Инфракрасное излучение дает. Инфракрасные лучи: свойства, области применения, влияние на человека

Инфракрасное (ИК) излучение – вид электромагнитного излучения, занимающее спектральный диапазон между видимым красным светом (ИНФРАкрасный: НИЖЕ красного) и коротковолновым радиоизлучением. Эти лучи создают тепло и в науке известны, как термические волны. Эти лучи создают тепло и в науке известны, как термические волны.

Все нагретые тела источают инфракрасное изучение, в том числе и человеческое тело и Солнце, которое именно этим способом и греет нашу с вами планету, давая жизнь всему живому на ней. Тепло, которое мы ощущаем от огня у костра или камина, обогревателя или теплого асфальта – все это следствие инфракрасных лучей.

Весь спектр инфракрасного излучения принято делить на три основных диапазона, отличающихся длинной волны:

Коротковолновый, с длинной волны λ = 0,74-2,5 мкм;
Средневолновый, с длинной волны λ = 2,5-50 мкм;
Длинноволновый, с длинной волны λ = 50-2000 мкм.

Ближние или иначе коротковолновые ИК лучи совсем не горячие, фактически мы их даже не чувствуем. Эти волны используются, например, в пультах дистанционного управления телевизоров, системах автоматики, охранных системах и т.д. Их частота больше, и соответственно их энергия выше, чем у дальних (длинных) инфракрасных лучей. Но не на таком уровне, чтобы повредить организму. Тепло же начинает создаваться на средних инфракрасных длинах волн, и их энергию мы уже чувствуем. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, т. к. излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека, как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Например источник с длиной волны 1,1 мкм соответствует расплавленному металлу, а источник с длиной волны 3,4 мкм – металлу к концу прокатки, ковки.

Для нас с вами интерес представляет спектр с длинной волны 5-20 мкм, так как именно в этом диапазоне приходится более 90% производимого инфракрасными системами отопления излучения с пиком излучения в 10 мкм. Очень важно, что именно на данной частоте само человеческое тело излучает инфракрасные волны 9,4 мкм. Таким образом, любое излучение на данной частоте воспринимается человеческим организмом как родственное и оказывает на него благотворное и, даже более того, оздоровительное влияние.

При таком воздействии на организм инфракрасным излучением возникает эффект «резонансного поглощения», которое характеризуется активным поглощением организмом внешней энергии. В результате чего можно наблюдать у человека повышение уровня гемоглобина, усиление активности ферментов и эстрогенов, в общем итоге – стимуляция жизненной активности человека.

Воздействие инфракрасного излучения на поверхность тела человека, как мы уже говорили, полезно и, вдобавок ко всему, приятно. Вспомните первые солнечные дни в начале весны, когда после долгой и пасмурной зимы наконец-то выглянуло солнышко! Вы чувствуете, как оно приятно обволакивает освещаемый участок вашей кожи, лицо, ладони. Уже не хочется надевать перчатки и головной убор, не смотря на достаточно низкую по сравнению с «комфортной» температуру. Но стоит появиться маленькой тучке, как мы сразу испытываем ощутимый дискомфорт от прерывания столь приятного ощущения. Это и есть то самое излучение, которого нам так не хватало на протяжении всей зимы, когда Солнце долгое время отсутствовало, и мы волей-неволей несли свой "инфракрасный пост".

В результате воздействия инфракрасного излучения можно наблюдать:

Ускорение обмена веществ в организме;
Восстановление кожной ткани;
Замедление процесса старения;
Вывод из организма излишних жиров;
Высвобождение двигательной энергии человека;
Повышение антимикробной устойчивости организма;
Активация роста растений

и многое многое другое. Более того инфракрасное облучение применяется в физиотерапии для лечения многих заболеваний в том числе онкологических, так как способствует расширению капилляров, стимулирует кровоток в сосудах, повышает иммунитет и производит общий лечебный эффект.

И это совсем не удивительно, потому что данное излучение дано нам от природы как способ передачи тепла, жизни всему живому, нуждающемуся в этом тепле и комфорте, минуя пустое пространство и воздух как посредников.

Несовершенство собственной природы, компенсируемое гибкостью интеллекта, непрерывно толкало человека к поиску. Желание летать как птица, плавать как рыба, или, скажем, видеть ночью подобно кошке, воплощались в действительность по мере достижения требуемых знаний и технологий. Научные изыскания часто подстегивались нуждами военной деятельности, а результаты определялись существующим технологическим уровнем.

Расширение диапазона зрения для визуализации недоступной для глаз информации является одной из наиболее трудных задач, так как требует серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Первые успешные результаты в этом направлении были получены в 30-х годах XX века. Особенную актуальность проблема наблюдения в условиях низкой освещенности приобрела в ходе Второй мировой войны.

Естественно, усилия, затраченные в этом направлении, привели к прогрессу в научных исследованиях, медицине, техники связи и других областях.

Физика инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны (=
м) и коротковолновым радиоизлучением(=
м).Открыто инфракрасное излучение было в 1800 г. английским ученым У. Гершелем. Спустя 123 года после открытия инфракрасного излучения советский физик А.А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны равной приблизительно 80 мкм, т.е. располагающиеся в инфракрасном диапазоне длин волн. Это доказало, что свет, инфракрасные лучи и радиоволны имеют одинаковую природу, все это лишь разновидности обычных электромагнитных волн.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как что все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры излучают энергию в инфракрасном спектре.

ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ОБЪЕКТОВ

Инфракрасное излучение баллистических ракет и космических объектов

Инфракрасное излучение самолетов

Инфракрасное излучение надводных кораблей

Факел маршевого

двигателя, предста- вляющий собой поток горящих газов, несущих взвешенные твердые частицы золы и сажи, которые образуются при сгорании ракетного топлива.

Корпус ракеты.

Земля, которая отражает часть солнечных лучей, попавших на нее.

Сама Земля.

Отраженное от планера самолета излучение Солнца, Земли, Луны и других источников.

Собственное тепловое излучение удлинительной трубы и сопла турбореак-тивного двигателя или выхлопных патрубков поршневых двигателей.

Собственное тепловое излу-чение струи выхлопных газов.

Собственное тепловое излучение обшивки самолета, возникающее за счет аэродина-мического нагрева при полете с большими скоростями.

Кожух дымовой трубы.

Выхлопное

отверстие дымовой трубы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь,

дымку, снег.

2. Производит химическое действие на фотопластинки.

3. Поглощаясь веществом, нагревает его.

4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.

5. Невидимо.

6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.

7. Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и

фотографическими.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Собственное Отраженное Ослабление Физические

тепловое объектами ИК ИК излучения особенности ИК

излучение излучение в атмосфере излучения фонов

Характе-ристики	Осн. понятия
Собствен-ное тепловое излуче-ние нагретых тел	Фундаментальное понятие - абсолютно черное тело. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее все падающие на него излучения на любых длинах волн. Распределение интенсивности излучения черного тела (з/н Планка): , где -спектральная яркость излучения при температуре Т, -длина волны в мкм, С1 и С2 - постоянные коэффициенты: С1=1,19* Втмкмсмср, С2=1,44 мкм*град. Максимум длины волны(закон Вина): , где Т-абсолютная температура тела. Интегральная плотность излучения- закон Стефана - Больцмана:
Отраженное объек-тами ИК излуче-ние	Максимум солнечного излучения, определяющий отраженную составляющую, соответствует длинам волн короче 0,75 мкм, а 98% всей энергии излучения Солнца приходится на участок спектра до 3 мкм. Часто эту длину волны считают граничной, разделяющей отраженную (солнечную) и собственную составляющие ИК излучения объектов. Следовательно, можно принять, что в ближней части ИК спектра (до 3 мкм) определяющей является отраженная составляющая и распределение лучистости по объектам зависит от распределения коэффициента отражения и облученности. Для дальней части ИК спектра определяющим является собственное излучение объектов, а распределение лучистости по их площади зависит от распределения коэффициентов излучения и температуры. В средневолновой части ИК спектра необходимо учитывать все четыре параметра.
Ослабле-ние ИК излуче-ния в атмосфе-ре	В ИК-диапазоне длин волн имеется несколько окон прозрачности и зависимость пропускания атмосферы от длины волны имеет весьма сложный вид. Ослабление ИК излучения определяется полосами поглощения водяных паров и газовых составляющих, главным образом углекислого газа и озона, а также явлениями рассеивания излучения. Смотреть рисунок «Поглощение ИК излучения».
Физи-ческие особен-ности ИК излуче-ния фонов	ИК излучение имеет две составляющие: собственное тепловое излучение и отраженное (рассеянное) излучение Солнца и других внешних источников. В диапазоне длин волн короче 3 мкм доминирует отраженное и рассеянное солнечное излучение. В этом диапазоне длин волн, как правило, можно пренебречь собственным тепловым излучением фонов. Наоборот, в диапазоне длин волн более 4 мкм преобладает собственное тепловое излучение фонов и можно пренебречь отраженным (рассеянным) солнечным излучением. Диапазон длин волн 3-4 мкм является как бы переходным. В этом диапазоне наблюдается ярко выраженный минимум яркости фоновых образований.

ПОГЛОЩЕНИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Спектр пропускания атмосферы в ближней и средней инфракрасной области (1,2-40 мкм) на уровне моря (нижняя кривая на графиках) и на высоте 4000 м (верхняя кривая); в субмиллиметровом диапазоне (300-500 мкм) излучение до поверхности Земли не доходит.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА

С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла или, говоря научным языком, инфракрасного излучения.

В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм(так называемая длинноволновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по - настоящему уникальное полезное действие. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё». Самый известный естественный источник инфракрасных лучей на нашей Земле - это Солнце, а самый известный на Руси искусственный источник длинноволновых инфракрасных лучей - это русская печь, и каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние. Приготовление пищи с помощью инфракрасных волн делает пищу особенно вкусной, сохраняет витамины и минералы, при этом не имеет ничего общего с микроволновыми печами.

Воздействуя на организм человека в длинноволновой части инфракрасного диапазона, можно получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя энергия будет активно поглощаться организмом. В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клетки организма, и из нее уходит не связанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие биохимические реакции. Это касается всех типов клеток организма и крови.

Во все времена инфракрасное излучение окружало человека. До наступления технологического прогресса лучи солнца обеспечивали влияние на человеческий организм, а с появлением бытовой техники, инфракрасное излучение оказывает воздействие и в домашних условиях. Терапевтическое прогревание тканей организма с успехом используется в медицине для физиотерапевтического лечения различных патологий.

Свойства инфракрасного излучения были давно изучены учеными физиками и направлены на получение максимальной выгоды и пользы для человека. Все параметры вредного воздействия были учтены и рекомендованы способы защиты для сохранения здоровья человека.

Инфракрасные лучи: что это?

Невидимое электромагнитное излучение, обеспечивающее сильный тепловой эффект, называется инфракрасным. Длина лучей составляет от 0,74 до 2000 мкм, что находится между микроволновым радиоизлучением и видимыми красными лучами, которые являются самыми длинными в спектре солнца.

Еще в 1800 году астроном из Великобритании Уильям Гершель открыл электромагнитное излучение. Случилось это во время изучения лучей солнца: ученый заметил значительное нагревание приборов и смог дифференцировать невидимое излучение.

У инфракрасного излучения есть второе название – «тепловое». От предметов, способных поддерживать температуру, исходит тепло. Короткие инфракрасные волны греют сильнее, а если тепло ощущается слабое, значит, от поверхности исходят волны с дальним диапазоном. Длина волны инфракрасного излучения бывает трех видов:

короткая или ближняя до 2,5 мкм;
средняя не более 50 мкм;
длинная или дальняя 50–2000 мкм.

Любое тело, которое предварительно нагрелось, испускает инфракрасные лучи, выделяя при этом тепловую энергию. Самым известным природным источником тепла является солнце, а к искусственным можно отнести электрические лампы, бытовую технику, радиаторы, при работе которых выделяется тепло.

Где применяется инфракрасное излучение?

Каждое новое открытие находит свое применение, с извлечением наибольшей пользы для человечества. Открытие инфракрасных лучей помогло справиться со многими проблемами в разных областях от медицины до производственных масштабов.

Самые известные области, где используются свойства невидимых лучей:

С помощью специальных приборов, тепловизоров, можно обнаружить объект на удаленном расстоянии, используя свойства инфракрасного излучения. Любой предмет, способный удерживать температуру на своей поверхности, тем самым обладая выделением инфракрасных лучей. Термографическая камера распознает тепловые лучи и создает точное изображение обнаруживаемого предмета. Данное свойство может использоваться в промышленности и в военной практике.
Для проведения процедуры слежения в военной практике применяются приборы с датчиками, способными определять цель, которая излучает тепло. Кроме того, передается что именно находится в ближайшем окружении, чтобы правильно рассчитать не только траекторию, но и силу удара, чаще всего ракеты.
Активная отдача тепла вместе с лучами применяется в бытовых условиях, используя полезные свойства для обогрева помещения в холодное время года. Радиаторы изготавливаются из металла, который способен передать наибольшее количество тепловой энергии. Такое же действие и у обогревателей. Некоторые бытовые приборы: телевизоры, пылесосы, печи, утюги обладают теми же свойствами.
В промышленности процесс сварки пластмассовых изделий, отжиг осуществляется при помощи инфракрасного излучения.
Инфракрасное облучение применяется в медицинской практике для лечения теплом некоторых патологий, а также для обеззараживания воздуха в помещении с помощью кварцевых ламп.
Составление метеорологических карт невозможно без специальных приборов с датчиками теплового обнаружения, которые с легкостью определяют движение теплого и холодного воздуха.
Для астрономических исследований изготавливаются специальные телескопы, чувствительные к инфракрасным лучам, которым под силу обнаружить космические предметы с разной температурой на поверхности.
В пищевой промышленности для термической обработки круп.
Для проверки денежных купюр используется приборы с инфракрасным излучением, при свете которых можно распознать фальшивые банкноты.

Влияние инфракрасного излучения на организм человека неоднозначно. Разная длина волны способна запустить непредсказуемые реакции. Особенно внимательно нужно относиться к солнечному теплу, которое может нанести вред и стать провоцирующим фактором для запуска негативных патологических процессов в клетках.

Лучи с длинными волнами попадают на кожу и активируют тепловые рецепторы, передавая им приятное тепло. Именно данный диапазон частот активно используется для лечебного воздействия в медицине. Большая часть тепла адсорбируется кожей, попадая на ее поверхность. Слабое воздействие гарантирует приятный нагрев поверхности кожи, не затрагивая внутренних органов.

Волны с длиной волны 9,6 мкм способствуют обновлению эпидермиса, укрепляют иммунитет, оздоравливает организм. Физиотерапия основана на использовании длинных инфракрасных волн, запуская следующие процессы:

улучшается кровообращение при расслаблении гладкой мускулатуры после передачи информации в гипоталамус при воздействии на поверхностный слой кожи;
нормализуется кровяное давление после расширения сосудов;
клетки организма в большей степени снабжаются питательными веществами и кислородом, что улучшает общее состояние;
биохимические реакции протекают быстрее, что влияет на процесс обмена веществ;
улучшается иммунитет и повышается сопротивляемость организма к патогенным микроорганизмам;
ускорение метаболизма помогает вывести токсические вещества и уменьшить зашлакованность.

Патологическое влияние

Противоположное действие оказывают волны с короткой длиной волны. Вред инфракрасного излучения обусловлен интенсивным тепловым эффектом, который вызывают короткие лучи. Сильный тепловой эффект распространяется вглубь тела, вызывая нагревание внутренних органов. Перегревание тканей приводит к обезвоживанию и значительному повышению температуры тела.

Кожные покровы в месте попадания инфракрасных лучей малой длины краснеют и получают термический ожог, иногда второй степени тяжести с появлением волдырей с мутным содержимым. Капилляры на месте поражения расширяются и лопаются, приводя к мелким кровоизлияниям.

Клетки теряют влагу, организм становится ослабленным и подвержен заболеванию инфекциями разного характера. Если инфракрасное излучение попадает в глаза, данный факт оказывает разрушительное действие на зрение. Слизистая глаза становится сухой, сетчатка подвергается негативному влиянию. Хрусталик теряет свою эластичность и прозрачность, что является одним из симптомов катаракты.

Превышение теплового воздействия вызывает усиление воспалительных процессов, если таковые имеются, а также служат благоприятной почвой для возникновения воспаления. Медики утверждают, что превышение температуры на пару градусов может спровоцировать заражение менингитом.

Общее повышение температуры тела приводит к тепловому удару, которое при неоказании помощи может приводить к необратимым последствиям. Основные признаки теплового удара:

общая слабость;
сильная головная боль;
помутнение в глазах;
тошнота;
учащение сердечных сокращений;
появление холодного пота на спине;
кратковременная потеря сознания.

Грозное осложнение, связанное с нарушением терморегуляции, возникает, если частота воздействия инфракрасного излучения продолжается длительно. Если человеку не оказать своевременную помощь, клетки головного мозга видоизменяются, а деятельность кровеносной системы угнетается.

Список мероприятий в первые минуты после проявления тревожных симптомов:

Устранить от пострадавшего источник инфракрасного излучения: перенести человека в тень или в место, отдаленное от источника вредного тепла.
Расстегнуть или снять одежду, мешающую глубокому свободному дыханию.
Открыть окно для беспрепятственного прохождения свежего воздуха.
Обтереть прохладной водой или обернуть в мокрую простыню.
На места, где находятся крупные артерии (височная, паховая область, лоб, подмышечные впадины) положить холод.
Если человек находится в сознании, нужно дать выпить прохладной чистой воды, эта мера снизит температуру тела.
При потере сознания следует провести реанимационный комплекс, состоящий из искусственного дыхания и непрямого массажа сердца.
Вызвать бригаду скорой помощи для получения квалифицированной медицинской помощи.

Показания

Для лечебных целей в медицинской практике широко применяется использование длинной тепловой волны. Список заболеваний достаточно велик:

повышенное артериальное давление;
болевой синдром;
поможет убрать лишние килограммы;
заболевания желудка и двенадцатиперстной кишки;
депрессивные состояния;
респираторные заболевания;
кожные патологии;
ринит, неосложненный отит.

Противопоказания к применению инфракрасного излучения

Польза инфракрасного излучения ценна для человека при отсутствии патологий или отдельных симптомов, при которых недопустимо воздействие инфракрасных лучей:

системные заболевания крови, склонность к частым кровотечениям;
острые и хронические воспалительные заболевания;
наличие гнойной инфекции в организме;
злокачественные новообразования;
сердечная недостаточность в стадии декомпенсации;
беременность;
эпилепсия и другие тяжелые неврологические расстройства;
детский возраст до трех лет.

Меры защиты от вредных лучей

В зону риска получить коротковолновое инфракрасное излучение входят любители долго проводить время под палящим солнцем, рабочие цехов, где применяются свойства тепловых лучей. Чтобы обезопасить себя, необходимо соблюдать простые рекомендации:

Любителям красивого загара сократить время пребывания на солнце, перед выходом на улицу открытые участки кожи смазывать защитным кремом.
Если рядом находится источник сильного тепла, уменьшить интенсивность нагревания.
При работе в цехах с высокой температурой, работники должны быть снабжены средствами личной защиты: специальная одежда, головные уборы.
Время пребывания в помещениях с высокой температурой должно быть строго регламентировано.
При проведении процедур надевать защитные очки для сохранения здоровья глаз.
В комнатах устанавливать только качественную бытовую технику.

Различные виды излучений окружают человека на улице и в помещениях. Осведомленность о возможных негативных последствиях поможет сохранить здоровье в будущем. Ценность инфракрасного излучения неоспорима для улучшения жизнедеятельности человека, но существует и патологическое влияние, которое нужно ликвидировать, соблюдая нехитрые рекомендации.

ИК поддиапазоны:

Ближний ИК (англ. near IR, сокращённо NIR): 0.78 - 1 мкм;
Коротковолновый ИК (англ. short wavelength IR, сокращённо SWIR): 1 - 3 мкм;
Средневолновый ИК (англ. medium wavelength IR, сокращённо MWIR): 3 - 6 мкм;
Длинноволновый ИК (англ. long wavelength IR, сокращённо LWIR): 6 - 15 мкм;
Сверхдлиннволновый ИК (англ. very long wavelength IR, сокращённо VLWIR): 15 - 1000 мкм.

Инфракрасный спектральный диапазон 0,78 - 3 мкм применяется в ВОЛС (сокр. от волоконно-оптическая линия связи), приборах внешнего наблюдения за объектами и аппаратуре для проведения химического анализа. В свою очередь все длины волн начиная с 2 мкм и заканчивая 5 мкм используются в пирометрах, и газовых анализаторах, контролирующих уровень загрязнения в конкретной среде. Интервал 3 - 5 мкм более подходит для систем, регистрирующих изображения объектов, с высокой собственной температурой или же в применениях где требование к контрасту предъявляются выше чем к чувствительности. Очень популярный для спецприменений спектральный диапазон 8 - 15 мкм в основном используется там, где необходимо увидеть и распознать любые объекты, находящиеся в тумане.

Все ИК-приборы разрабатываются в соответствии с графиком пропускания ИК излучения, который приведён ниже.

Существует два типа ИК детекторов:

Фотонные . Чувствительные элементы состоят из полупроводников различных типов, а так же могут включать в свою структуру различные металлы, принцип их работы основан на поглощении фотонов носителями заряда, в результате чего изменяются электрические параметры чувствительной области, а именно: изменение сопротивления, возникновение разности потенциалов, фототока и др. Данные изменения могут быть зарегистрированы измеряющими схемами, сформированными на подложке, где расположен сам сенсор. Сенсоры обладают высокой чувствительностью и высокой скоростью отклика.

Тепловые . ИК излучение поглощается чувствительной областью сенсора, нагревая её до некоторой температуры, что приводит к изменению физических параметров. Данные отклонения которые могут быть зарегистрированы измеряющими схемами, выполненными непосредственно на одной подложке с фоточувствительной областью. Описанные выше типы датчиков имеют высокую инерционность, значительное время отклика и относительно низкую чувствительность, в сравнении с фотонными детекторами.

По типу используемого полупроводника датчики разделяются на:

Собственный (нелегированный полупроводник с равной концентрацией дырок и элеткронов).
Примесный (легированный полупроводник n- или p-типа).

Основным материалом всех фоточувствительных сенсоров является кремний или германий, которые могут быть легированы различными примесями бора, мышьяка, галлия и др. Примесный фоточувствительный датчик схож с собственным детектором, с той лишь разницей что носители с донорных и акцепторных уровней могут перемещаться в зону проводимости преодолевая более низкий энергетический барьер, вследствие чего данный детектор может работать с более короткими длинами волн, чем собственный.

Типы конструкций детекторов:

Под воздействием ИК излучения в электронно-дырочном переходе возникает фотовольтаический эффект: фотоны с энергией, превышающей ширину запрещённой зоны, поглощаются электронами, в результате чего они занимают места в зоне проводимости, способствуя тем самым возникновению фототока. Детектор может быть выполнен на основе как примесного так и собственного полупроводника.

Фоторезистивный . Чувствительным элементом сенсора является полупроводник, принцип работы данного датчика основан на эффекте изменения сопротивления проводящего материала под воздействием ИК излучения. Свободные носители заряда, генерируемые фотонами в чувствительной области, приводят к уменьшению её сопротивления. Сенсор может быть выполнен на основе как примесного так и собственного полупроводника.

Фотоэмиссионный , он же «детектор на свободных носителях» или на барьере Шоттки.; Чтобы избавиться от необходимости глубокого охлаждения примесных полупроводников, и в некоторых случаях достичь чувствительности в более длинноволновом диапазоне, существует третий тип детекторов, называемых фотоэмиссионными. В датчиках данного типа металлическая или металло-кремниевая структура покрывает примесный кремний. Свободный электрон, который образуется в результате взаимодействия с фотоном, попадает из проводника в кремний. Преимуществом такого детектора является отсутствие зависимости отклика от характеристик полупроводника.

Фотодетектор на квантовой яме . Принцип действия схож с примесными детекторами, в которых примеси используются для изменения структуры запрещённой зоны. Но в данном типе детектора примеси сконцентрированы в микроскопических областях где ширина запрещенной зоны значительно сужена. Образованная таким образом «яма» называется квантовой. Регистрация фотонов происходит, за счет поглощения и образования зарядов в квантовой яме, которые затем вытягиваются полем в другую область. Такой детектор намного чувствительнее по сравнению с другими типами, так как целая квантовая яма - это не отдельный атом примеси, а от десяти до ста атомов на единице площади. Благодаря этому можно говорить о достаточно высокой эффективной площади поглощения.

Термопары . Основным элементом данного устройства является контактная пара двух металлов с различной работой выхода, в результате чего на границе возникает разность потенциалов. Это напряжение пропорционально температуре контакта.

Пироэлектрические детекторы изготовлены с использованием пироэлектрических материалов и принцип работы которых основан на возникновении заряда в пироэлектрике при прохождении через него теплового потока.

Микробалочные детекторы . Состоит из микробалки и проводящего основания, которые выполняют роль обкладок конденсатора, микробалка сформирована из двух плотно соединённых металлических частей, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. При нагреве балка изгибается и изменяет ёмкость структуры.

Болометры (Терморезисторы) состоят из терморезистивного материала, в основе принципа работы данного сенсора поглощение ИК излучения материалом чувствительного элемента, что приводит к увеличению его температуры, что в свою очередь вызывает изменение электрического сопротивления. Есть два пути снятия информации: измерение тока, протекающего в чувствительной области, при постоянном напряжении и измерение напряжения при постоянном токе.

Основные параметры

Чувствительность - отношение изменения электрической величины на выходе приёмника излучения, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения. В/лк-с.

Интегральная чувствительность - чувствительность к немонохроматическому излучению заданного спектрального состава. Измеряется в А/лм.

Спектральная чувствительность - зависимость чувствительности от длины волны излучения.

Обнаружительная способность - величина обратная величние минимального потока излучения, который вызывает на выходе сигнал, равный собственному шуму. Она обратно пропорциональна квадратному корню из площади примёмника излучения. Измеряется в 1/Вт.

Удельная обнаружительная способность - Обнаружительная способность умноженная на корень квадратный из произведения полосы частот в 1 Гц и площадь в 1 см 2 . Измеряется в см*Гц 1/2 /Вт.

Время отклика - время, необходимое для установления сигнала на выходе, соответствующего входному воздействию. Измеряется в миллисекундах.

Рабочая температура - максимальная температура сенсора и окружающей среды, при которой сенсор имеет возможность правильно выполнять свои функции. Измеряется в °C.

Применение:

Космические системы наблюдения;
Система обнаружения стартов МБР;
В бесконтактных термометрах;
В датчиках движения;
В ИК спектрометрах;
В приборах ночного видения;
В головках самонаведения.

Умеем делать? Не-а.

Мы все привыкли к тому, что цветы красные, черные поверхности не отражают свет, кока-кола непрозрачная, горячим паяльником нельзя ничего осветить как лампочкой, а фрукты можно легко отличить по их цвету. Но давайте представим на минутку, что мы может видеть не только видимый диапазон(хи-хи), но и ближний инфракрасный. Ближний инфракрасный свет - это вовсе не то, что можно увидеть в тепловизоре . Он скорее ближе в видимому свету, чем к тепловому излучению. Но у него есть ряд интересных особенностей - часто совершенно непрозрачные в видимом диапазоне предметы отлично просвечиваются в инфракрасном свете - пример на первой фотографии.
Черная поверхность плитки прозрачна для ИК, и с помощью камеры, у которой снят с матрицы фильтр можно рассмотреть часть платы и нагревательный элемент.

Для начала - небольшое отступление. То, что мы называем видимым светом - всего лишь узкая полоска электромагнитного излучения .
Вот, например я упер с википедии такую картинку:

Мы просто не видим ничего кроме этой маленькой части спектра. И фотоаппараты, которые делают люди - изначально кастрированы, чтобы добиться похожести фотоснимка и человеческого зрения. Матрица фотоаппарата способна видеть инфракрасный спектр, но специальным фильтром(он называется Hot-mirror) эта возможность убирается - иначе снимки будут выглядеть несколько непривычно для человеческого глаза. А вот если этот фильтр убрать…

Камера

Подопытным выступил китайский телефон, который изначально предназначался для обзора. К сожалению, выяснилось что радиочасть у него жестоко глючит - то принимает, то не принимает звонки. Само-собой, писать я про него не стал, но китайцы не захотели ни выслать замену, ни забрать этот. Так он остался у меня.
Разбираем телефон:

Вытаскиваем камеру. Паяльником и скальпелем аккуратно отделяем фокусировочный механизм(сверху) от матрицы.

На матрице должно быть тонкое стеклышко, возможно с зеленоватым или красноватым отливом. Если там его не - посмотрите на часть с «объективом». Если нет и там, то скорее всего все плохо - оно напылено на матрицу или на одну из линз, и снять ее будет более проблематично, чем найти нормальную камеру.
Если оно есть - нам надо его как можно более аккуратно снять, не повредив матрицу. У меня оно треснуло при этом, и пришлось долго выдувать осколки стекла с матрицы.

К сожалению, я потерял свои фотки, поэтому покажу фотку irenica из ее блога , которая делала тоже самое, но с веб-камерой.

Вот тот осколок стекла в углу - как раз и есть фильтр. Был фильтр.

Собираем все обратно, учитывая то, что при изменении зазора между объективом и матрицей камера не сможет правильно сфокусироваться - у вас получится или близорукая, или дальнозоркая камера. Мне потребовалось три раза собрать-разобрать камеру, чтобы добиться корректно работы механизма автофокуса.

Вот теперь можно окончательно собрать телефон, и начать исследовать этот новый мир!

Краски и вещества

Кока-кола внезапно стала полупрозрачной. Сквозь бутылку проникает свет с улицы, а через стакан видны даже предметы в комнате.

Плащ из черного стал розовым! Ну, кроме пуговиц.

Черная часть отвертки тоже посветлела. А вот у телефона эта участь постигла только кольцо джойстика, остальная часть покрыта другой краской, которая ИК не отражает. Так же как и пластик док-станции для телефона на заднем плане.

Таблетки из зеленых превратились в сиреневые.

Оба кресла в офисе тоже превратились из готично-черных в непонятные цветные.

Искусственная кожа осталась черной, а ткань - оказалось розовой.

Рюкзаку(он есть на заднем плане предыдущей фотки) стало еще хуже - он практически весь стал сиреневым.

Как и сумка для фотоаппарата. И обложка электронной книги

Коляска из синий превратилась в ожидаемо-фиолетовую. А световозвращающая нашивка, хорошо видимая в обычную камеру совсем не видна в ИК.

Красная краска, как близкая к нужной нам части спектра, отражая красный свет, захватывает и часть ИК. В итоге красный цвет заметно светлеет.

Причем таким свойством обладает все красная краска, что я замечал.

Огонь и температура

Еле тлеющая сигарета выглядит в ИК как очень яркая точка. Стоят ночью люди на остановке с сигаретами - а их кончики освещают им лица.

Зажигалка, свет которой на обычной фотографии вполне сравним с фоновым освещением в ИК режиме перекрыла жалкие потуги фонарей на улице. На фотографии даже не видно фона - умный фотоаппарат отработал изменение яркости, уменьшив экспозицию.

Паяльник при разогреве светится как небольшая лампочка. А в режиме поддержания температуры имеет нежно-розовый свет. А еще говорят что пайка не для девушек!

Горелка выглядит практически одинаково - ну разве что факел чуть дальше(на конце температура падает довольно быстро, и на определенном этапе уже перестает светить в видимом свете, но еще светит в ИК).

А вот если нагреть горелкой стеклянную палочку - стекло начнет светиться в ИК довольно ярко, и палочка будет выступать волноводом(яркий кончик)

Причем палочка будет светиться довольно долго и после прекращения нагрева

А фен термовоздушной станции вообще выглядит как фонарик с сеточкой.

Лампы и свет

Буква М на входе в метро горит гораздо ярче - в ней все еще используются лампы накаливания. А вот вывеска с название станции почти не изменила яркость - значит там люминесцентные лампы.

Двор ночью выглядит немного странно - сиреневая трава и гораздо светлее. Там, где камера в видимом диапазоне уже не справляется и вынуждена повышать исо(зернистость в верхней части), камере без ИК фильтра хватает света с запасом.

На этой фотографии получилась забавная ситуация - одно и то же дерево освещают два фонаря с разными лампами - слева лампой НЛ (оранжевая уличная), а справа - светодиодной. У первой в спектре излучения есть ик, и поэтому на фотографии листва под ней выглядит светлофиолетовой.

А у светодиодной нет ИК, а только видимый свет(поэтому лампы на светодиодах более энергоэффективны - энергия не тратится на излучение ненужного излучения, которое человек все равно не увидит). Поэтому листве приходится отражать то, что есть.

А если посмотреть на дом вечером, то можно заметить, что разные окна имеют разный оттенок - одни ярко-фиолетовые, а другие желтые или белые. В тех квартирах, чьи окна светятся фиолетовым(голубая стрелка) до сих пор используют лампы накаливания - горячая спираль светит всем подряд равномерно по всему спектру, захватывая и УФ и ИК диапазон. В подъездах используются энергосберегающие лампы холодного белого света(зеленая стрелка), а в части квартир - люминесцентные теплого света(желтая стрелка).

Восход. Просто восход.

Закат. Просто закат. Интенсивности солнечного света недостаточно для тени, а вот в инфракрасном диапазоне(может из-за разного преломления света с разной длинной волны, или из-за проницаемости атмосферы) тени видны отлично.

Занимательно. У нас в коридоре одна лампа сдохла и свет еле-еле, а вторая - нет. В инфракрасном свете наоборот - дохлая лампа светит гораздо ярче, чем живая.

Домофон. Точнее, штука рядом с ним, которая с камерами и подсветкой, которая включается в темноте. Она такая яркая, что видна и на обычную камеру, но для инфракрасной - это почти прожектор.

Подсветку можно включить и днем, закрыв пальцем датчик освещения.

Подсветка видеонаблюдения. У самой камеры подсветки не было, поэтому ее сколхозили из говна и палок. Она не очень яркая, потому что снята днем.

Живая природа

Волосатый киви и зеленый лайм по цвету почти не отличаются друг от друга.

Зеленые яблоки стали желтыми, а красные - ярко-сиреневыми!

Белые перцы стали желтыми. А привычные зеленый огурцы - каким-то инопланетным фруктом.

Яркие цветки стали практически однотонными:

Цветок почти не отличается по цвету от окружающей травы.

Да и яркие ягоды на кусте стало очень трудно увидеть в листве.

Да что ягоды - даже разноцветная листва стала однотонной.

Короче, выбрать фрукты по их цвету уже не получится. Придется спрашивать продавца, у него-то нормальное зрение.

Но почему на фотографиях все розовое?

Для ответа на этот вопрос нам придется вспомнить строение матрицы фотоаппарата. Я опять спер картинку из википедии.

Это фильтр байера - массив фильтров окрашенных в три разных цвета, расположенных над матрицей. Матрица воспринимает весь спектр одинаково, и только фильтры помогают построить полноцветную картинку.
Но инфракрасный спектр фильтры пропускают неодинаково - синие и красные больше, а зеленые меньше. Камера думает, что вместо инфракрасного излучения на матрицу попадает обычный свет и пытается формировать цветную картинку. На фотографиях, где яркость ИК-излучения минимальна обычные цвета еще пробиваются - на фотографиях можно заметить оттенки цветов. А там, где яркость большая, например на улице под ярким солнцем - ИК попадает на матрицу именно в той пропорции, которую пропускают фильтры, и которое образует розовый или фиолетовый цвет, забивая своей яркостью всю остальную цветовую информацию.
Если фотографировать с надетым на объектив фильтром - пропорция цветов получается другой. Например вот такой:

Эту картинку я нашел в сообществе ru-infrared.livejournal.com
Там же еще куча картинок снятых в инфракрасном диапазоне. Зелень на них белая потому, что ББ выставляется как раз по листве.

Но почему растения получаются такими яркими?

На самом деле, этот вопрос состоит из двух - почему зелень выглядит ярко и почему фрукты яркие.
Зелень яркая потому что в инфракрасной части спектра поглощение минимально(а отражение - максимально, что и показывает график):

Виновен в этом хлорофил. Вот его спектр поглощения:

Скорее всего это связано с тем, что растение защищается от высокоэнергетического излучения, подстраивая спектры поглощения таким образом, чтобы получить и энергию для существования и не быть засушенным от слишком щедрого солнца.

А это спектр излучения солнца(точнее, той части солнечного спектра, который достигает земной поверхности):

А почему ярко выглядит фрукты?

У плодов в кожуре зачастую нет хлорофилла, но тем не менее - они отражают ИК. Ответственно за это вещество, которое называется эпикутикулярный воск - тот самый белый налет на огурцах и сливах. Кстати, еспи погуглить «белый налет на сливах», то результатами будет что угодно, но только не это.
Смысл в этом примерно такой же - надо и окраску сохранить, которая может быть критична для выживания, и не дать солнцу высушить плод еще на дереве. Сушеный чернослив на деревьях это, конечно, отлично, но немного не вписывается в жизненные планы растения.

Но блин, почему рака-богомола?

Сколько я не искал, какие животные видят инфракрасный диапазон, мне попадались только раки-богомолы(ротоногие). Вот такие лапочки:

Кстати, если вы не хотите пропустить эпопею с чайником или хотите увидеть все новые посты нашей компании, вы можете подписаться на на странице компании (кнопка «подписаться»)

Теги: Добавить метки