1、探讨红外技术的物理基础及其军事应用摘要 随着我国电子技术的进步，红外技术的应用也越来越广泛。红外技术是研究红外辐射的产出、传输、转换探测及应用的一种高新技术，其在军事装备中得到了广泛的应用。近些年，由于红外技术的独特功能，军用红外技术已逐步实现了向民用部门的转化。 红外成像、红外测试、红外检测、红外报警、红外侦查、红外夜视等已是各行各业争相选用的先进技术。基于此，本文对红外技术的物理基础及其军事应用进行了研究。 关键词 红外技术 物理基础 原理 应用 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 红外技术是研究红外辐射的产出、传输、转换探测及应用的一种高新技术，其在军事装备中
2、得到了广泛的应用。近些年，由于红外技术的独特功能，军用红外技术已逐步实现了向民用部门的转化，这也使红外技术得到了广泛的应用。与此同时，红外技术的应用也给人们的生活带来了便利。 二、红外技术的物理基础 红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在 770 纳米至 1 毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外技术是研究红外辐射的产出、传输、转换探测及应用的一种高新技术。产生红外辐射的物体就是红外辐射源。物理学的研究告诉我们,在自然界中,任何温度高于绝对零度(0K 或-273)的物体都在向外辐射各种波长的红外线,物体的温度越高,其辐射红外线的强度也越大。 热能是能
3、量的一种形式，储存在一切物体中，是温度的单值函数。一个物体只有达到绝对零度（0K 或-273） ，它将不带有热量，热能绝对值是零，我们称其为最冷的物体。任何温度高于绝对零度(0K 或-273)的物体，热能均不为零。热能是通过分子和原子（亚原子的微粒）的运动储存在物体内的。当物体处于绝对零度时，分子和原子也不运动，热能为零。一旦加热，物体温度开始上升，原子和分子（亚原子的微粒）开始振动，振动越剧烈，储存在物体内的热能总量越高。就像两手拍打或橡胶带振动时产生声音一样，红外能量通过这些原子和分子的振动，通过它们相互之间的碰撞释放出来。这些释放出的能量就是红外测温仪所测量的红外能量。温度越高，原子和分
4、子的振动越剧烈，释放的红外能量越多。这里关于温度和释放的红外能两者之间密切的线性关系，就是红外测温仪能够测温的原理。 根据波长的不同，通常人们将红外线划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为 0.75 到 3.0 微米；中红外波长为 3.0 到 20 微米；远红外则指波长为 20 到 1000 微米。在光谱学中，波段的划分方法并不统一，也有人将 0.75 到 3.0 微米，3.0 到 40 微米和 40 到 1000 微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的“窗口”区，即 1 到 3 微米、3 到 5 微米和 8 到 13 微米可让红外辐射通过，因
5、而在军事应用上，又分为将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。8 到 13 微米还称为热波段。 三、红外技术在军事领域的应用 1、红外摄像技术 红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(一 273)以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。 红外热成像仪是采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，红外热成像仪可应用于夜间及恶劣气候条件下目标的监
6、控。夜晚，由于众所周知的原因，可见光器材已经不能正常工作。如果采用人工照明的手段，则容易暴露目标。红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于红外线的波长较长。特别是工作在 814um 的热成像仪，穿透雨、雾的能力较高，因此仍可以正常观测目标。在夜间以及恶劣气候条件。采用红外热成像监控设备可以对各种目标，如人员、车辆等进行监控。 2、红外探测报警技术 我们根据各类目标和背景辐射特性的差异,就可以利用红外技术在白天和黑夜对目标进行探测、跟踪和识别,以获取目标信息。在现代战争中,红外技术成为获取战场信息的关键技术之一
7、。 人体都有恒定的体温，一般在 37 度左右，会发出特定波长 10m左右的红外线，被动红外探测器就是靠探测人体发射的 10m 左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10m 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动式红外探测器就是通过采用对人体体温辐射的红外线频段敏感的元件为核心，在感应到立体空间内的热源时产生报警。最普通的就是一种红外线发射器，发射出红外线，如果有物体遮挡住线束的路径，那么接收器接收不到线束，就会向控制器发出信号，然后报
8、警装置发出报警信号。另外还有一种是热释电红外的红外线传感器件，对特定波长的红外线有极强的感应能力。如果有人靠近的话，它会接收下来并进行放大，然后驱动发声元件给予报警。一切军事目标都散发热量,发出大量的红外辐射。利用红外技术装备,就可以实现从空中对这些目标进行侦察、监视与跟踪。 3、红外遥感技术 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。 现代红外探
9、测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。红外探测最早是用单元探测器,为了提高灵敏度和分辨率,后来发展为多元线列探测器。多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时,它输出的信噪比可比单元探测器高倍,n 为元数。如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时,则可获得目标辐射的一维分布。以线列探测器为基础的红外探测系统,大都安装在飞机或卫星遥感平台上,平台的前进运动垂直于线列作为第二维时,就可得到目标辐射的分布图象。现在,红外探测器已从多元发展到焦平面阵列,响应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。 四、结束语 近些年，由于红外技术的独特功能，使红外技术在军事领域中得到了广泛的应用。红外技术在军事领域中的应用，改变了现代战争的形态，也必将反会促进了世界各国加大对红外技术的研究。 参考文献 1 吕立波.红外探测技术的发展及应用J. 中国公共安全(市场版). 2007(06) 2 王熙宏.夜视监控技术发展的探讨J. 中国公共安全(市场版). 2007(11) 3 吕立波.红外热成像技术及其在安防领域中的应用J. 中国公共安全(综合版). 2008(07)
