认识红外线

认识红外线

1672年人们发现太阳光(白光)是由各种颜色的光复合而成的。当时，牛顿做出了单色光在性质上比白光更简单的著名结论。1800年英国物理学家赫谢耳从热的观点来研究各色光时，发现了红外线。赫谢耳发现红外线的过程是这样的:他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室唯一的窗户用木板堵住，并在板上开了一条矩形的孔，孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过这个棱镜时，便被分解成彩色光带。他用温度计测量光带中不同色光所包含的能量。为了和环境温度比较，他在彩色光带的附近放几支用作比较的温度计，来测量周围环境的温度。在试验中，他偶尔发现一个奇怪的现象:放在光带红光外的温度计，比室内其他温度计的指示值都要高。经过多次反复实验，这个所谓含热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是赫谢耳宣布，太阳发出的光线中除可见光外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，因而叫作红外线。红外线也常常被称为红外辐射线简称红外辐射。

理论分析和实验研究表明，不仅太阳光中有红外线，任何温度高于绝对零度的物体都在不停地辐射红外线。因此，红外线的最大特点是普遍存在于自然界中。也就是说，任何“热”的物体都辐射红外线。

与可见光相比，红外线的波长范围更大。可见光的最长波长是最短波长的1倍(380～780nm)，叫作一个倍频程。而红外线的最长波长是最短波长的10倍，即具有10个倍频程。整个红外波段，包括波长0.7～1000μm的范围。通常分为两个区:0.7～25μm的近红外区和25～1000μm的远红外区;也有人分为三个区:近红外区(0.7～3μm)、中红外区(3～30μm)和远红外区(30～1000μm)。

一、医疗保健

在红外线区域中，对人体最有益的是4～14μm，它是孕育宇宙生命生长的神奇能量，与地球生命体有着密不可分的关系，所有动、植物的生存、繁殖，都在远红外线这个特定的波长下才得以进行，因此许多专家、学者称之为“生育光线”。因构成细胞体的分子、原子对4～14μm的红外线强烈吸收，使分子、原子的能量增加，运动加强，从而促使皮下深层组织的温度上升，并使微血管扩张，促进血液循环，从而具有加快新陈代谢、促使细胞组织复活、促进酵素生成等功效。

远红外纺织品是近年来新兴的一种精密陶瓷粉经特殊加工制成的纺织品，可以在常温下吸收人体自身向外散发的热量，并辐射回人体最需要的波长为4～14μm的远红外线，渗入皮下组织产生热效应。远红外纺织品具有活化组织细胞、促进血液循环和改善微循环、提高免疫力、加强新陈代谢、消炎、除臭、止痒、抑菌等功能。

二、太阳辐射

太阳辐射几乎包括了整个电磁波谱，其中红外部分约占50%，可见光部分约占40%，紫外部分约占10%，其余部分约占1%。

地球表面除了接受由太阳来的辐射外，本身也有辐射。辐射的极大值位于10μm处，即主要是红外线。地球表面辐射的能量主要被低层大气中的CO₂和水汽吸收，也有一部分到达空间和由大气反辐射回到地表。包围着地球的大气层在相当程度上可以让太阳波长较短的辐射透过到达地面，又几乎可以全部吸收地面发射的长波辐射。可以认为入射的太阳辐射和地球的长波辐射收支是基本平衡的。因此在一个长时期内地面的平均温度基本上维持不变。近地面大气中水汽和CO₂量增加，由于它们对地面长波辐射的吸收，便会在地面与大气之间形成一个绝热层，使近地面的热量得以保持，从而导致全球气温升高，直接影响人类的生活和安全。这即是所谓的“温室效应”。

除二氧化碳以外，甲烷、一氧化氮、氟利昂等也吸收红外线，造成地球变暖。甲烷具有25倍于二氧化碳的红外线吸收能力，一氧化氮为二氧化碳的320倍，氟利昂为4000～8500倍，少量这些物质就可以使地球的温度升高许多。

三、蛇的感官

蟒蛇、蟒属蛇和坑蝰蛇这三种蛇有一种其他动物所没有的感觉器官，这个器官就是热坑，出现在蛇的脸部。每个热坑都很大，并且都带有一个敏感的膜来探明热能，能敏感地测出0.02℃的温度差异，反应时间低于0.1s。通过这种器官，即使是在伸手不见五指的黑夜，有热坑的蛇类也可以查明温血动物的位置，温血动物正是蛇类的主要食物。“响尾蛇”导弹就是仿照蛇的这种结构制成的，这是仿生学的重大成果。

四、遥控器

现在不少家用电器都配有红外线遥控装置。当遥控器与红外接收端口排成直线，左右偏差不超过15°的时候，效果最好。

五、红外接口

现在，越来越多的电子设备装配了红外端口，支持无线传输，避免了通过电缆连接的累赘。利用红外线可通过手机上网，把手机的红外线接口对着带有红外线功能的电脑的接口，然后激活手机的红外线功能和电脑的红外线功能即可。

六、红外摄影

红外摄影能记录人眼看不见的红外线，红外胶片记录的是物体“反射”回来的红外线，并非“发射”的红外线，物体反射的能力不同，记录在胶片上的影像密度也就不同，如树木、草地、人体都是很好的反射体，在阳光下会呈现为雪白，而蓝天几乎不含红外线，会呈现为漆黑。

七、防盗装置

红外线发射机发射两束人眼看不见的经过调制的红外线，与之对准放置一个红外接收机，它将此光信号转换为电信号，经过适当的处理后送往控制主机。红外线光束构成了一道人眼看不见的封锁线，当有人穿越或阻挡这两条红外线时，接收机将会启动报警主机，报警主机收到信号以后立即发出报警信号。

八、红外天文

红外天文学是利用电磁波的红外波段研究天体的一门学科。温度4000℃以下的天体，其主要辐射在红外区。红外探测是观测被宇宙尘埃掩蔽的天体的得力手段;红外波段有许多重要的分子谱线;许多河外天体在远红外区的辐射较强。红外天文学正在成为实测天文学的最重要领域之一。

九、卫星云图

气象卫星利用波长为10.5～12.5μm的红外辐射仪拍摄地表和云面发射的红外辐射，将这种辐射以图像表示出来，就是红外云图。在红外云图上物体的色调决定其自身的温度，物体温度越高，发射的辐射越大，色调越暗，所以红外云图表现为黑色背景(地面)上的白色图案。也可以说红外云图是一张温度分布图。电视节目中通常使用的云图，就是红外云图通过计算机处理、编辑而成的假彩色动态图片，人们不仅能够纵览云飞，还可推知其发展变化，预知未来天气。

十、红外线开关

红外线开关有主动式和被动式。主动式红外开关:由红外发射管和接收管组成探头，当发射管发出的红外线照射到接收管时，灯关闭;人体通过挡住红外线时灯开启。被动式红外线开关:人体温度通常高于周围环境温度，是一个红外线源，当人体接近开关时，红外线辐射被检测到，开启照明灯，缺点是易受其他红外源的干扰。红外开关已普遍适用于学校、医院、宾馆等公共场合的照明灯、干手机、厕所冲水等处。

十一、触摸屏

为了操作方便，人们用触摸屏代替鼠标或键盘，根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成;触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器，然后把接收的信息送给主机。

红外线式触摸屏在屏幕周边成对安装红外线发射器和红外线接收器，接收器接收发射器发射的红外线，形成红外线矩阵。当手指按在屏幕上时，手指阻挡了红外线，这样在x、y两个方向接受信息送给主机。

十二、红外遥感

在漆黑的夜晚应用的红外遥感设备，探测沉睡的大地和各种矿藏。我国利用红外遥感照片，调查了地热资源和放射性矿藏等资源。

十三、空调人体感应技术

通过内置的红外线探头收集室内的红外线信息，当有人在室内红外线能感应的地方活动时，红外线探头会根据反射回来的信息，调整空调器的运行状态。

十四、红外线气体分析仪

红外线气体分析仪是一种采用红外线吸收原理进行分析的仪器。它利用待测气体在中红外区对某一特征波长的红外线有选择性地吸收且吸收率与其浓度有相应关系的原理来测量混合气体中某一特定组分的浓度。

十五、自动调焦照相机

自动调焦相机是从按下快门钮到快门打开的一瞬间，自动测量镜头与拍摄对象的距离，调节镜头，使拍出的照片清晰。大多数袖珍照相机内有微型电动机，驱动红外线发射器。发射器与镜头连接。红外线扫描测距时，镜头缩进伸出，由近而远地调焦。红外线从拍摄对象反射到照相机，机内的感应器不停监测;反射信号最强时，即调焦准确，快门自动打开。

十六、红外夜视

红外夜视分为主动式和被动式两种:前者用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像，具有成像清晰、制作简单等特点，但它的致命弱点是红外探照灯的红外光会被敌人的红外探测装置发现;后者不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成“热图像”，又称为“热像仪”，由于它不发射红外光，不易被敌人发现，并具有透过雾、雨等进行观察的能力。

十七、红外侦察

侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息，并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视;导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报，为拦截来袭导弹提供一定的预警时间。

十八、红外制导

红外制导就是利用目标本身的红外辐射来引导导弹自动接近目标，以提高命中率。红外制导是当前空空、空地、地空、反坦克导弹等普遍采用的工作方式。据不完全统计，目前各国已生产和试制的红外制导导弹已超过50种。

十九、反红外探测

世界上任何物体，只要它的温度高于绝对零度，便不断发出红外辐射，且随温度的升高而加强。实验得出，物体的红外辐射能量与温度成4次方关系。因此，减少红外辐射，首先要设法降低目标自身的温度，尽量减少目标能量的主动辐射。喷气式飞机是一种典型的红外辐射源，其喷气式发动机是全机温度最高的部分。减少飞机红外辐射必须从改造发动机入手。水面舰艇是一个巨大的红外辐射源。通过冷却上升烟道的可见部分来抑制红外辐射。坦克、装甲车产生红外辐射的主要部位是发动机高温金属部件、传动引动部分、炮管和车体等，利用聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料等使车体表面与背景的红外辐射特性接近一致，起到迷惑作用。

采用红外吸波材料和涂敷红外吸波涂料也是反红外探测的一种重要的有效途径。美国海军研制出一种漆。它保留了低可视度的雾灰色，在红外光谱区所反射的能量比炭黑色多好几倍，既能充分吸收红外信号，又能反射太阳辐射。不少国家在舰艇表面涂敷镀铬涂层，这种涂层对红外线具有散射作用，在红外光范围内只是一种低辐射体，只辐射约10%的红外线。新式作战飞机也大量使用能降低红外辐射、减小反射的油漆、涂料和降温隔热材料。在海湾战争和科索沃战争中大出风头的F—117A就使用了30%以上的新型降温隔热材料。

除笔者介绍的以外，红外线还有很多用处，例如制造红外隐身照明弹、红外烘干机、红外取暖灯、汽车红外智能驾驶系统等等。在日常生活中多注意观察和分析，对红外线的了解将越来越多。