红外检测技术试题

上传者：陈正岳
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上传时间：2015-05-06
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红外检测技术试题

1. 从事红外光谱研究、红在红外技术中,为便于对不同波长的红外光进行研究,一般将红外辐射分为哪四个区域？

近红外(波长?=0.76～3um),中红外(?=3～6um),中远红外(?=6～2Oum),远红外(?=20～1000um)。所谓远或近,是指红外辐射在电磁波谱中距离可见光的远、近,靠近可见光的为近红外区。

2. 外技术应用和研究中经常用到的，在大气中红外辐射透过率相对较高的3个“大气窗口”是？

这3个对太阳光谱吸收较弱的区段,即2～2.6um,3～5um,8～14um,大气相对说来是比较透明的,常称为“大气窗口”

3. 根据哪两个条件将红外辐射源分为电源和面源？

根据辐射源几何尺寸的大小及相距探测器的远近,可分为点源和面源。

4. 简述漫辐射的点光源辐射能传播的逆二次方定律。

作为漫辐射的点光源,它辐射出的能量是以球状向空间扩展的,距离辐射源S为R的球面上的辐射强度与R2成反比,这就是辐射能传播的逆二次方定律。

图1.7画出了在与点光源S距离为R和2R的两个球面上,置有单位面积(如1cm2)的检测器D1,D2。设点光源S辐射于半球面内的全部红外线能量为Q,则检测器D1,D2接收到的辐射能分别为Hl,H2,

H1?Q 22?R

H2?QQ ?222?(2R)8?R

二者之比为 H21?2 （1.11） H12

曲式(1.11)可见,单位面积上所接收到的辐射能是随距离的平方而衰减的。该衰减特性表明,对于一定辐射能的红外光源,它的有效作用距离(当检测器灵敏度给定条件下)是有限的。为提高作用距离,或加大辐射能力度,或通过反射器(或透镜)将射线汇聚集中辐射出去。

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图⒈7 点源的辐射和传播衰减

5. 什么是黑体？

绝对黑体是指一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收,且具有最大辐射

率的物体。它能够在任何温度下,全部吸收任何波长的人射辐射功率,即吸收率

?B(?,T)?1。黑体必然是最理想的辐射体。

实际上,在自然界中并不存在完全理想的黑体。但通过对理想物体的研究,可使

对所研究的问题得以简化。为了研究黑体辐射,人们用空腔开孔的容器来模拟

黑体辐射。

6. 简述普朗克定律和维恩位移定律、斯-波定律的关系

普朗克定律表示了在单位时间内从黑体表面的单位面积在半球面内所辐射的

能量对波长的分布关系

描述的是黑体辐射最大光谱辐出度与热力学温度0Κ的关系。该定律也是一个

由实验得出的经验公式。

斯-波定律黑体的积分辐射量MB(T)与它的热力学温度(K)的四次方成正比

7. 简述光源的基本作用

(1)可以在某一波长或某一波段提供一定的辐射能量

(2)在适当的的时间间隔内保持一定的光强度

(3)更多的时候作为载体，根据其中某个量的变化得到某个量

E = A????????+??

8. 光源按物理机理不同可以分为热光源与发光光源，请简要说明这两种光源

的工作机理。

热光源：利用物体热辐射原理制成的，发射连续光谱。

发光光源：利用气体放电原理制成的，把电能转换为辐射光能，它的辐射

特性由放电气体决定。如：氙灯。

9. 两束光要发生干涉，除需满足同偏振、同频率、相位差恒定外还需满足时

间相干性和空间相干性，请写出描述这两个条件的各量值。

时间相干性：由光源发射的光振动波列长度决定

相干长度L0 相干时间??0

空间相干性：描述某一时刻，不同空间点处的光波场之间的相干性。

按空间点位置不同：纵向空间相干性和横向空间相干性

10. 产生激光的必要条件是？激光器包括哪3部分？按工作物质的类型不同

分为哪四大类？

形成粒子数反转是产生激光或激光放大的必要条件，为了形成粒子数反转，

须要对发光物质输入能量，我们称这一过程为激励、抽运或泵浦。

（1）激光工作物质

（2）泵浦源

（3）光学谐振腔

(1) 固体激光器

(2) 气体激光器

(3) 液体激光器

(4) 半导体激光器

11. 红外探测器的定义，根据对辐射响应方式的不同可分为哪两大类？

分为热探测器和光子探测器两大类。

12. 根据红外探测的具体要求，选用探测器时需依据的原则是什么？

①根据目标辐射光谱范围来选取探测器的响应波段;

②根据系统温度分辨率的要求来确定探测器的探测率和响应率;

③根据系统扫描速率的要求来确定探测器的响应时间;

④根据系统空间分辨率的要求和光学系统焦距来确定探测器的接收面积。

13. 描述一个红外探测器的性能可以用许多参数,其最基本的是哪三个方面的

指标？

对辐射的探测能力、响应的波长范围和响应速度。

14. 噪声等效功率用NEP表示，简述其定义。

噪声等效功率定义为:投射到探测器响应平面上的红外辐射功率所产生的电输出信号正好等于探测器本身的均方根噪声电压(或电流)时的辐射功率值,以NEP表示。上述定义表明,噪声等效功率就是为使探测器产生输出信噪比为1所必须入射的红外辐射功率,即

15. 在红外系统和其他元件中主要有哪六种基本噪声？研究噪声的目的是什

么？

在红外系统和其他元件中主要有六种基本噪声:

①热噪声; ②散粒噪声; ③产生-复合噪声;

④光子噪声; ⑤温度噪声; ⑥ 1/f噪声。

16. 简述热电偶的工作原理。

热电偶是利用温差电现象制成的感温元件。

温差电现象是把两种不同的金属或半导体细丝(也有制成薄膜结构)连成一个封闭环，当一个接头吸热后其温度和另一个接头不同,环内就产生电动势。

17. 红外光子探测器是利用光子效应制成的，分为哪两种?

光电导探测器光伏探测器

18. 热探测器和光子探测器最大的区别是什么？

热探测器与光子探测器差别

1 热探测器响应与辐射波长无关，对任何波长的辐射都有响应,所以称热探测器为无选择性探测器。

2 如果想对特定波段进行响应,需要在热探测器前加一滤波片将不需要的辐射滤掉。

19. 制冷器是红外传感器的主要组成部分,它主要有哪两方面的技术功能？

第一,制冷可保证探测器功能正常,或增加探测器的灵敏度;

第二,低温制冷可以减小来自滤光片、挡板及光学系统本身带来的热噪声。

20. 一般获得低温的方法有哪两种？

一般获得低温的方法有物理和化学两种

21. 一个比较完整的红外仪器通常包括哪几个部分？简述其作用。

一个比较完整的红外仪器通常包括光学系统、调制盘、红外探测器、电子处理线路和显示记录装置等部分。其中,光学系统用于收集目标红外辐射并将它会聚到红外探测器上;调制盘对入射的连续红外辐射进行调制,使直流信号变成交流信号。在一些较精密的红外仪器中,还采用了参考黑体,在调制器阻断目标辐射期间,让探测器接收参考黑体的辐射,以作为辐射测量的基准。红外探测器接收经过调制的红外辐射,并转变成电信号。电子处理线路将来自探测器的电信号进行放大,并进行各种信号处理。显示记录装置将经过处理的信号进行显示和记录。

22. 根据红外辐射计的光谱响应特性,可以把它分为哪几种类型？

(1)全辐射辐射计全辐射辐射计的探测器均匀地响应所有波段的辐射,而光学系统对所有波长的入射辐射全部透过。它在常用红外光谱波段上有近似均匀的响应,输出与光学系统上的总辐照度成比例。

(2)宽通带/窄通带辐射计宽通带辐射计使用的探测器一般响应波段较宽,其响应波段只由探测器的响应范围决定。窄通带辐射计又称滤波片辐射计。在红外探测器前面安放有一个红外滤光片,这种辐射计的响应将受红外滤光片通带的限制,可根据需要对滤光片通带进行选择,获得任意小的光谱区间。

(3)光谱辐射计光谱辐射计包括产生窄带辐射的单色仪和测量该辐射功率的辐射计。光谱辐射计利用色散棱镜或衍射光栅进行分光,辐射光谱中每个小波段的辐射经过出射狭缝进人辐射计,光谱辐射计可以响应到极窄波长范围的功率。

23. 比起接触式测温方法,红外测温具有哪些优点？

① 非接触和远距离测量。红外测温仪是通过测量物体的红外辐射来确定物体的温度,不需与被测物体接触,并可远距离测量,它特别适合于对高速运动体、旋转体、带电体及高温高压物体的温度测量。

② 响应速度快。红外测温仪不像热电偶、温度计那样,需要与被测物体接触并达到热平衡,而只要接收到目标的红外辐射即可定温，其响应时间在毫秒甚至微秒数量级。

③灵敏度高。因物体温度的微小变化就会引起辐射能量较大的变化，故红外测温仪的可测温差很小,可达零点几摄氏度。

④测温范围广。红外测温仪可测的温度范围很广,可从负几十摄氏度到正几千摄氏度。

24. 选择红外光学材料时应考虑哪些主要性质？列出常见的几种红外光学材

料。

1光谱透射比 2折射率和色散 3自辐射性能4机械强度