardeče sevanje in ga vračajo v vse smeri, tudi nazaj na Zemljo. Tako učinek tople grede ohranja ozračje in površje veliko toplejše, kot če v ozračju ne bi bilo infrardečih dušilcev.

Zgodovina infrardeče znanosti

Odkritje infrardečega sevanja pripisujejo Williamu Herschelu, astronomu, v začetku 19. stoletja. Herschel je rezultate svojih raziskav leta 1800 objavil Kraljevski družbi v Londonu. Herschel je uporabil prizmo za lomljenje sončne svetlobe in zaznavanje infrardečega sevanja zunaj rdečega dela spektra s povečanjem temperature, zabeleženo na termometru. Nad rezultatom je bil presenečen in jih je poimenoval "toplotni žarki". Izraz "infrardeče sevanje" se je pojavil šele konec 19. stoletja.

Drugi pomembni datumi vključujejo:

  • 1737: Emilie du Chatelet je v svoji disertaciji napovedal, kar je danes znano kot infrardeče sevanje.
  • 1835: Macedonio Meglioni izdela prve termopile z infrardečim detektorjem.
  • 1860: Gustav Kirchhoff oblikuje izrek o črnem telesu.
  • 1873: Willoughby Smith je odkril fotoprevodnost selena.
  • 1879: Empirično formuliral Stefan-Boltzmannov zakon, po katerem je energija, ki jo seva popolnoma črno telo, sorazmerna.
  • 1880 in 1890: Lord Rayleigh in Wilhelm Wien sta rešila del enačbe črnega telesa, vendar sta obe rešitvi približni. Ta problem je bil imenovan "ultravijolična katastrofa in infrardeča katastrofa".
  • 1901: Max Planck Max Planck je objavil enačbo in izrek črnega telesa. Rešil je problem kvantizacije dopustnih energijskih prehodov.
  • 1905: Albert Einstein razvije teorijo fotoelektričnega učinka, ki definira fotone. Tudi William Coblentz v spektroskopiji in radiometriji.
  • 1917: Theodor Case razvije senzor za talijev sulfid; Britanci v prvi svetovni vojni razvijejo prvo infrardečo napravo za iskanje in sledenje ter zaznajo letala v dosegu 1 milje.
  • 1935: Svinčeve soli - zgodnje vodenje raket v drugi svetovni vojni.
  • 1938: Tew Ta je napovedal, da bi lahko piroelektrični učinek uporabili za zaznavanje infrardečega sevanja.
  • 1952: N. Wilker odkrije antimonide, spojine antimona s kovinami.
  • 1950: Instrumenti Paula Cruza in Texasa tvorijo infrardeče slike pred letom 1955.
  • Petdeseta in šestdeseta leta 20. stoletja: specifikacije in radiometrične razdelitve, ki sta jih opredelila Fred Nicodemenas, Robert Clark Jones.
  • 1958: W. D. Lawson (Royal Radar Establishment, Malvern) odkrije zaznavne lastnosti IR fotodiode.
  • 1958: Falcon razvije rakete, ki uporabljajo infrardeče sevanje in prvi učbenik o infrardečih senzorjih se pojavi s strani Paula Cruza et al.
  • 1961: Jay Cooper izumi piroelektrično detekcijo.
  • 1962: Kruse in Rodat promovirata fotodiode; na voljo so elementi signalov in linijskih nizov.
  • 1964: W. G. Evans odkrije infrardeče termoreceptorje v hrošču.
  • 1965: Prvi infrardeči priročnik, prve komercialne toplotne slike; v vojski Združenih držav Amerike je bil ustanovljen laboratorij za nočno gledanje (trenutno laboratorij za nadzor nočnega vida in elektronskih senzorjev.
  • 1970: Willard Boyle in George E. Smith predlagata nabojno sklopljeno napravo za slikovni telefon.
  • 1972: Ustvarjen generični programski modul.
  • 1978: Infrardeča slikovna astronomija postane polnoletna, načrtovan observatorij, množična proizvodnja antimonidov in fotodiod ter drugih materialov.

Infrardeči žarki so elektromagnetno valovanje v nevidnem območju elektromagnetnega spektra, ki se začne za vidno rdečo svetlobo in konča pred mikrovalovnim sevanjem med frekvencami 1012 in 5∙1014 Hz (oz. je v območju valovnih dolžin 1-750 nm). Ime izhaja iz latinske besede infra in pomeni "pod rdečo".

Uporaba infrardečih žarkov je raznolika. Uporabljajo se za vizualizacijo predmetov v temi ali dimu, za ogrevanje savn in za ogrevanje kril letal za odmrzovanje, pri komunikaciji na bližnjo razdaljo in pri spektroskopski analizi organskih spojin.

Otvoritev

Infrardeče žarke je leta 1800 odkril nemški britanski glasbenik in amaterski astronom William Herschel. S pomočjo prizme je sončno svetlobo razdelil na sestavne dele in s termometrom zabeležil dvig temperature onkraj rdečega dela spektra.

IR sevanje in toplota

Infrardeče sevanje se pogosto imenuje toplotno sevanje. Vendar je treba vedeti, da je le njegova posledica. Toplota je merilo translacijske energije (energije gibanja) atomov in molekul snovi. »Temperaturni« senzorji pravzaprav ne merijo toplote, ampak le razlike v IR sevanju različnih predmetov.

Mnogi učitelji fizike tradicionalno vse toplotno sevanje Sonca pripisujejo infrardečim žarkom. Vendar ni tako. Z vidno sončno svetlobo pride 50 % vse toplote, elektromagnetni valovi katere koli frekvence z zadostno intenzivnostjo pa lahko povzročijo segrevanje. Vendar je pošteno reči, da pri sobni temperaturi predmeti oddajajo toploto predvsem v srednjem infrardečem pasu.

IR sevanje absorbirajo in oddajajo rotacije in vibracije kemično povezanih atomov ali skupin atomov in s tem številne vrste materialov. Na primer, okensko steklo, ki je prozorno za vidno svetlobo, absorbira infrardeče sevanje. Infrardeče žarke v veliki meri absorbirata voda in atmosfera. Čeprav so očem nevidne, jih lahko občutimo na koži.

Zemlja kot vir infrardečega sevanja

Površje našega planeta in oblaki absorbirajo sončno energijo, večina pa se sprosti v ozračje v obliki infrardečega sevanja. Določene snovi v njem, predvsem vodna para in kapljice, pa tudi metan, ogljikov dioksid, dušikov oksid, klorofluoroogljikovodiki in žveplov heksafluorid, absorbirajo v infrardečem območju spektra in ponovno oddajajo v vse smeri, tudi na Zemljo. Zato sta zaradi učinka tople grede zemeljsko ozračje in površje veliko toplejša, kot če v zraku ne bi bilo snovi, ki absorbirajo infrardeče žarke.

To sevanje ima pomembno vlogo pri prenosu toplote in je sestavni del tako imenovanega učinka tople grede. V svetovnem merilu se vpliv infrardečih žarkov razširi na sevalno ravnotežje Zemlje in vpliva na skoraj vse biosferske aktivnosti. Skoraj vsak predmet na površju našega planeta oddaja elektromagnetno sevanje predvsem v tem delu spektra.

IR regije

IR območje je pogosto razdeljeno na ožje dele spektra. Nemški inštitut za standarde DIN je opredelil naslednja območja infrardečih valovnih dolžin:

  • blizu (0,75–1,4 µm), ki se običajno uporablja v komunikacijah z optičnimi vlakni;
  • kratkovalovno (1,4-3 mikrona), od katerega se absorpcija IR sevanja z vodo znatno poveča;
  • srednji val, imenovan tudi vmesni (3-8 mikronov);
  • dolgovalovni (8-15 mikronov);
  • daleč (15-1000 mikronov).

Vendar se ta klasifikacijska shema ne uporablja univerzalno. Na primer, nekatere študije kažejo naslednje razpone: blizu (0,75-5 mikronov), srednje (5-30 mikronov) in dolgo (30-1000 mikronov). Valovne dolžine, ki se uporabljajo v telekomunikacijah, so zaradi omejitev detektorjev, ojačevalnikov in virov razdeljene v ločene pasove.

Splošni zapis je utemeljen s človeškimi reakcijami na infrardeče žarke. Bližnje infrardeče območje je najbližje valovni dolžini, ki jo vidi človeško oko. Srednje in daljno infrardeče sevanje se postopoma oddaljuje od vidnega dela spektra. Druge definicije sledijo različnim fizikalnim mehanizmom (kot so vrhovi emisij in absorpcija vode), najnovejše pa temeljijo na občutljivosti uporabljenih detektorjev. Na primer, običajni silicijevi senzorji so občutljivi v območju približno 1050 nm, indij-galijev arzenid pa v območju od 950 nm do 1700 in 2200 nm.

Jasna meja med infrardečo in vidno svetlobo ni določena. Človeško oko je občutno manj občutljivo na rdečo svetlobo, ki presega 700 nm, vendar lahko intenzivno (lasersko) svetlobo vidimo do okoli 780 nm. Začetek IR območja je v različnih standardih definiran različno – nekje med tema vrednostma. Običajno je 750 nm. Zato so vidni infrardeči žarki možni v območju 750–780 nm.

Oznake v komunikacijskih sistemih

Optična komunikacija v bližnjem infrardečem območju je tehnično razdeljena na več frekvenčnih pasov. To je posledica različnih virov svetlobe, absorbcijskih in prepustnih materialov (vlakna) in detektorjev. Tej vključujejo:

  • O-pas 1,260-1,360 nm.
  • E-pas 1.360-1.460 nm.
  • S-pas 1.460-1.530 nm.
  • C-pas 1,530-1,565 nm.
  • L-pas 1,565-1,625 nm.
  • U-pas 1,625-1,675 nm.

termografija

Termografija ali termovizija je vrsta infrardečega slikanja objektov. Ker vsa telesa sevajo v IR-območju, intenzivnost sevanja pa narašča s temperaturo, lahko za zaznavo in fotografiranje uporabimo specializirane kamere z IR-senzorji. V primeru zelo vročih predmetov v bližnjem infrardečem ali vidnem območju se ta tehnika imenuje pirometrija.

Termografija je neodvisna od osvetlitve vidne svetlobe. Zato je možno "videti" okolje tudi v temi. Predvsem topli predmeti, vključno z ljudmi in toplokrvnimi živalmi, dobro izstopajo na hladnejšem ozadju. Infrardeča fotografija pokrajine izboljša upodabljanje predmetov na podlagi njihove toplotne moči: modro nebo in voda sta videti skoraj črna, medtem ko sta zeleno listje in koža svetla.

V zgodovini so termografijo pogosto uporabljale vojska in varnostne službe. Poleg tega najde številne druge uporabe. Gasilci ga na primer uporabljajo, da vidijo skozi dim, poiščejo ljudi in locirajo žarišča med požarom. Termografija lahko razkrije nenormalno rast tkiva in okvare v elektronskih sistemih in vezjih zaradi povečanega proizvajanja toplote. Električarji, ki vzdržujejo daljnovode, lahko zaznajo pregrete priključke in dele, ki kažejo na okvaro, in odpravijo morebitne nevarnosti. Ko toplotna izolacija odpove, lahko gradbeni strokovnjaki opazijo uhajanje toplote in izboljšajo učinkovitost hladilnih ali ogrevalnih sistemov. V nekaterih vozilih višjega cenovnega razreda so v pomoč vozniku nameščene toplotne slike. Termografsko slikanje je mogoče uporabiti za spremljanje določenih fizioloških odzivov pri ljudeh in toplokrvnih živalih.

Sodobna termo kamera se po videzu in načinu delovanja ne razlikuje od konvencionalne video kamere. Zmožnost videnja v infrardeči svetlobi je tako uporabna funkcija, da je možnost snemanja slik pogosto neobvezna in snemalnik ni vedno na voljo.

Druge slike

Pri IR fotografiji se bližnje infrardeče območje zajema s posebnimi filtri. Digitalni fotoaparati običajno blokirajo IR sevanje. Vendar poceni fotoaparati, ki nimajo ustreznih filtrov, lahko "vidijo" v bližnjem območju IR. V tem primeru se običajno nevidna svetloba zdi svetlo bela. To je še posebej opazno pri fotografiranju v bližini osvetljenih infrardečih predmetov (kot so svetilke), kjer zaradi nastalega šuma slika zbledi.

Omeniti velja tudi slikanje s T-žarkom, ki je slikanje v daljnem teraherčnem območju. Zaradi pomanjkanja svetlih virov so te slike tehnično težje od večine drugih tehnik IR slikanja.

LED in laserji

Umetni viri infrardečega sevanja vključujejo poleg vročih predmetov tudi LED in laserje. Prve so majhne, ​​poceni optoelektronske naprave iz polprevodniških materialov, kot je galijev arzenid. Uporabljajo se kot opto-izolatorji in kot viri svetlobe v nekaterih komunikacijskih sistemih z optičnimi vlakni. Zmogljivi optično črpani IR laserji delujejo na osnovi ogljikovega dioksida in ogljikovega monoksida. Uporabljajo se za sprožitev in spreminjanje kemičnih reakcij ter ločevanje izotopov. Poleg tega se uporabljajo v lidarskih sistemih za določanje razdalje do predmeta. Viri infrardečega sevanja se uporabljajo tudi v daljinomerih kamer s samodejnim ostrenjem, protivlomnih alarmih in optičnih napravah za nočno opazovanje.

IR sprejemniki

IR detektorji vključujejo termoobčutljive naprave, kot so detektorji s termočleni, bolometri (nekateri so ohlajeni na skoraj absolutno ničlo, da se zmanjšajo motnje samega detektorja), fotovoltaične celice in fotoprevodniki. Slednji so izdelani iz polprevodniških materialov (npr. silicij in svinčev sulfid), katerih električna prevodnost se poveča ob izpostavljanju infrardečim žarkom.

Ogrevanje

Infrardeče sevanje se uporablja za ogrevanje, kot je ogrevanje savn in odmrzovanje letalskih kril. Poleg tega se vse pogosteje uporablja za taljenje asfalta pri gradnji novih cest ali sanaciji poškodovanih površin. IR sevanje se lahko uporablja pri kuhanju in segrevanju hrane.

Povezava

IR valovne dolžine se uporabljajo za prenos podatkov na kratke razdalje, na primer med računalniškimi perifernimi napravami in osebnimi digitalnimi pomočniki. Te naprave običajno ustrezajo standardom IrDA.

IR komunikacija se običajno uporablja v zaprtih prostorih na območjih z visoko gostoto prebivalstva. To je najpogostejši način nadzora naprav na daljavo. Lastnosti infrardečih žarkov ne dovoljujejo, da bi prodrli skozi stene, zato ne vplivajo na naprave v sosednjih prostorih. Poleg tega se IR laserji uporabljajo kot viri svetlobe v komunikacijskih sistemih z optičnimi vlakni.

Spektroskopija

Spektroskopija infrardečega sevanja je tehnologija, ki se uporablja za določanje struktur in sestav (predvsem) organskih spojin s proučevanjem prenosa infrardečega sevanja skozi vzorce. Temelji na lastnostih snovi, da absorbirajo določene njegove frekvence, ki so odvisne od raztezanja in upogibanja znotraj molekul vzorca.

Infrardeče absorpcijske in emisijske značilnosti molekul in materialov zagotavljajo pomembne informacije o velikosti, obliki in kemični vezi molekul, atomov in ionov v trdnih snoveh. Energiji vrtenja in vibracij sta v vseh sistemih kvantizirani. IR sevanje z energijo hν, ki ga oddaja ali absorbira določena molekula ali snov, je merilo razlike nekaterih notranjih energijskih stanj. Ti pa so določeni z atomsko maso in molekulskimi vezmi. Zaradi tega je infrardeča spektroskopija močno orodje za določanje notranje zgradbe molekul in snovi ali, če so takšne informacije že znane in tabelarne, njihovih količin. Tehnike IR spektroskopije se pogosto uporabljajo za določanje sestave in s tem izvora in starosti arheoloških primerkov, pa tudi za odkrivanje ponaredkov umetnin in drugih predmetov, ki so, gledani pod vidno svetlobo, podobni originalom.

Koristi in škode infrardečih žarkov

Dolgovalovno infrardeče sevanje se v medicini uporablja za:

  • normalizacija krvnega tlaka s spodbujanjem krvnega obtoka;
  • čiščenje telesa soli težkih kovin in toksinov;
  • izboljša prekrvavitev možganov in spomin;
  • normalizacija hormonskih ravni;
  • vzdrževanje vodno-solnega ravnovesja;
  • omejevanje širjenja gliv in mikrobov;
  • anestezija;
  • lajšanje vnetja;
  • krepitev imunitete.

Hkrati je lahko infrardeče sevanje škodljivo pri akutnih gnojnih boleznih, krvavitvah, akutnih vnetjih, krvnih boleznih in malignih tumorjih. Nenadzorovana dolgotrajna izpostavljenost povzroči pordelost kože, opekline, dermatitis, toplotni udar. Kratkovalovni infrardeči žarki so nevarni za oči - možen je razvoj fotofobije, sive mrene in motenj vida. Zato je treba za ogrevanje uporabljati samo vire dolgovalovnega sevanja.

UVOD

Nepopolnost lastne narave, kompenzirana s prožnostjo intelekta, je človeka nenehno potiskala k iskanju. Želja leteti kot ptica, plavati kot riba ali, recimo, videti ponoči kot mačka, se je utelešila v resničnost, ko sta bila dosežena potrebna znanja in tehnologija. Znanstvene raziskave so pogosto spodbujale potrebe vojaškega delovanja, rezultate pa določala obstoječa tehnološka raven.

Razširitev obsega vida za vizualizacijo informacij, ki so očesu nedostopne, je ena najtežjih nalog, saj zahteva resno znanstveno usposabljanje ter pomembno tehnično in ekonomsko osnovo. Prvi uspešni rezultati v tej smeri so bili doseženi v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Problem opazovanja v slabih svetlobnih pogojih je postal še posebej aktualen med drugo svetovno vojno.

Seveda so prizadevanja v tej smeri privedla do napredka v znanstvenih raziskavah, medicini, komunikacijski tehnologiji in drugih področjih.

FIZIKA INFRARDEČEGA SEVANJA

Infrardeče sevanje- elektromagnetno sevanje, ki zaseda spektralno območje med rdečim koncem vidne svetlobe (z valovno dolžino (= m) in kratkovalovno radijsko emisijo (= m). Infrardeče sevanje je leta 1800 odkril angleški znanstvenik W. Herschel. 123 let po tem z odkritjem infrardečega sevanja je sovjetska fizičarka A. A. Glagoleva-Arkadyeva prejela radijske valove z valovno dolžino približno 80 mikronov, tj. v območju infrardečih valovnih dolžin. To je dokazalo, da so svetloba, infrardeči žarki in radijski valovi enake narave, vsi ti so samo različice običajnih elektromagnetnih valov.

Infrardeče sevanje imenujemo tudi »toplotno« sevanje, saj vsa telesa, trdna in tekoča, segreta na določeno temperaturo, sevajo energijo v infrardečem spektru.

VIRI IR

GLAVNI VIRI IR SEVANJA NEKATERIH OBJEKTOV

Infrardeče sevanje balističnih izstrelkov in vesoljskih objektov

infrardeče sevanje letala

Infrardeče sevanje površinskih ladij

pohodna bakla

motor, ki je tok gorečih plinov, ki prenašajo suspendirane trdne delce pepela in saj, ki nastanejo pri zgorevanju raketnega goriva.

Telo rakete.

Zemlja, ki odbija nekaj sončnih žarkov, ki zadenejo vanjo.

Zemlja sama.

Sevanje Sonca, Zemlje, Lune in drugih virov, ki se odbija od ogrodja letala.

Lastno sevanje podaljška in šobe turboreaktivnega motorja ali izpušnih cevi batnih motorjev.

Lastno toplotno sevanje curka izpušnih plinov.

Lastno toplotno sevanje obloge letala, ki nastane zaradi aerodinamičnega segrevanja pri hitrem letu.

Ohišje dimnika.

izpuh

luknja za dimnik

GLAVNE LASTNOSTI IR SEVANJA

1. Prehaja skozi nekatera neprozorna telesa, tudi skozi dež,

meglica, sneg.

2. Povzroča kemični učinek na fotografske plošče.

3. Snov absorbira, jo segreje.

4. Povzroča notranji fotoelektrični učinek v germaniju.

5. Neviden.

6. Sposobnost pojava motenj in uklona.

7. Registracija s toplotnimi metodami, fotoelektrični in

fotografski.

IR KARAKTERISTIKE

Lastno odbito fizično slabljenje

toplotni objekti IR IR sevanje lastnosti IR

sevanje sevanje v ozračju sevalna ozadja

Značilnosti

Glavni koncepti

Lastno toplotno sevanje segretih teles

Temeljni koncept je absolutno črno telo. Absolutno črno telo je telo, ki absorbira vse sevanje, ki vpada nanj pri kateri koli valovni dolžini. Porazdelitev intenzivnosti sevanja črnega telesa (z / n Planck): , kjer je spektralna svetlost sevanja pri temperaturi T, je valovna dolžina v mikronih, C1 in C2 sta konstantna koeficienta: C1 \u003d 1,19 * W * mikronov * cm * sr,

С2=1,44*μm*deg. Največja valovna dolžina (Wienov zakon): kjer je T absolutna temperatura telesa.

Integralna gostota sevanja - Stefan - Boltzmanov zakon:

IR sevanje, ki ga odbijajo predmeti

Maksimalno sončno sevanje, ki določa odbito komponento, ustreza valovnim dolžinam, krajšim od 0,75 μm, 98 % celotne energije sončnega sevanja pade na spektralno območje do 3 μm. Pogosto se ta valovna dolžina šteje za mejo, ki ločuje odbito (sončno) in lastno komponento IR sevanja predmetov. Zato lahko domnevamo, da je v bližnjem delu IR spektra (do 3 μm) odbita komponenta odločilna in je porazdelitev sevanja po objektih odvisna od porazdelitve odbojnega koeficienta in obsevanosti. Za daljni del IR spektra je odločilno lastno sevanje objektov, porazdelitev sevanja po njihovem območju pa je odvisna od porazdelitve emisivnosti in temperature.

V srednjevalovnem delu IR spektra je treba upoštevati vse štiri parametre.

Slabljenje IR sevanja v ozračju

V IR območju valovnih dolžin je več prosojnih oken, odvisnost atmosferskega prenosa od valovne dolžine pa ima zelo kompleksno obliko. Slabljenje IR sevanja določajo absorpcijski pasovi komponent vodne pare in plina, predvsem ogljikovega dioksida in ozona, ter pojavi sipanja sevanja. Glej sliko "IR absorpcija".

Fizikalne lastnosti ozadja IR sevanja

IR sevanje ima dve komponenti: lastno toplotno sevanje in odbito (razpršeno) sevanje Sonca in drugih zunanjih virov. V območju valovnih dolžin, krajših od 3 μm, prevladuje odbito in razpršeno sončno sevanje. V tem območju valovnih dolžin lahko praviloma zanemarimo lastno toplotno sevanje ozadij. Nasprotno, v območju valovnih dolžin nad 4 μm prevladuje lastno toplotno sevanje ozadij, odbito (razpršeno) sončno sevanje pa lahko zanemarimo. Območje valovnih dolžin 3-4 mikronov je tako rekoč prehodno. V tem območju je opazen izrazit minimum svetlosti ozadja.

IR ABSORPCIJA

Atmosferski prenosni spekter v bližnjem in srednjem infrardečem območju (1,2-40 µm) na morski gladini (spodnja krivulja v grafih) in na nadmorski višini 4000 m (zgornja krivulja); v submilimetrskem območju (300-500 mikronov) sevanje ne doseže zemeljske površine.

VPLIV NA ČLOVEKA

Že od pradavnine so ljudje dobro poznali blagodejno moč toplote ali znanstveno rečeno infrardečega sevanja.

V infrardečem spektru je območje z valovnimi dolžinami približno od 7 do 14 mikronov (tako imenovani dolgovalovni del infrardečega območja), ki ima resnično edinstven blagodejen učinek na človeško telo. Ta del infrardečega sevanja ustreza sevanju samega človeškega telesa z maksimumom pri valovni dolžini približno 10 mikronov. Zato naše telo vsako zunanje sevanje s takšnimi valovnimi dolžinami zazna kot »svoje«. Najbolj znan naravni vir infrardečih žarkov na naši Zemlji je Sonce, najbolj znan umetni vir dolgovalovnih infrardečih žarkov v Rusiji pa je ruska peč in vsak človek je zagotovo izkusil njihove blagodejne učinke. Kuhanje hrane z infrardečimi valovi naredi hrano še posebej okusno, ohrani vitamine in minerale in nima nič skupnega z mikrovalovno pečico.

Z vplivom na človeško telo v dolgovalovnem delu infrardečega območja lahko dosežemo pojav, imenovan "resonančna absorpcija", pri katerem bo telo aktivno absorbiralo zunanjo energijo. Zaradi tega učinka se poveča potencialna energija telesne celice, nevezana voda pa jo zapusti, poveča se aktivnost specifičnih celičnih struktur, poveča se raven imunoglobulinov, poveča se aktivnost encimov in estrogenov ter pride do drugih biokemičnih reakcij. To velja za vse vrste telesnih celic in krvi.

ZNAČILNOSTI IR SLIK OBJEKTOV

Infrardeče slike imajo za opazovalca neobičajno porazdelitev kontrastov med znanimi objekti zaradi drugačne porazdelitve optičnih lastnosti površin objektov v IR območju v primerjavi z vidnim delom spektra. IR sevanje vam omogoča, da na IR slikah zaznate predmete, ki na običajnih fotografijah niso vidni. Prepoznate lahko območja poškodovanih dreves in grmovnic ter razkrijete uporabo sveže posekane vegetacije za maskiranje predmetov. Različna prepustnost tonov na slikah je pripeljala do nastanka tako imenovanega večconskega fotografiranja, pri katerem se z večconsko kamero istočasno fotografira isti odsek ravnine predmetov v različnih območjih spektra.

Druga značilnost IR slik, ki je značilna za toplotne karte, je, da pri njihovem nastanku poleg odbitega sevanja sodeluje tudi intrinzično sevanje, v nekaterih primerih pa le to. Lastno sevanje določata emisivnost površin predmetov in njihova temperatura. To omogoča prepoznavanje ogrevanih površin ali njihovih območij na termalnih kartah, ki so na fotografijah popolnoma nevidne, ter uporabo toplotnih slik kot vira informacij o temperaturnem stanju objekta.

IR slike zagotavljajo tudi informacije o objektih, ki jih v času fotografiranja ni več. Tako se na primer na površini mesta na parkirišču letala nekaj časa ohrani njegov toplotni portret, ki ga lahko posnamemo na IR sliko.

Četrta značilnost toplotnih kart je možnost registracije objektov tako brez vpadnega sevanja kot tudi brez temperaturnih razlik; le zaradi razlik v emisivnosti njihovih površin. Ta lastnost omogoča opazovanje predmetov v popolni temi in v pogojih, ko so temperaturne razlike izenačene do nezaznavnih. V takšnih pogojih so nepobarvane kovinske površine z nizko emisivnostjo še posebej jasno prepoznavne na ozadju nekovinskih predmetov, ki so videti svetlejši ("temni"), čeprav so njihove temperature enake.

Druga značilnost toplotnih kart je povezana z dinamičnostjo toplotnih procesov, ki se odvijajo čez dan.V povezavi z naravnim dnevnim potekom temperatur vsi predmeti na zemeljski površini sodelujejo v nenehno potekajočem procesu izmenjave toplote. Hkrati je temperatura vsakega telesa odvisna od pogojev prenosa toplote, fizikalnih lastnosti okolja, notranjih lastnosti tega predmeta (toplotna kapaciteta, toplotna prevodnost) itd. Odvisno od teh dejavnikov se temperaturno razmerje med sosednji objekti se čez dan spreminjajo, zato se toplotne karte, pridobljene ob različnih urah tudi iz istih objektov, med seboj razlikujejo.

UPORABA INFRARDEČEGA SEVANJA

V enaindvajsetem stoletju se je začela uvedba infrardečega sevanja v naša življenja. Zdaj najde uporabo v industriji in medicini, v vsakdanjem življenju in kmetijstvu. Je vsestransko uporaben in se lahko uporablja za najrazličnejše namene. Uporabljajo se v forenziki, v fizioterapiji, v industriji za sušenje barvanih izdelkov, gradnjo sten, lesa, sadja. Pridobite slike predmetov v temi, naprav za nočno opazovanje (nočni daljnogled), megle.

Naprave za nočno opazovanje - zgodovina generacij

Zero generacija

"Kozarec platna"

Sistemi treh in dveh elektrod

    Fotokatoda

    Manšeta

  1. Fokusirna elektroda

sredi 30-ih

Philipsov raziskovalni center, Nizozemska

V tujini - Zworykin, Farnsvord, Morton in von Ardenne; v ZSSR - G.A. Grinberg, A.A. Artsimovič

Ta cev za ojačenje slike je bila sestavljena iz dveh skodelic, ugnezdenih ena v drugo, na katerih ravnih dnih sta bili naloženi fotokatoda in fosfor. Na te plasti je nastala visokonapetostna napetost

elektrostatično polje, ki omogoča neposreden prenos elektronske slike s fotokatode na zaslon s fosforjem. Kot fotoobčutljiva plast v Holstovem steklu je bila uporabljena srebro-kisik-cezijeva fotokatoda, ki je imela precej nizko občutljivost, čeprav je delovala v območju do 1,1 μm. Poleg tega je imela ta fotokatoda visoko raven hrupa, ki je zahtevala hlajenje na minus 40 °C, da bi jo odpravili.

Napredek elektronske optike je omogočil zamenjavo neposrednega prenosa slike z ostrenjem z elektrostatičnim poljem. Največja pomanjkljivost elektronke za ojačenje slike z elektrostatičnim prenosom slike je močan padec ločljivosti od središča vidnega polja do robov zaradi nesovpadanja krivulje elektronske slike z ravno fotokatodo in zaslonom. Da bi rešili ta problem, so jih začeli izdelovati sferične, kar je bistveno zapletlo zasnovo leč, ki so običajno namenjene ravnim površinam.

Prva generacija

Večstopenjske cevi za ojačenje slike

ZSSR, M.M. Bootslov

podjetja RCA, ITT (ZDA), Philips (Nizozemska)

Plano-konkavne leče so bile razvite na osnovi fiber-optičnih plošč (FOP), ki so paket številnih LED diod, in so se začele vgrajevati namesto vhodnih in izhodnih oken. Optična slika, projicirana na ravno površino FOP, se prenaša brez popačenja na konkavno stran, kar zagotavlja konjugacijo ravnih površin fotokatode in zaslona s krivolinijskim poljem elektronov. Zaradi uporabe VOP je ločljivost po celotnem vidnem polju postala enaka kot v središču.

Druga generacija

Sekundarni emisijski ojačevalnik

Psevdo daljnogled

1- fotokatoda

3- mikrokanalna plošča

4- zaslon

V 70. letih

ameriška podjetja

podjetje "Praxitronic" (Nemčija)

Ta element je sito z enakomerno razporejenimi kanali s premerom približno 10 µm in debelino največ 1 mm. Število kanalov je enako številu slikovnih elementov in ima vrstni red 10 6 . Obe površini mikrokanalne plošče (MCP) sta polirani in metalizirani, med njima pa je napetost nekaj sto voltov.

Pri vstopu v kanal elektron doživi trke s steno in izloči sekundarne elektrone. V vlečnem električnem polju se ta postopek večkrat ponovi, kar omogoča 4-kratno povečanje NxlO. Za pridobitev kanalov MCP se uporablja optično vlakno heterogene kemične sestave.

Razvite so bile elektronke za ojačenje slike z MCP biplanarne zasnove, to je brez elektrostatične leče, nekakšna tehnološka vrnitev k neposrednemu, kot v "Holstovem steklu", prenosu slike. Nastale miniaturne cevi za ojačenje slike so omogočile razvoj očal za nočno opazovanje (NVG) psevdobinokularnega sistema, kjer se slika iz ene cevi za ojačenje slike razdeli na dva okularja s pomočjo prizme za delitev snopa. Vrtenje slike se tukaj izvaja v dodatnih mini objektivih.

tretje generacije

Ojačevalca slike P+ in SUPER II+

se je začelo v 70. letih do našega časa

večinoma ameriška podjetja

Dolgotrajni znanstveni razvoj in zapletena tehnologija izdelave, ki določata visoko ceno elektronke za ojačenje slike tretje generacije, se kompenzira z izjemno visoko občutljivostjo fotokatode. Integrirana občutljivost nekaterih vzorcev doseže 2000 mA/W, kvantni izkoristek (razmerje med številom emitiranih elektronov in številom kvantov, ki vpadejo na fotokatodo z valovno dolžino v območju največje občutljivosti) presega 30%! Življenjska doba takih cevi za ojačenje slike je približno 3000 ur, cena je od 600 do 900 dolarjev, odvisno od zasnove.

GLAVNE ZNAČILNOSTI SLIKE

Generacije ojačevalcev slike

Vrsta fotokatode

Integral

občutljivost,

Občutljivost za

valovne dolžine 830-850

dobiček,

Cenovno dostopne

obseg

priznanje

človeške figure v

pogoji naravne nočne osvetlitve, m

"Kozarec platna"

približno 1, IR osvetlitev

samo pod mesečino ali IR osvetljevalcem

Super II+ ali II++

Infrardeče sevanje - elektromagnetno sevanje v območju valovnih dolžin od doma m. Vsako telo (plinasto, tekoče, trdno) s temperaturo nad absolutno ničlo (-273 ° C) se lahko obravnava kot vir infrardečega (IR) sevanja. Človeški vidni analizator ne zaznava žarkov v infrardečem območju. Zato posebne razkrinkane znake v tem območju dobimo s posebnimi napravami (nočno opazovanje, termovizijske kamere), ki imajo slabšo ločljivost kot človeško oko. V splošnem primeru demaskirne lastnosti objekta v IR območju vključujejo naslednje: 1) geometrijske značilnosti videza objekta (oblika, mere, podrobnosti površine); 2) površinska temperatura. Infrardeči žarki so popolnoma varni za človeško telo, za razliko od rentgenskih žarkov, ultravijoličnega sevanja ali mikrovalov. Ni območja, kjer naravni način prenosa toplote ne bi bil uporaben. Navsezadnje vsi vedo, da človek ne more postati pametnejši od narave, lahko jo le posnemamo.

BIBLIOGRAFIJA

1. Kurbatov L.N. Kratek oris zgodovine razvoja naprav za nočno opazovanje na osnovi elektronskih optičnih pretvornikov in ojačevalcev slike // Vopr. Obramba. Tehnike. Ser. 11. - 1994

2. Koščavcev N.F., Volkov V.G. Naprave za nočno opazovanje // Vopr. Obramba. Tehnike. Ser. P. - 1993 - Št. 3 (138).

3. Lecomte J., Infrardeče sevanje. M.: 2002. 410 str.

4. Men'shakov Yu.K., M51 Zaščita predmetov in informacij pred tehničnimi sredstvi izvidovanja. M.: Rusko. Država. Humanite. Ut, 2002. 399 str.

Gama sevanje ionizirajoče relikvija Magnetni drift dvofotonski Spontano prisiljeni

Infrardeče sevanje- elektromagnetno sevanje, ki zavzema spektralno območje med rdečim koncem vidne svetlobe (z valovno dolžino λ = 0,74 µm) in mikrovalovnim sevanjem (λ ~ 1-2 mm).

Optične lastnosti snovi v infrardečem sevanju se bistveno razlikujejo od njihovih lastnosti v vidnem sevanju. Na primer, nekaj centimetrska plast vode je neprozorna za infrardeče sevanje z λ = 1 µm. Infrardeče sevanje predstavlja večino sevanja žarnic z žarilno nitko, plinskih sijalk, približno 50% sevanja Sonca; Nekateri laserji oddajajo infrardeče sevanje. Za registracijo uporabljajo toplotne in fotoelektrične sprejemnike ter posebne fotografske materiale.

Zdaj je celotno območje infrardečega sevanja razdeljeno na tri komponente:

  • kratkovalovno območje: λ = 0,74-2,5 µm;
  • območje srednjega valovanja: λ = 2,5-50 µm;
  • dolgovalovno območje: λ = 50-2000 µm;

V zadnjem času je bil dolgovalovni rob tega območja ločen v ločeno, neodvisno območje elektromagnetnega valovanja - teraherčno sevanje(submilimetrsko sevanje).

Infrardeče sevanje imenujemo tudi "toplotno" sevanje, saj infrardeče sevanje segretih predmetov človeška koža zaznava kot občutek toplote. V tem primeru so valovne dolžine, ki jih oddaja telo, odvisne od temperature segrevanja: višja kot je temperatura, krajša je valovna dolžina in večja je intenzivnost sevanja. Spekter sevanja absolutno črnega telesa pri relativno nizkih (do nekaj tisoč Kelvinov) temperaturah leži predvsem v tem območju. Infrardeče sevanje oddajajo vzbujeni atomi ali ioni.

Zgodovina odkritja in splošne značilnosti

Infrardeče sevanje je leta 1800 odkril angleški astronom W. Herschel. Ko se je ukvarjal s preučevanjem Sonca, je Herschel iskal način za zmanjšanje segrevanja instrumenta, s katerim so bila opazovana. Z uporabo termometrov za določanje učinkov različnih delov vidnega spektra je Herschel ugotovil, da je "največja toplota" za nasičeno rdečo barvo in morda "za vidnim lomom". Ta študija je zaznamovala začetek študija infrardečega sevanja.

Prej so kot laboratorijski vir infrardečega sevanja služila le žarilna telesa ali električne razelektritve v plinih. Zdaj so na osnovi polprevodniških in molekularnih plinskih laserjev ustvarjeni sodobni viri infrardečega sevanja z nastavljivo ali fiksno frekvenco. Za registracijo sevanja v bližnjem infrardečem območju (do ~1,3 μm) se uporabljajo posebne fotografske plošče. Širši razpon občutljivosti (do približno 25 mikronov) imajo fotoelektrični detektorji in fotoupori. Sevanje v daljnem infrardečem območju beležijo bolometri - detektorji, občutljivi na segrevanje z infrardečim sevanjem.

IR oprema se pogosto uporablja tako v vojaški tehnologiji (na primer za vodenje raket) kot v civilni tehnologiji (na primer v komunikacijskih sistemih z optičnimi vlakni). Optični elementi v IR spektrometrih so leče in prizme ali uklonske mreže in zrcala. Da bi se izognili absorpciji sevanja v zraku, se spektrometri daleč IR izdelujejo v vakuumski izvedbi.

Ker so infrardeči spektri povezani z rotacijskimi in vibracijskimi gibi v molekuli, pa tudi z elektronskimi prehodi v atomih in molekulah, IR spektroskopija zagotavlja pomembne informacije o strukturi atomov in molekul, pa tudi o pasovni strukturi kristalov.

Aplikacija

Zdravilo

Infrardeči žarki se uporabljajo v fizioterapiji.

Daljinec

Infrardeče diode in fotodiode se pogosto uporabljajo v daljinskih upravljalnikih, avtomatskih sistemih, varnostnih sistemih, nekaterih mobilnih telefonih (infrardeči) itd. Infrardeči žarki zaradi svoje nevidnosti ne odvračajo človekove pozornosti.

Zanimivo je, da je infrardeče sevanje gospodinjskega daljinskega upravljalnika enostavno zajeti z digitalnim fotoaparatom.

Pri barvanju

Infrardeči oddajniki se v industriji uporabljajo za sušenje lakiranih površin. Infrardeča metoda sušenja ima pomembne prednosti pred tradicionalno, konvekcijsko. Najprej je to seveda ekonomski učinek. Hitrost in energija, porabljena pri infrardečem sušenju, je manjša kot pri tradicionalnih metodah.

Sterilizacija hrane

S pomočjo infrardečega sevanja živila steriliziramo z namenom dezinfekcije.

Protikorozijsko sredstvo

Infrardeči žarki se uporabljajo za preprečevanje korozije lakiranih površin.

prehrambena industrija

Značilnost uporabe infrardečega sevanja v živilski industriji je možnost prodiranja elektromagnetnega valovanja v takšne kapilarno porozne izdelke, kot so žita, žita, moka itd. Do globine do 7 mm. Ta vrednost je odvisna od narave površine, strukture, lastnosti materiala in frekvenčnega odziva sevanja. Elektromagnetno valovanje določenega frekvenčnega območja nima samo termičnega, ampak tudi biološkega učinka na izdelek, pomaga pospešiti biokemične transformacije v bioloških polimerih (škrob, beljakovine, lipidi). Transportni sušilni transporterji se lahko uspešno uporabljajo pri polaganju žita v kašče in v industriji mletja moke.

Poleg tega se infrardeče sevanje pogosto uporablja za ogrevanje prostorov in zunanjih prostorov. Infrardeči grelniki se uporabljajo za organizacijo dodatnega ali glavnega ogrevanja v prostorih (hiše, stanovanja, pisarne itd.), Pa tudi za lokalno ogrevanje zunanjega prostora (ulične kavarne, gazebosi, verande).

Pomanjkljivost je bistveno večja neenakomernost segrevanja, ki je v številnih tehnoloških procesih popolnoma nesprejemljiva.

Preverjanje pristnosti denarja

Infrardeči oddajnik se uporablja v napravah za preverjanje denarja. Posebna metamerna črnila, ki so nanesena na bankovec kot eden od varnostnih elementov, so vidna le v infrardečem območju. Infrardeči detektorji valut so najbolj brezhibne naprave za preverjanje pristnosti denarja. Namestitev infrardečih oznak na bankovce je za razliko od ultravijoličnih za ponarejevalce draga in zato ekonomsko nerentabilna. Zato so detektorji bankovcev z vgrajenim IR oddajnikom danes najbolj zanesljiva zaščita pred ponarejanjem.

nevarnost za zdravje

Močno infrardeče sevanje v prostorih z visoko vročino je lahko nevarno za oči. Najbolj nevarno je, če sevanja ne spremlja vidna svetloba. Na takih mestih je potrebno nositi posebna zaščitna očala za oči.

Poglej tudi

Druge metode prenosa toplote

Metode registracije (snemanja) IR spektrov.

Opombe

Povezave