红外成像仪原理与红外变像管、摄像管

 

    在许多场合,人们不仅需要知道物体表面的平均温度，更需要了解物体的温度分布情况，以便分析、研究物体的结构，探测内部缺陷。红外成像就能将物体的温度分布以图像的形式直观地显示出来。下面根据不同成像器件对成像原理作简要介绍

 

红外变像管

 

    红外变像管是直接把物体红外图像变成可见图像的电真空器件，主要由光电阴极、电子光学系统和荧光屏三部分组成，并安装在高度真空的密封玻璃壳内。

 

    当物体的红外辐射通过物镜照射到光电阴极上时，光电阴极表面胸红外敏感材料——蒸涂的半透明银氧铯，接收辐射后，便发射光电子。光电阴极表面发射的光电子密度的分布，与表面的辐照度的大小成正比，也就是与物体发射的红外辐射成正比。光电阴极发射的光电子在电场的作用下飞向荧光屏。荧光屏上的荧光物质，受到高速电子的轰击便发出可见光。可见光辉度与轰击的电子密度的大小成比例，即与物体红外辐射的分布成比例。这样，物体的红外图像便被转换成可见光图像。

 

 红外摄像管

 

  红外摄像管是将物体的红外辐射转换成电信号，经过电子系统放大处理，再还原为光学像的成像装置。强Ⅱ光导摄像管、硅靶摄像管和热释电摄像管等。前二者是工作在可见光或近红外区的波长。

 

    热释电摄像管如图示。靶面为一块热释电材料薄片，在接收辐射的一面覆以一层对红外辐射透明的导电膜。当经过调制的红外辐射经光学系统成像在靶上时，靶面吸收红外辐射，温度升高并释放出电荷。靶面各点的热释电与靶面各点温度的变化成正比。而靶面各点的温度变化又与靶面的辐照度成正比。因而，靶面各点的热释电量与靶面的辐照度成正比。当电子束在外加偏转磁场和纵向聚焦磁场的作用下扫过靶面时，就得到与靶面电荷分布相一致的视频信号。通过导电膜取出视频信号，送视频放大器放大，再送到控制显像系统，在显像系统的屏幕上便可见到与物体红外辐射相对应的熟像图。

 

   值得注意的是，热释电材料只有在温度变化的过程中才产生热释电效应，温度一旦稳定，热释电就消失。所以，当度静止物体才成像时，必须对物体的辐射进行调制。对于运动物体，可在无调制的情况下成像。

   根据红外成像原理和成像的对象不同，红外成像仪种类很多。有手持式、便携式、在线式等。

   成像仪的光学系统为全折射式。物镜材料为单晶硅，通过更换物镜可对不同距离和大小的物体扫描成像。光学系统中垂直扫描和水平扫描均采用具有高折射率的多面平行棱镜，扫描棱镜由电动机带动旋转，扫描速度和相位由扫描触发器、脉冲发生器和有关控制电路控制。