《紅外物理與技術(shù)》系統(tǒng)地論述了紅外輻射的發(fā)射、傳輸和測(cè)量等過(guò)程的基本原理和規(guī)律，介紹了輻射度學(xué)的基本概念、紅外輻射的基礎(chǔ)知識(shí)、輻射量的計(jì)算以及校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源和實(shí)驗(yàn)室常用的輻射源。同時(shí)，討論了黑體和一般物體的輻射規(guī)律、目標(biāo)與背景的紅外輻射特性、紅外探測(cè)器工作原理，還詳細(xì)分析了紅外輻射在各個(gè)領(lǐng)域的新應(yīng)用：紅外加熱技術(shù)、紅外光譜技術(shù)、紅外成像技術(shù)和紅外醫(yī)療技術(shù)等。本書可以作為紅外技術(shù)、光電子技術(shù)、光學(xué)工程等專業(yè)的本科高年級(jí)學(xué)生和研究生的專業(yè)教材，也可以供相關(guān)專業(yè)的科技工作者參考。
《紅外物理與技術(shù)》系統(tǒng)的論述了紅外輻射的發(fā)射、傳輸和測(cè)量等過(guò)程的基本原理和規(guī)律，介紹了輻射度學(xué)的基本概念、紅外輻射的基本知識(shí)、輻射量的計(jì)算以及校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源和實(shí)驗(yàn)室常用的輻射源。同時(shí)，討論了黑體和一般物體的輻射規(guī)律、目標(biāo)與背景的紅外輻射特性、紅外探測(cè)器工作原理，還詳細(xì)分析了紅外輻射的在各個(gè)領(lǐng)域的新應(yīng)用：紅外加熱技術(shù)、紅外光譜技術(shù)、紅外成像技術(shù)和紅外醫(yī)療技術(shù)等。本書可以作為紅外技術(shù)、光電子技術(shù)、光學(xué)工程等專業(yè)的本科高年級(jí)學(xué)生和研究生的專業(yè)教材，也可以供相關(guān)專業(yè)的科技工作者參考。
自然界中一切溫度高于熱力學(xué)零度的物體無(wú)時(shí)無(wú)刻不在產(chǎn)生著紅外輻射，且這種輻射都攜帶有輻射物體的特征信息，這為探測(cè)和識(shí)別各種目標(biāo)提供了客觀基礎(chǔ)。因此，自從英國(guó)天文學(xué)家赫謝耳(Herschel)在1800年發(fā)現(xiàn)紅外線以來(lái)，隨著紅外輻射理論、紅外探測(cè)器、紅外光學(xué)以及紅外探測(cè)及跟蹤系統(tǒng)等的發(fā)展，紅外技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為現(xiàn)代光電子技術(shù)的重要的組成部分，受到世界各國(guó)的普遍的關(guān)注。因此，許多高等學(xué)校在相關(guān)專業(yè)和學(xué)科的本科生、研究生培養(yǎng)中開設(shè)了紅外物理與技術(shù)方面的課程，以適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防和科學(xué)研究對(duì)紅外技術(shù)人才的需求。
紅外物理以電磁波譜中的紅外輻射為特定對(duì)象，主要研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳輸及探測(cè)過(guò)程的現(xiàn)象、機(jī)理、特征和規(guī)律等；紅外技術(shù)以紅外物理為基礎(chǔ)，研究目標(biāo)的紅外輻射特點(diǎn)、探測(cè)與成像、紅外信息處理及應(yīng)用方法等。隨著紅外技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，會(huì)出現(xiàn)許多新的物理問(wèn)題和現(xiàn)象，從而推動(dòng)紅外物理的研究不斷深入。為了讓理科學(xué)生在掌握扎實(shí)的紅外物理基本知識(shí)的同時(shí)，得到紅外技術(shù)方面應(yīng)用能力的培養(yǎng)，讓工科學(xué)生在學(xué)好紅外技術(shù)應(yīng)用知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步夯實(shí)紅外物理的理論知識(shí)，本書將紅外物理、紅外技術(shù)兩大部分內(nèi)容盡量有機(jī)地融合在一起，并加入了該領(lǐng)域內(nèi)新的理論知識(shí)和技術(shù)，以利于學(xué)生全面素質(zhì)的培養(yǎng)和提高。
本書共分9章，按照從理論到技術(shù)的順序，具體內(nèi)容安排是：第1章介紹紅外物理學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容、紅外物理學(xué)歷史和紅外物理與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的關(guān)系。第2章介紹紅外輻射度學(xué)的基礎(chǔ)，基本輻射量的定義、朗伯余弦定理和漫輻射源的輻射特征、輻射在介質(zhì)傳輸時(shí)的衰減和常用到的幾個(gè)紅外輻射規(guī)律。第3章介紹熱輻射的基本規(guī)律，熱輻射遵循的三大定律：普朗克輻射定律、維恩位移定律和斯特藩-玻耳茲曼定律，實(shí)際物體的發(fā)射率和黑體輻射的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，紅外輻射測(cè)溫原理。第4章介紹典型紅外輻射源和黑體輻射源的理論和應(yīng)用分析。第5章介紹紅外探測(cè)器的分類、性能指標(biāo)和常用的探測(cè)器的物理原理。第6章介紹紅外加熱技術(shù)的原理和實(shí)際生活中的應(yīng)用，紅外輻射材料和應(yīng)用，常見的幾種紅外加熱器件。第7章介紹紅外光譜的基礎(chǔ)知識(shí)、紅外分析儀的優(yōu)缺點(diǎn)和近代紅外二維光譜的發(fā)展。第8章介紹熱成像的原理和在工業(yè)、軍事上的應(yīng)用。第9章介紹紅外理療的基礎(chǔ)知識(shí)、國(guó)內(nèi)外紅外理療器件和紅外在中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。
本書可以作為高等學(xué)校物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、光電信息科學(xué)等專業(yè)的高年級(jí)本科生或光學(xué)工程、生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)碩士生的教材，也可供從事紅外器件和紅外應(yīng)用的科技人員參考使用。
本書由李光教授總體負(fù)責(zé)，第1章由關(guān)麗編寫，第2、3、4章由李光編寫，第5、6章由楊景發(fā)編寫，第7章由張瑋編寫，第8章由李旭編寫，第9章由劉素玲編寫。
在編寫過(guò)程中，除文中列出的參考文獻(xiàn)外，還在網(wǎng)絡(luò)上查閱了大量的資料，在此對(duì)相關(guān)作者表示感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在不妥之處，歡迎大家批評(píng)指正。
編者
一直從事紅外物理教學(xué)已有20余年，在教學(xué)和實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展有較深入了解。 1. 主持科技部我國(guó)地理標(biāo)志產(chǎn)品質(zhì)量保證體系研究重大課題子項(xiàng)目重要茶葉保真與原產(chǎn)地保護(hù)技術(shù)研究。 2. 主持省級(jí)縱向課題茶葉真實(shí)屬性表征解析研究。 發(fā)表論文和專利： 1. 一種紅外光譜技術(shù)鑒別茶葉產(chǎn)地的方法---授權(quán)號(hào)：200810079810.5 2. 基于紅外光譜的茶葉發(fā)酵特征研究 3. 茶葉紅外光譜的測(cè)量條件研究 4. 二次特征提取法用于茶葉產(chǎn)地的識(shí)別。
第1章 緒論 001
1.1 紅外物理學(xué)研究的對(duì)象 001
1.1.1 紅外輻射的電磁波譜 001
1.1.2 紅外線的定義 002
1.1.3 紅外線的特點(diǎn) 003
1.2 紅外技術(shù)的發(fā)展史 004
1.3 紅外物理學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的關(guān)系 005
1.3.1 紅外技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 005
1.3.2 紅外技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用 006
習(xí)題 006
第2章 紅外輻射基礎(chǔ)知識(shí) 007
2.1 引言 007
2.2 基本輻射量和光譜輻射量 008
2.2.1 輻射功率 008
2.2.2 輻出度 009
2.2.3 輻射強(qiáng)度 009
2.2.4 輻射亮度(輻亮度) 010
2.2.5 輻照度 011
2.3 光譜輻射量和光子輻射量 012
2.3.1 光譜輻射量 012
2.3.2 光子輻射量 013
2.4 朗伯余弦定律和漫輻射源的輻射特性 013
2.4.1 朗伯余弦定律 013
2.4.2 漫輻射源的輻射特性 014
2.5 輻射量計(jì)算舉例 015
2.5.1 點(diǎn)源向圓盤發(fā)射的輻射功率 016
2.5.2 小面源產(chǎn)生的輻照度 016
2.5.3 均勻大面積朗伯?dāng)U展源產(chǎn)生的輻照度 017
2.6 輻射在傳輸媒質(zhì)中的衰減 018
2.6.1 反射比、吸收比、透射比 019
2.6.2 容易混淆的幾個(gè)概念 020
2.6.3 吸收比與吸收系數(shù) 021
2.6.4 散射系數(shù)和衰減系數(shù) 022
2.6.5 衰減媒質(zhì)的透射 023
2.6.6 考慮媒質(zhì)衰減時(shí)的輻射計(jì)算 024
2.7 輻射功率的測(cè)量 026
2.8 紅外輻射的幾個(gè)定理 027
2.8.1 立體角投影定理 027
2.8.2 Sumpner定理 027
2.8.3 角系數(shù)定理 028
2.8.4 阿貝定律 030
2.8.5 輻射在反射系統(tǒng)的像 031
2.8.6 輻射在透射系統(tǒng)的像 032
習(xí)題 033
第3章 熱輻射的基本規(guī)律 036
3.1 輻射的起源 036
3.2 基爾霍夫定律和黑體模型 037
3.2.1 基爾霍夫定律 037
3.2.2 密閉空腔的輻射為黑體輻射 038
3.3 普朗克輻射定律 039
3.3.1 普朗克公式的推導(dǎo) 039
3.3.2 普朗克公式的意義 040
3.3.3 用光子數(shù)表示的普朗克輻射定律 041
3.3.4 普朗克公式的近似 041
3.4 維恩位移定律 042
3.4.1 維恩位移定律的定義 042
3.4.2 黑體光譜輻出度的峰值 043
3.4.3 光子輻射量的維恩位移定律 043
3.5 斯特藩-玻耳茲曼定律 044
3.6 黑體輻射的簡(jiǎn)易計(jì)算方法 045
3.6.1 黑體輻射函數(shù)表 045
3.6.2 計(jì)算舉例 046
3.7 輻射的光譜效率和輻射對(duì)比度 047
3.7.1 輻射的光譜效率和工程最大值 047
3.7.2 輻射對(duì)比度 049
3.7.3 熱導(dǎo)數(shù) 050
3.8 發(fā)射率和實(shí)體輻射 050
3.8.1 半球發(fā)射率 051
3.8.2 方向發(fā)射率 051
3.8.3 影響發(fā)射比的因素 054
3.9 紅外輻射測(cè)溫法 058
3.9.1 全輻射法 058
3.9.2 亮度法 059
3.9.3 比色法 060
習(xí)題 060
第4章 紅外輻射源 063
4.1 典型紅外輻射源 063
4.1.1 實(shí)用紅外輻射源 063
4.1.2 腔型黑體輻射源 065
4.1.3 低頻調(diào)制時(shí)的黑體源輻射計(jì)算 068
4.2 古費(fèi)理論 070
4.2.1 腔型輻射體的有效發(fā)射率 070
4.2.2 角度因子的推導(dǎo)和有效發(fā)射率的簡(jiǎn)化 072
習(xí)題 074
第5章 紅外探測(cè)器 076
5.1 紅外探測(cè)器的分類 076
5.2 紅外探測(cè)器的性能指標(biāo) 078
5.2.1 響應(yīng)度 078
5.2.2 光譜響應(yīng) 078
5.2.3 噪聲電壓 079
5.2.4 探測(cè)度 080
5.2.5 響應(yīng)時(shí)間 080
5.3 熱敏紅外探測(cè)器 080
5.3.1 溫差電偶型探測(cè)器 080
5.3.2 熱敏電阻型探測(cè)器 081
5.3.3 熱釋電型紅外探測(cè)器 082
5.3.4 氣動(dòng)型紅外探測(cè)器 083
5.4 光子探測(cè)器 084
5.4.1 光電子發(fā)射(PE)探測(cè)器 084
5.4.2 光電導(dǎo)(PC)探測(cè)器 084
5.4.3 光伏(PV)型探測(cè)器 085
5.5 成像探測(cè)器 086
5.5.1 紅外底片 086
5.5.2 紅外變像管 086
5.5.3 攝像管 087
習(xí)題 088
第6章 紅外加熱技術(shù) 089
6.1 紅外加熱技術(shù)的概念、意義與發(fā)展概況 089
6.1.1 紅外加熱技術(shù)的概念 089
6.1.2 紅外加熱技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的意義 090
6.1.3 紅外加熱技術(shù)的發(fā)展概況 090
6.2 遠(yuǎn)紅外輻射加熱技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí) 090
6.2.1 遠(yuǎn)紅外輻射加熱技術(shù)的基本原理 090
6.2.2 熱能傳遞的三種途徑 091
6.2.3 不同傳熱方式機(jī)理的比較 092
6.3 遠(yuǎn)紅外輻射涂料 093
6.3.1 紅外輻射涂料的作用 093
6.3.2 紅外輻射涂料的種類 093
6.3.3 輻射層的涂覆工藝 094
6.4 各種紅外加熱器件 095
6.4.1 加熱器的結(jié)構(gòu)及分類 095
6.4.2 燈型紅外輻射器 095
6.4.3 管狀紅外輻射器 096
6.4.4 陶瓷管和集成式電熱膜紅外輻射器 097
6.4.5 板狀紅外輻射器 097
6.4.6 直熱式紅外輻射器 097
6.4.7 遠(yuǎn)紅外定向強(qiáng)輻射器 098
6.5 匹配吸收與非匹配吸收理論 098
6.5.1 匹配吸收(共振吸收) 098
6.5.2 非匹配吸收 099
6.5.3 溫度匹配 099
6.6 遠(yuǎn)紅外輻射加熱技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及應(yīng)注意的問(wèn)題 100
6.6.1 遠(yuǎn)紅外輻射加熱技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用 100
6.6.2 遠(yuǎn)紅外輻射加熱技術(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題 100
習(xí)題 101
第7章 紅外光譜技術(shù) 102
7.1 紅外光譜學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 102
7.1.1 分子的運(yùn)動(dòng)形式 102
7.1.2 紅外吸收光譜的應(yīng)用 103
7.2 紅外氣體分析儀 104
7.2.1 紅外氣體分析儀原理 104
7.2.2 紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)和類型 104
7.2.3 紅外氣體分析儀的特點(diǎn) 106
7.2.4 紅外氣體分析儀的應(yīng)用 106
7.3 紅外光譜的經(jīng)典分析 107
7.3.1 紅外光譜的經(jīng)典振動(dòng)模型 108
7.3.2 振動(dòng)方程式及其應(yīng)用 109
7.3.3 紅外光譜的定量分析 110
7.3.4 常用的定量分析的方法 111
7.4 紅外二維光譜簡(jiǎn)介 113
7.4.1 二維相關(guān)光譜一般的處理方法 114
7.4.2 二維相關(guān)光譜的性質(zhì) 115
習(xí)題 117
第8章 紅外熱成像技術(shù) 118
8.1 熱成像的原理 118
8.2 熱成像技術(shù)的發(fā)展概況 119
8.3 熱像儀的構(gòu)造 119
8.4 熱像儀的應(yīng)用 119
8.4.1 熱像儀在電力工業(yè)中的應(yīng)用 120
8.4.2 熱像儀在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用 120
8.4.3 熱像儀在軍事上的應(yīng)用 120
8.4.4 熱像儀在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 121
8.4.5 熱像儀在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 123
習(xí)題 123
第9章 紅外理療技術(shù) 124
9.1 紅外理療的概念 124
9.2 紅外理療機(jī)理及效應(yīng) 125
9.2.1 人體的輻射和吸收特性 125
9.2.2 紅外輻射的生物效應(yīng) 127
9.2.3 紅外輻射的生理效應(yīng) 127
9.2.4 紅外線的危害和防護(hù) 130
9.3 紅外理療儀器 130
9.3.1 紅外理療機(jī) 130
9.3.2 TDP輻射器 131
9.3.3 中波紅外與短波紅光綜合治療儀 131
9.3.4 神秘的頻譜儀 134
9.3.5 紅外理療儀器的發(fā)展方向 134
9.4 紅外治療技術(shù)國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài) 135
9.4.1 紅外血凝固器 135
9.4.2 熱療 135
9.4.3 其他紅外技術(shù)的臨床應(yīng)用 135
9.5 紅外技術(shù)與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué) 136
習(xí)題 136
參考文獻(xiàn) 137
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