\r\n為了達(dá)到夜晚的有效監(jiān)控,紅外燈在電視監(jiān)控系統(tǒng)工程中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。為什?紅外燈能讓攝影機(jī)在夜晚攝得重要畫面?什?是發(fā)光二極體紅外燈?什?是熱幅射紅外燈?本文為您說(shuō)明。\r\n">

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紅外燈原理概述~紅外燈產(chǎn)品探索

文/北方工業(yè)大學(xué)副教授、北京普安科技有限公司總經(jīng)理莊春昭\r\n

\r\n為了達(dá)到夜晚的有效監(jiān)控,紅外燈在電視監(jiān)控系統(tǒng)工程中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。為什?紅外燈能讓攝影機(jī)在夜晚攝得重要畫面?什?是發(fā)光二極體紅外燈?什?是熱幅射紅外燈?本文為您說(shuō)明。\r\n

文/北方工業(yè)大學(xué)副教授、北京普安科技有限公司總經(jīng)理莊春昭

無(wú)特殊功能的攝像機(jī)在夜間進(jìn)行攝像時(shí),往往因?yàn)閳?chǎng)景照度太低而無(wú)法有效地工作,而為了實(shí)現(xiàn)夜視,目前多半采用紅外攝像技術(shù)。

紅外攝像技術(shù)分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)兩種。被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對(duì)零度以上都有紅外光發(fā)射,人體和熱機(jī)發(fā)出的紅外光較強(qiáng),其他物體發(fā)出的紅外光很微弱,利用特殊的紅外攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控。但是,這種特殊的紅外攝像機(jī)造價(jià)昂貴,而且不能反映周圍環(huán)境狀況,因此在夜視系統(tǒng)中甚少被采用。夜視系統(tǒng)中經(jīng)常采用的是主動(dòng)紅外攝像技術(shù),即采用紅外輻射,產(chǎn)生人眼看不見的紅外光,「照明」景物和環(huán)境,應(yīng)用普通低照度黑白攝像機(jī)、白天彩色夜間自動(dòng)變黑白攝像機(jī)或紅外低照度彩色攝像機(jī),感受周圍環(huán)境反射回來(lái)的紅外光實(shí)現(xiàn)夜視。

以下將針對(duì)紅外燈的原理、種類及特性介紹如下。

紅外光原理介紹
光是一種電磁波,它的波長(zhǎng)區(qū)間從幾個(gè)納米(1nm=10-9)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、藍(lán)、紫光,波長(zhǎng)比紫光短的稱為紫外光,波長(zhǎng)比紅光長(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如圖1所示,由圖可見,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,因此不能用於夜視。



紅外燈原理及特性

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)射二極管)紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性介紹如下∶



1. 紅外發(fā)射二極體(LED)紅外燈


由紅外發(fā)射二極管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二極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,如圖2所示。它是窄帶分布,為普通CCD黑白攝像機(jī)可感受的范圍。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以完全無(wú)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)。


一般來(lái)說(shuō),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最大額定值時(shí),器件的溫度因電流的熱耗而上升,使光發(fā)射功率下降。紅外二極體工作電流過(guò)小,將影響其輻射功率的發(fā)揮,但工作電流過(guò)大將影響其壽命,甚至使紅外二極體燒毀。


紅外發(fā)射二極體的伏安特性與普通矽二極體極為相似。當(dāng)電壓越過(guò)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。


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)特別注意的問(wèn)題。

最大輻射強(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)度為最大值的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)光二極體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(guò)加熱燈絲來(lái)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,其紅外光成分最高可達(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2,000~5,000小時(shí)、輻射角度60~80度。由圖7可見其光譜功率分布,光譜范圍是很寬的。 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,因此可用於遠(yuǎn)距離紅外燈,這是它最大的優(yōu)點(diǎn)。其最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),5,000小時(shí)只能使用一年多,考慮散熱不夠,壽命還要短。而對(duì)於客戶來(lái)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(wú)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(guò)鋼化,可以耐受急冷急熱的變化,在內(nèi)部紅外燈泡由於可見光濾除的部分,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暫態(tài)功達(dá)到1470W,這一瞬間燈絲負(fù)荷過(guò)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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