红外辐射红外器件与典型应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:陈永甫

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2004-6

价格:35.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787505398788

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• 科普
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无尽之光：可见光谱之外的奥秘 我们的世界，由光构成。我们每天沐浴在阳光下，用眼睛捕捉色彩的万千变化，感知世界的立体与温度。然而，在我们肉眼所能及的可见光谱之外，还存在着一片更为广阔、同样充满神秘与力量的电磁波领域。这片领域，以其独特的方式与物质相互作用，无声无息地影响着我们的生活，驱动着科技的飞跃，甚至揭示着宇宙深处的秘密。 本书将带领读者踏上一段非凡的旅程，探索那些隐匿于可见光之外的“光”，即红外辐射。我们将深入了解红外辐射的本质，它如何从物体表面散发，又如何以肉眼不可见的形式传播，承载着关于温度、分子结构乃至生命活动的重要信息。这并非一本纯粹的物理教材，也非艰涩的工程手册，而是一本旨在揭示红外辐射魅力，理解其背后科学原理，并展现其在现实世界中缤纷多彩应用的科普读物。 第一章：红外辐射——无声的温度信使 我们之所以能感受到温暖，甚至通过触摸来判断物体是冷是热，正是因为红外辐射的存在。红外辐射，顾名思义，是电磁波谱中频率低于可见光、波长则比可见光更长的部分。它的光谱范围非常宽广，通常被划分为近红外、中红外和远红外区域，每个区域都拥有独特的物理特性和应用潜力。 在本章中，我们将从最基础的概念入手，解释为何任何温度高于绝对零度的物体都会发射红外辐射，以及辐射的强度与温度之间的精确关系——即普朗克定律。我们会用生动的比喻来解释黑体辐射、灰体辐射等概念，让抽象的物理定律变得触手可及。同时，我们将介绍几种关键的红外辐射参数，例如发射率、吸收率和反射率，它们共同决定了物体如何与红外辐射发生作用，也是理解各种红外应用的基础。 你或许会好奇，为什么在黑暗中，某些设备似乎能“看到”我们？这正是利用了红外辐射的原理。人眼之所以无法直接感知红外辐射，是因为我们视网膜上的感光细胞对特定波长的可见光最为敏感。然而，通过专门的探测器，我们可以将这些无声的温度信使转化为可见的图像或电信号，从而“看见”热量的分布。 第二章：红外器件——捕捉无形之光 要捕捉和利用红外辐射，离不开一系列精巧设计的“红外器件”。它们是连接红外世界与我们认知世界的桥梁。本章将聚焦于这些神奇的器件，从其核心原理到实际构造，进行深入的剖析。 我们将首先介绍最常见的红外探测器。这些探测器是红外系统的“眼睛”，它们能够感应到微弱的红外信号，并将其转化为电信号。我们将详细阐述不同类型的探测器，例如： 热探测器： 这类探测器基于红外辐射的热效应。当红外辐射被吸收时，探测器的温度会发生变化，进而导致其电学性质（如电阻、电压）的改变。焦平面阵列（FPA）作为热探测器的一种重要形式，能够同时探测大量像元，形成一幅完整的红外图像，这在热成像领域有着举足轻重的地位。 光子探测器： 与热探测器不同，光子探测器直接利用红外光子的能量来激发材料中的电子，从而产生电信号。它们通常具有更快的响应速度和更高的灵敏度，特别适用于探测微弱的红外信号。我们将介绍例如HgCdTe（汞镉碲）、InSb（锑化铟）等常见的光子探测器材料，并解释它们如何根据不同的红外波段进行设计。 除了探测器，红外系统还需要其他关键器件来协同工作。我们会介绍： 红外光学元件： 红外光的波长与可见光不同，因此需要专门的光学材料来制造透镜、反射镜等。例如，锗、硒化锌、氟化钙等材料因其在红外波段的优异透光性而被广泛使用。我们将探讨这些材料的特性，以及它们在设计红外光学系统时需要考虑的因素。 红外滤光片： 滤光片用于选择性地通过特定波长的红外辐射，阻挡其他波长的辐射。这对于排除干扰、提高探测器信噪比至关重要。我们将介绍各种类型的红外滤光片及其在特定应用中的作用。 红外光源： 在某些应用中，我们需要主动发射红外辐射。本章也将简要介绍几种常见的红外光源，例如LED、激光器等，以及它们在不同场景下的应用。 理解这些器件的原理和特性，是掌握红外技术应用的基础。我们将用清晰的语言和图示，帮助读者建立起对这些“捕捉无形之光”的工具的全面认识。 第三章：非接触测温——精准洞察温度变化 测温，是人类最基本也是最广泛的测量需求之一。从日常生活中的体温测量，到工业生产中的精确控温，再到科研探索中的精密测量，温度信息无处不在。而红外技术，以其非接触、实时、远距离的独特优势，为测温领域带来了革命性的改变。 本章将深入探讨红外非接触测温的原理与技术。我们将解释为何通过测量物体发射的红外辐射，就能精确计算出其表面温度，而无需与物体发生任何物理接触。这不仅能避免对被测物体的污染或损坏，还能在极端环境（如高温、高压、易燃易爆场所）下进行安全可靠的测量。 我们将详细介绍红外温度计的种类和工作原理： 点式红外测温仪： 这是最常见的红外测温设备，它们通过光学系统将目标区域的红外辐射聚焦到探测器上，并直接显示出温度值。我们将分析其内部结构，包括光学镜头、探测器、信号处理电路和显示部分，以及如何通过调整发射率等参数来提高测量精度。 红外热像仪： 与点式测温仪不同，热像仪能够同时探测一个区域内成千上万个点的温度，并将这些温度信息转化为可视化的彩色图像。温度越高，图像颜色可能越“热”（例如红色、黄色），反之则越“冷”（例如蓝色、紫色）。我们将深入解析热像仪的工作原理，讲解其核心部件——红外焦平面阵列（FPA）的工作方式，以及如何通过热图分析来识别温度异常点、评估设备状态。 本章还将重点介绍红外测温在各个领域的典型应用： 工业生产： 从冶金、化工、电力到食品加工，红外测温技术被广泛应用于监控生产过程中的温度，及时发现设备过热、材料缺陷，优化工艺参数，提高产品质量和生产效率。例如，在钢铁冶炼过程中，红外测温仪可以实时监测钢水温度，确保铸造质量；在电力行业，通过红外热像仪可以检测高压线接头、变压器等设备的过热点，及时预警，防止事故发生。 医疗健康： 非接触式红外体温计的普及，极大地便利了体温测量，尤其在疫情期间，其快速、卫生的特点得到了充分体现。此外，在疾病诊断方面，红外热成像技术也显示出潜力，通过观察身体表面温度分布的细微变化，辅助诊断某些疾病。 消防安全： 在火灾现场，红外热像仪能够穿透烟雾，探测到隐藏的热源，为消防员提供关键的战场信息，帮助他们定位火源、评估火势蔓延趋势、寻找被困人员。 食品安全： 红外测温技术可以用于监测食品储存和运输过程中的温度，确保食品的新鲜度和安全性。 通过本章的学习，读者将深刻理解红外测温技术如何为我们提供一种全新的、更便捷、更精确的温度感知方式。 第四章：安防监控与目标探测——“透视”黑暗的眼睛 在安全性至关重要的现代社会，无论是边境巡逻、城市监控，还是夜间侦察，都需要能够穿透黑暗、识别目标的先进技术。红外技术，凭借其在低光照甚至完全黑暗环境下的卓越性能，成为了安防监控和目标探测领域不可或缺的利器。 本章将聚焦于红外技术在安防监控与目标探测方面的应用，揭示它如何成为“透视”黑暗的眼睛。 夜视技术： 传统的夜视设备通常是图像增强型，它们将微弱的可见光进行放大。而红外夜视设备（热成像夜视仪）则截然不同。它们不依赖可见光，而是捕捉物体本身发出的红外辐射。这意味着，即使在完全黑暗的环境中，只要物体存在温度差异，热成像夜视仪就能清晰地成像。我们将解释热成像夜视仪如何工作，其在军事、执法、狩猎等领域的广泛应用。 安防监控： 在机场、港口、边境地区，以及重要的基础设施周围，红外摄像机能够全天候地监测可疑活动。它们不受光线条件限制，即使在夜间或恶劣天气下，也能提供清晰的画面。我们将探讨红外摄像机如何与智能分析系统结合，实现入侵检测、人员追踪等高级功能。 车辆与交通监控： 红外技术在智能交通系统中也发挥着重要作用。例如，它可以用于检测车道内的车辆，识别车牌，甚至在能见度极低的情况下（如大雾、雨雪天气），也能有效地监测交通流量，保障行车安全。 野生动物监测： 在环境保护和生态研究领域，红外摄像机是监测野生动物行为的理想工具。它们可以在不惊扰动物的情况下，记录它们的活动规律、栖息地分布等重要信息。 本章将通过具体案例，展示红外技术如何在复杂多变的环境中，提供可靠的安全保障和有效的目标识别能力，让曾经的“黑暗角落”变得清晰可见。 第五章：遥感与环境监测——俯瞰地球的“热”脉动 我们的地球，是一个充满活力的生命体，它在不断地进行着物质和能量的交换。红外技术，通过从太空中“俯瞰”地球，捕捉其散发的红外辐射，为我们提供了认识地球、监测环境的全新视角。 本章将深入探讨红外遥感技术，它如何帮助我们监测地球的“热”脉动，理解和保护我们的家园。 卫星遥感： 搭载着红外传感器的卫星，能够持续地监测地球表面的温度分布。从陆地到海洋，从森林到冰川，它们可以获取海量的红外数据。我们将解释这些数据是如何被收集、处理和分析的，以及它们在以下方面的应用： 气象预报： 通过监测云层温度、海面温度、陆地表面温度，红外遥感为天气预报提供了重要的数据支持。 海洋学研究： 海温的监测对于理解全球气候变化、预测厄尔尼诺现象等至关重要。 地质调查： 红外遥感可以帮助识别地热异常区域，勘探地下资源，监测火山活动。 森林火灾监测： 在火灾发生初期，红外传感器可以迅速探测到热源，及时发出预警，为灭火争取宝贵时间。 环境监测： 水体污染监测： 某些污染物在红外波段具有特殊的吸收或发射特性，通过红外遥感可以监测水体的污染程度。 大气成分监测： 一些温室气体，如二氧化碳、甲烷等，在红外波段有明显的吸收峰，红外遥感技术可以用于监测它们在大气中的浓度变化，从而评估气候变化的影响。 城市热岛效应研究： 城市地区的温度通常高于周边乡村，形成“热岛效应”。红外遥感能够清晰地勾勒出城市的热分布图，为城市规划和环境保护提供科学依据。 植被健康监测： 植物的健康状况与其叶片的温度和水分含量密切相关，而这些都可以通过红外辐射来反映。红外遥感技术可以帮助我们监测农作物的生长状况，及时发现病虫害，优化农业生产。 通过红外遥感，我们得以以前所未有的方式了解我们的地球，识别潜在的环境威胁，并采取有效的应对措施。 第六章：医疗诊断与生物医学——窥探生命体征 生命，本身就是一场复杂的化学反应，而体温的变化，则是生命活动最直接的体现之一。红外技术，以其非接触、安全、快速的特点，在医疗诊断和生物医学领域开辟了新的视野，帮助我们“窥探”生命体征的细微变化。 本章将深入探讨红外技术在医疗健康领域的广泛应用，以及它如何为疾病的早期诊断、治疗监测提供有力支持。 疾病早期诊断： 许多疾病在发病初期，身体局部的温度分布会发生细微变化。例如，炎症、感染、肿瘤等，都可能引起局部温度的升高或降低。红外热像仪能够高精度地捕捉这些温度差异，从而帮助医生进行早期诊断，抓住最佳治疗时机。我们将介绍： 乳腺癌筛查： 乳腺癌组织的新陈代谢率较高，可能导致局部温度升高，热成像可以作为乳腺癌筛查的一种辅助手段。 风湿性关节炎诊断： 炎症引起的关节肿胀和温度升高，可以通过红外热像仪清晰地显示出来。 循环系统疾病监测： 身体末梢的温度变化，可能与血液循环障碍有关，红外技术可以用于评估肢体温度，辅助诊断某些血管疾病。 手术监测与术后恢复： 手术过程中的温度监测： 在复杂的手术中，实时监测关键器官的温度，可以帮助外科医生评估手术的有效性，及时发现潜在的并发症。 伤口愈合评估： 伤口愈合过程中，其温度变化也具有一定的规律性，红外热像仪可以用于监测伤口愈合情况，评估治疗效果。 药物研发与评估： 在药物研发过程中，红外技术可以用于评估药物对身体的影响，例如监测药物引起的皮肤温度变化，评估药物的吸收和分布情况。 康复治疗： 红外辐射本身也具有一定的治疗作用，例如促进血液循环、缓解疼痛等。本章也将简要介绍红外理疗的原理和应用。 红外技术在生物医学领域的应用，还在不断拓展和深入。它正以前所未有的方式，帮助我们更全面、更深入地理解生命，并为人类健康保驾护航。 第七章：工业过程控制与质量检测——精益求精的守护者 在现代工业生产中，精准的控制和严格的质量检测是确保产品性能、降低生产成本的关键。红外技术，以其非接触、高精度、实时响应的优势，成为了工业过程控制和质量检测中不可或缺的“守护者”。 本章将深入探讨红外技术在工业领域的应用，它如何帮助我们实现生产的精益求精。 工业过程控制： 原材料检测： 在化工、制药等行业，红外光谱分析仪可以快速、无损地分析原材料的成分和纯度，确保生产的源头质量。 反应过程监控： 在化学反应过程中，某些物质的生成或消耗会伴随温度或特定分子键的振动变化，红外技术可以实时监测这些变化，从而精确控制反应进程，优化反应条件，提高产率。 干燥过程优化： 在食品、医药、化工等行业的干燥过程中，红外传感器可以实时监测物料的含水量和温度，从而优化干燥参数，避免过度干燥或干燥不充分，提高产品质量并节省能源。 产品质量检测： 材料缺陷检测： 复合材料检测： 复合材料中可能存在的空洞、分层、脱粘等缺陷，在受热后会呈现不同的温度分布，红外热像仪可以清晰地检测到这些缺陷。 电子元器件检测： 电子元器件的过热或短路会影响其性能甚至导致损坏，红外热像仪可以快速定位这些异常发热点，及时发现潜在故障。 涂层与油漆检测： 涂层或油漆中的气泡、针孔、脱落等缺陷，在热成像下也会有所体现。 焊接质量检测： 焊接过程中的温度分布直接关系到焊接质量，红外热像仪可以监测焊接接头的温度变化，评估焊接的完整性和强度。 密封性检测： 包装的密封性对于产品的保质期和安全性至关重要，通过向包装内注入微量气体，然后利用红外热像仪检测气体泄漏引起的温度变化，可以有效地检测包装的密封性。 本章将通过丰富的工业应用案例，展示红外技术如何成为提高生产效率、保障产品质量、降低生产成本的强大工具，为工业的智能化和自动化发展提供关键支撑。 结语： 从无形到有形，从微观到宏观，红外辐射以其独特的方式连接着物质世界的温度、结构和动态。从温暖的阳光，到夜空中闪烁的星辰，再到我们生活中无处不在的科技产品，红外辐射无处不在，深刻地影响着我们的感知，驱动着科技的进步。 本书对红外辐射及其器件与应用的探索，仅仅是冰山一角。随着科学技术的不断发展，新的红外探测材料、更精密的红外光学设计、更智能的红外图像处理算法将不断涌现，为红外技术在更多领域的应用打开新的可能性。或许在不远的将来，我们还将看到红外技术在量子计算、新材料研发、甚至太空探索等前沿领域发挥更加重要的作用。 希望通过本书的阅读，读者能够对红外辐射这个奇妙的世界产生浓厚的兴趣，并深刻理解它在现代社会中所扮演的关键角色。这无尽之光，仍在不断地向我们揭示着更多的奥秘，等待着我们去发现、去探索、去应用。

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阅读体验上，我更偏爱那种**以案例驱动、强调工程实现复杂性的叙述风格**。遗憾的是，我发现书中似乎更侧重于宏观的系统介绍，而略显**对具体工程实施中“陷阱”的探讨不足**。例如，在讨论**红外焦平面在太空遥感中的应用**时，书中是否充分分析了**深空低温环境下热噪声的抑制策略**？或者在**高动态范围成像**的应用中，如何权衡**动态范围扩展与信噪比保持**之间的内在矛盾？我真正需要的是那种能让我看到“失败的尝试”和“成功的经验教训”的深度分析。如果书中能够提供**不同温度梯度下，探测器信号链中关键组件（如读出电路、A/D转换器）的噪声等效功率（NEP）的详细仿真模型**，并对比不同设计选择对最终系统性能的影响，那将极大地提升其应用价值。这种从理论到实践的无缝衔接，是区分一本优秀参考书与一本普通教材的关键所在。

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这部著作的结构安排给我的感觉是**高度系统化和逻辑严谨**，它似乎在努力构建一个**完整的红外技术知识体系框架**。然而，对于我这类更关注**跨学科融合领域**的读者来说，我更期待看到一些**颠覆性的视角**。比如，书中是否有探讨**生物医学成像领域**的最新进展？红外技术在**活体组织的光学特性分析**、**早期疾病的无创诊断**方面展现出的巨大潜力，亟需深入的理论指导。我期待看到关于**太赫兹（THz）波段与中远红外波段的协同效应**的讨论，尤其是在**非破坏性检测（NDT）**中的创新应用，如何利用不同波段的穿透特性来获取互补信息。如果书中能将**信息论**的视角引入到红外图像的**信息熵分析与压缩编码**中，为构建更高效的红外数据传输链路提供理论支撑，那么这本书的深度和广度将得到极大的提升，不再仅仅局限于传统的器件物理范畴。

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初翻此书，最让我感到惊喜的并非其对传统红外器件工作原理的梳理，而是其在**材料科学与器件物理的交叉领域**所展现出的独到见解。我一直密切关注**新型低维材料**，如石墨烯和二维过渡金属硫化物（TMDs）在光电导、光电伏打效应中的应用潜力。我期望这本书能详细阐述，如何利用这些材料**定制化地调控红外光吸收和载流子输运特性**，以实现超越传统半导体材料的性能极限。例如，书中若能提供**基于拓扑绝缘体概念设计的红外光电探测器**的详细工作模型和实验数据，那将是极具启发性的。此外，对于**焦平面阵列（FPA）的制造工艺中的缺陷控制与非均匀性校正**，我也希望能看到更具操作性的、来自于一线工程实践的深入分析，而不是停留在教科书式的描述。这本书若能深入挖掘**薄膜生长技术**对器件性能的微观影响机制，并结合**先进的表征手段**（如AFM、TEM在红外活性材料结构分析中的应用），相信对致力于新器件研发的工程师和研究生来说，将是不可多得的宝藏。

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这部厚重的著作，从其书名便能窥见其宏大的视野与深刻的专业性，然而，作为一个热衷于探索科技前沿的读者，我更关注的是书中对那些**尚未被普遍认知、却极具颠覆性潜力的技术方向**的阐述。我原以为书中会详尽地介绍那些成熟的、已经被市场广泛接受的红外探测器和成像技术的最新进展，例如在**自动驾驶领域中，如何通过提升对特定波段的敏感度来克服恶劣天气条件下的识别难题**，或者是在**安防监控中，如何利用先进的机器学习算法，从复杂背景的红外图像中精准地提取出微小的热异常信号**。我特别期待看到关于**量子级联激光器（QCLs）在痕量气体检测**中的最新突破，特别是那些能在极低功耗下实现超高光谱分辨率的创新设计。如果书中能深入探讨这些前沿应用中的“卡脖子”技术瓶颈，并提出富有洞察力的解决方案，那无疑会使其价值倍增。目前市面上关于红外技术的书籍大多停留在基础理论的罗列上，我期待这部作品能够真正引领读者进入到那些**尚在实验室阶段，但已现峥嵘的下一代红外系统架构**的讨论之中，例如**集成光子学与红外传感器阵列的微型化趋势**，这才是决定未来十年产业格局的关键所在。

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从排版和图表的清晰度来看，这本书无疑是下足了功夫，内容详实且结构清晰，但作为一个注重**工业化和成本控制**的读者，我更关注**红外器件的规模化生产可行性**及其**长期工作可靠性**。书中对**新型光敏材料的制备成本曲线**分析是否足够深入？例如，与主流的碲镉汞（MCT）技术相比，InGaAs或IIR型探测器在**大规模CMOS兼容生产**方面的挑战与机遇是什么？我期待能看到关于**器件寿命预测模型**的章节，特别是在**高功率光照或极端温变循环**下，封装技术对红外敏感元件保护的最新进展。如果能提供一份详尽的**红外组件全球供应链的关键风险评估**，并结合**新兴制造技术（如增材制造）对定制化红外光学元件的影响**进行探讨，那将使得这本书不仅仅是一本技术手册，更成为一份具有**战略前瞻性**的产业参考指南。

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