紅外燈的原理及其特性

發(fā)布時(shí)間:2024-04-01
光是一種電磁波,它的波長(zhǎng)區(qū)間從幾個(gè)納米(1nm=10-9m)到1毫米(mm)左右。人眼可見的只是其中一部分,我們稱其為可見光,可見光的波長(zhǎng)范圍為380nm~780nm,可見光波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光,波長(zhǎng)比紫光短的稱為紫外光,波長(zhǎng)比紅外光長(zhǎng)的稱為紅外光。普通ccd黑白攝像機(jī)可以感受光的光譜特性,它不僅能感受可見光,而且可以感受紅外光。這就是利用普通ccd黑白攝像機(jī),配合紅外燈可以比較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)夜視的基本原理。而普通彩色攝像機(jī)的光譜特性不能感受紅外光,因此不能用于夜視。
紅外燈按其紅外光輻射機(jī)理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光(紅外發(fā)射二級(jí)管)紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性我們介紹如下: 1. 紅外發(fā)射二極管(led)紅外燈的原理及特性
由紅外發(fā)光二級(jí)管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二級(jí)管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵gaas)制成pn結(jié),外加正向偏壓向pn結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長(zhǎng)830~950nm,半峰帶寬約40nm左右,它是窄帶分布,為普通ccd黑白攝像機(jī)可感受的范圍。其*大的優(yōu)點(diǎn)是可以*無紅暴,(采用940~950nm波長(zhǎng)紅外管)或僅有微弱紅暴(紅暴為有可見紅光)和壽命長(zhǎng)。紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μw/m2表示。一般來說,其紅外輻射功率與正向工作電流成正比,但在接近正向電流的*大額定值時(shí),器件的溫度因電流的熱耗而上升,使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小,將影響其輻射功率的發(fā)揮,但工作電流過大將影響其壽命,甚至使紅外二極管燒毀。當(dāng)電壓越過正向閾值電壓(約0.8v左右)電流開始流動(dòng),而且是一很陡直的曲線,表明其工作電流對(duì)工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準(zhǔn)確、穩(wěn)定,否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高)會(huì)使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠(yuǎn)距離紅外燈,熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意的問題。紅外二極管的*大輻射強(qiáng)度一般在光軸的正前方,并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強(qiáng)度為*大值的50%的角度稱為半強(qiáng)度輻射角。不同封裝工藝型號(hào)的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。 2. 熱輻射紅外燈的基本原理及其特性
熱輻射現(xiàn)象是極為普通的,物體在溫度較低時(shí)產(chǎn)生的熱輻射全部是紅外光,所以人眼不能直接觀察到。當(dāng)加熱500度左右時(shí),才會(huì)產(chǎn)生暗紅色的可見光,隨著溫度的上升,光變得更亮更白。在熱輻射光源中通過加熱燈絲來維持它的溫度,供輻射繼續(xù)不斷的進(jìn)行。維持一定的溫度而從外部提供的能量與因輻射而減少的能量達(dá)到平衡。輻射體在不同加熱溫度時(shí),輻射的峰值波長(zhǎng)是不同的,其光譜能量分布也是不同的。根據(jù)以上原理,經(jīng)特殊設(shè)計(jì)和工藝制成的紅外燈泡,其紅外光成分*高可達(dá)92~95%。國(guó)外生產(chǎn)的這種紅外燈泡的技術(shù)性能為: 功率100~375w;電源電壓230~250v;使用壽命5000小時(shí)、輻射角度60~80度。普通黑白攝像機(jī)感受的光譜頻率范圍也是很寬的,且紅外燈泡一般可制成比較大的功率和大的輻照角度,因此可用于遠(yuǎn)距離紅外燈,這是它*大的優(yōu)點(diǎn)。其*大不足之處是包含可見光成份,即有紅暴,且使用壽命短,如果每天工作10小時(shí),5000小時(shí)只能使用一年多,考慮散熱不夠,壽命還要短。而對(duì)于客戶來講,更換燈泡是麻煩和不愉快的事情。在克服熱輻射紅外燈缺點(diǎn)方面進(jìn)行了許多努力,首先是研制和應(yīng)用了高通紅外濾波鋼化玻璃。波長(zhǎng)愈長(zhǎng),紅暴愈小,甚至可達(dá)到全無紅暴,但是,紅外光的效率愈低,紅外燈發(fā)熱就愈高。紅外玻璃的波長(zhǎng)可根據(jù)用戶對(duì)紅暴要求高低加以選擇,一般而言,相同有效輻照距離時(shí),對(duì)紅暴要求愈高,造價(jià)愈高。紅外玻璃經(jīng)過鋼化,可以耐受急冷急熱的變化,在內(nèi)部紅外燈泡由于可見光濾除的部分,轉(zhuǎn)化產(chǎn)生熱量,溫度會(huì)很高,外部冷風(fēng)及雨雪的突襲下,急冷而不致?lián)p壞。為提高熱輻射紅外燈的壽命,采用了光控開關(guān)電路,以減小其工作時(shí)間;采用了變壓穩(wěn)壓整流電路,使其發(fā)光功率得以充分發(fā)揮而且提高了紅外燈的壽命;而更重要的是考慮燈絲冷阻是非常小的,如100w紅外燈泡,燈絲熱阻為529ω,這時(shí)的工作電流只有0.4348a,而冷阻只有36ω,紅外燈接通電源瞬間為6.39a瞬時(shí)功達(dá)到1470w,這一瞬間燈絲負(fù)荷過載達(dá)幾十倍,這對(duì)燈絲壽命有非常大的影響。人們研制的燈絲保護(hù)電路,相信紅外燈燈泡的工作壽命會(huì)成倍增長(zhǎng)。此外,還增加了延時(shí)開關(guān)電路以防環(huán)境的光干擾。
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