ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.06.2024
Просмотров: 116
Скачиваний: 0
И. Б. ЛЕВИТИН
ИНФРАКРАСНАЯ
ТЕХНИКА
«ЭНЕРГИЯ» ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1973
6 П 2 . 1 9
Л 36 У Д К 621.384.3
~ * Т $ Ъ , ПУБЛИЧНАЯ |
^ |
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ |
і |
БИБЛИОТЕКА С - СС С |
Левитин И. Б.
Л 36 Инфракрасная техника. Л., «Энергия», 1973.
160 С. С ИЛ.
В |
книге |
рассматриваются |
краткие |
основы |
инфракрасной |
||||||
техники, |
о т н о с я щ и е с я , |
главным |
о б р а з о м , |
к п о л у ч е н и ю |
инфра |
||||||
красных |
и з о б р а ж е н и е |
и неконтактному |
измерению |
|
температуры |
||||||
незначительно |
нагретых тел. Приводятся |
сведения |
о |
п р и р о д е |
|||||||
и свойствах |
инфракрасных и з л у ч е н и й , |
об источниках п |
прием |
||||||||
никах этих |
и з л у ч е н и й , |
об особенностях |
их п р о х о ж д е н и я |
с к в о з ь |
|||||||
оптические |
материалы |
и атмосферу |
и, |
наконец, о |
современной |
||||||
т е х н и к е |
п о л у ч е н и я инфракрасных |
и з о б р а ж е н и й . |
|
|
|
||||||
Книга |
п р е д с т а в л я е т интерес для специалистов |
различных |
отраслей промышленности, заинтересованных в исследовании
температуры |
с л а б о н а г р е в а ю щ н х с я |
объектов по нх и з л у ч е н и ю , |
а т а к ж е для |
студентов вузов и |
т е х н и к у м о в . |
Л |
3311-318 |
147-73 |
6П2.19 |
|
051(01)-73 |
||||
|
|
|
(6) Издательство « Э н е р г и я » , 1973
Книга подготовлена |
к выпуску комсомольцами |
и |
моло |
||
дежью издательства |
|
на общественных началах |
в |
честь |
|
50-летия |
образования |
СССР. |
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Три рода техники лучистой энергии — светотехника, техника ультрафиолетовых излучений и инфракрасная техника — безусловно тесно связаны между собой. Эта связь основана не только на общей физической сущности излучений оптической области спектра, но и на все более часто используемой общности способов и методов практи ческих применений. В качестве доказательства этого можно сослаться на примеры ультрафиолетовых облучательных установок (фотариев, установок для стерилизации воды и т. д.) или установок инфракрасного (лучистого) обогрева помещений, имеющих очень много общих черт с осветитель ными установками.
Во многих случаях весьма близки способы генерирова ния ультрафиолетовых, инфракрасных и световых излу чений. Наконец, методы измерения лучистой энергии (фо тометрия) и применяемые для этих целей приемники и аппаратура также имеют много общего для всех трех диа пазонов оптической области спектра.
Все это является естественным следствием взаимоза висимости и слияния различных, но контактирующих наук и все более часто наблюдаемого использования опыта и методов одной науки в сопредельных науках, всегда при водящего к плодотворным результатам.
Вместе с тем каждая из областей лучистой техники имеет свои специфические особенности и использует специальные методы генерирования излучений, приемники излучений и способы их применения, способы измерений и методы практического использования. Знание этих специфических особенностей сопредельных областей лучистой техникиможет принести значительную пользу специалистам, ра ботающим в какой-либо одной из этих областей (и главным образом в области светотехники).
1* |
3 |
Предлагаемая небольшая книга ставит своей целью ознакомление неспециалистов по инфракрасной технике с ее современными средствами — источниками излучений, приемниками, усилением сигналов от приемников, спосо бами выделения спектральных участков, некоторыми ви дами специальной аппаратуры и т. д. Можно надеяться, что сведения такого рода окажутся полезными и смогут натолкнуть на практическое использование при решении отдельных технических задач (например, неразрушающего контроля изделий, неконтактного измерения температур, лучистого нагрева и т. п.).
Автор приносит свою искреннюю благодарность канд. техн. наук В. К. Баранову, внимательно просмотревшему всю рукопись, и канд. техн. наук Б. Ш. Ланде за ценные замечания, которые они сделали.
Пожелания и замечания по содержанию книги просьба направлять по адресу: 192041, г. Ленинград, Марсово поле,
д.1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».
И.Левитин
Г Л А В А |
П Е Р В А Я |
|
|
ПРИРОДА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА |
|||
ИНФРАКРАСНЫХ |
ИЗЛУЧЕНИЙ |
||
1. Природа инфракрасных |
излучений |
||
Инфракрасные |
излучения |
являются |
областью электро |
магнитных колебаний, по своей физической природе сход ной со световыми излучениями. Так же как световые, ин фракрасные излучения представляют собой поперечные направлению луча электромагнитные волны; они распро страняются от источника прямолинейно в любой однород
ной физической |
среде — в вакууме, |
газах, жидкостях и |
||||||
твердых веществах. |
|
|
|
|
|
|
||
С помощью линз из материалов, |
прозрачных |
для |
ин |
|||||
фракрасных |
излучений, |
или |
зеркал |
эти |
излучения, |
так |
||
же как световые, можно отклонять в результате |
прелом |
|||||||
ления или отражения, |
фокусировать и |
разлагать |
на |
|||||
спектральные |
составляющие |
(посредством |
призм |
или ди |
||||
фракционных |
решеток). |
|
|
|
|
|
|
|
Инфракрасные |
излучения, |
как и |
световые, |
обладают |
дополняющими друг друга, но не проявляющимися одно временно волновыми и корпускулярными свойствами.
Как разновидность электромагнитных колебаний ин фракрасные излучения занимают в общем спектре электро магнитных волн широкую (значительно большую, чем све товые излучения) область, смыкающуюся с одной стороны
с |
крайними красными излучениями |
(с длиной волны X = |
= |
0,76 мкм) видимой части спектра, |
а с другой стороны — |
с радиоколебаниями миллиметрового диапазона. Длинно волновая граница инфракрасных излучений не определена точно и условно относится к длине волны X = 1000 мкм.
5
Широкий диапазон инфракрасных излучений принято
разделять на три поддиапазона1 : |
(X = |
|
|
|
|||
1) |
коротковолновый |
(ближний) |
0,76 |
ч - |
1,4 мкм); |
||
2) |
средневолновый |
(средний) (к = |
1,4 |
ч - 3 мкм); |
|||
3) |
длинноволновый |
(дальний) |
(К = |
3 ч - 1000 |
мкм). |
||
Деление инфракрасных излучений |
на |
поддиапазоны |
основывается на применяемых в каждом из них физических способах обнаружения и измерения: в ближнем поддиапа зоне для этих целей используются те же методы, что и для видимых (световых) излучений, в среднем — лишь неко торые сходные методы, в дальнем — только тепловые ме тоды.
Для характеристики инфракрасных излучений, кроме длины волны %, измеряемой в микрометрах ( Ю - 6 м) или нанометрах (10~9 м), иногда используют понятие волно вого числа V, равного числу длин волн, приходящихся на один сантиметр: ѵ = 1А.
Волновое число измеряется в сантиметрах (см- 1 ). Инфракрасное излучение возникает в результате внут
ренних физических процессов, протекающих в веществе источника этих излучений — колебательных и враща тельных движений атомов и молекул, колебаний узлов решетки, электронных переходов с одних энергетических уровней на другие. Основным способом генерирования инфракрасных излучений является нагревание тел, отчего в ряде случаев эти излучения называются тепловыми.
Инфракрасные излучения были открыты в 1800 г. Вилья мом Гершелем при изучении теплового эффекта в различ ных участках солнечного спектра: было обнаружено, что наибольший тепловой эффект проявляется за пределами красной части светового спектра, в невидимой области, лолучившей название инфракрасной.
2. Энергетические характеристики инфракрасных излучений
Инфракрасные излучения принято характеризовать энергетической системой величии и единиц. Соответствую щие определения, обозначения и терминология, приведен-
1Указанные здесь границы поддиапазонов приняты Комитетом
Е— 1.1 Международной комиссии по освещению (МКО).
6
ные ниже, даны по третьему изданию Международного светотехнического словаря (МСС), разработанного Коми тетом Е — 1 . 1 Международной комиссии по освещению (МКО) и утвержденного национальными комитетами (в том числе СССР) МКО и МЭК (Международной электротехни ческой комиссии).
Основной величиной является лучистая энергия — энергия, переносимая излучением Q, измеряемая в джоу лях (Дж).
Лучистым потоком Ф называют мощность излучения (лучистую энергию за единицу времени):
0 = dQ/dt.
Единицей лучистого потока является ватт (Вт). Энергетическая сила света / есть отношение лучистого
потока ^Ф, исходящего от источника и распространяюще гося внутри элементарного телесного угла dQ, содержа щего заданное направление, к этому элементарному телес ному углу:
/ = ^ Ф Ш .
Единицей энергетической силы света является ватт на
стерадиан (Вт-ср- 1 ).
Энергетическая яркость L есть отношение энергетиче ской силы света dl, излучаемой элементом dA поверхности источника в данном направлении, к площади проекции этого элемента поверхности на плоскость, перпендикуляр ную направлению излучения (Ѳ — угол между этим направ
лением и нормалью к |
dA): |
|
|
|
I — |
d I |
— |
^ 2 |
ф |
~~ dA |
cos Ѳ |
~ |
düdA |
cos Ѳ ' |
Единицей энергетической яркости является ватт на сте |
||||
радиан и на квадратный метр |
( В т - с р - 1 - м - 2 ) . |
В ряде случаев приходится рассматривать поверхност ную плотность лучистого потока, т. е. отношение лучистого потока аФ, приходящегося на элемент поверхности dA, содержащий заданную точку, к площади этого элемента.
Если лучистый поток аФ падает на поверхность dA, поверхностная плотность лучистого потока называется энергетической освещенностью Е:
E = dQ)/dA.
7