红外技术基本理论

红外技术基本理论

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温较快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。

红外线可分为三部分.

近红外线:波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；

中红外线:波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；

远红外线:波长为(25-40)～l000μm 之间。

一、热辐射基本定律

任何0 K以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。

 



 

1. 单色吸收比和单色反射比

任何物体向周围发射电磁波的同时，也吸收周围物体发射的辐射能。当辐射从外界入射到不透明的物体表面上时，一部分能量被吸收，另一部分能量从表面反射（如果物体是透明的，则还有一部分能量透射）。

吸收比。被物体吸收的能量与入射的能量之比称为该物体的吸收比。在波长l到l+dl范围内的吸收比称为单色吸收比，用表示。

反射比。反射的能量与入射的能量之比称为该物体的反射比。在波长l到l+dl范围内相应的反射比称为单色反射比，用表示。对于不透明的物体，单色吸收比和单色反射比之和等于1，即                               

若物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于1，即，则称该物体为**黑体（简称黑体）。


2. 基尔霍夫辐射定律

在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。即

                 

式中为黑体的单色辐射出射度。

3. 普朗克公式

黑体处于温度T时，在波长l 处的单色辐射出射度由普朗克公式给出

                           

式中h为普朗克常数，c为真空中的光速，kB为波尔兹曼常数。

可见：

⑴对应任一温度，单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应不同温度的曲线不相交。因而温度能一确定单色辐射出射度的光谱分布和辐射出射度（即曲线下的面积）。

⑵单色辐射出射度和辐射出射度均随温度的升高而增大。

⑶单色辐射出射度的峰值随温度的升高向短波方向移动。




4.维恩位移定律

单色辐射出射度较大值对应的波长




           

 













































5.斯忒藩-玻尔兹曼定律


                                  

其中为斯忒藩-玻尔兹曼常数。

斯忒藩-玻尔兹曼定律表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关。

3远红外线的发现：

    远红外线的发现 公元1800年德国科学家"霍胥尔"发现太阳光中的红外线外侧所围绕着一种用肉眼无法看见的光源，波长介於5.6-1000UM的「远红外线」，经过这种光源照射时，会对**体产生放射、穿透、吸收、共振的效果。美国太空总署(NASA)研究报告指出，在红外线内，对人体有帮助4-14微米的远红外线，能渗透人体内部15CM，从内部发热，从体内作用促进微血管的扩张，使血液循环顺畅，达到新陈代谢的目的，进而增加身体的*力及缓解率。 但是根据黑体辐射理论，一般的材料要产生足够强度的远红外线，并不容易，通常必须藉助特殊物质作能量的转换，将它所吸收的热量经由内部分子的振动再发放较长波长的远红外线出来。（南京希达电子专业生产远红外线加热管）

红外辐射加热管产品简介：

    以耐高温稀有金属或非金属制成的红外辐射发热体，经特殊工艺绕制后封闭在特种透明高纯石英玻壳内，再经抽真空并充以惰性混合气体制成。这种加热管在通电后产生的一定波长的红外线辐射能量，具有高强度、高热效、高穿透性、低能耗的显着特点。它完全克服了普通乳白玻璃红外加热管不抽真空、热惯性大、温度控制精度低、热效率低、寿命短的固有缺陷。利用这种加热管制成加热器、热风器、烘箱、烘道等加热设备能大大地提高工作效率，缩短加热周期，节约加热能源，降低生产成本，因而得到了广泛的应用。并且，利用红外辐射加热技术不论是对被加热工件还是对环境都没有污染。因此，高红外辐射加热管是一种真正意义上的“绿色产品”。

4远红外辐射器的形状：

    0按形状分为单管、栾管、欧米茄型、U型、圆形、梨型、螺旋型等等。按颜色可分为有色（分好几种）和透明，按功能可分钨丝加热丝、镍铬合金丝发热丝、碳纤维发热丝[1] 等等，可制造红宝石套管有效的滤掉了短波红外线，而辐射长波红外线。还可以分为镀金反射层和镀白反射层，以增加其辐射能力，使其更加高效节能。目前广泛使用的还是以钨丝和碳纤维为主体发热材料的红外线辐射器。