第五節(jié)　紅外線和紫外線

紅外線

1．紅外線的發(fā)現(xiàn)和特點(diǎn)

1800年7月，英國(guó)天文學(xué)家赫謝耳博士研究太陽(yáng)光譜時(shí)做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)。他讓一束太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡，照射到一張白紙上，形成一條從紅到紫的彩色光帶。再把九支溫度計(jì)放到彩色光帶的不同位置，以測(cè)量各個(gè)彩色光帶的溫度。

他發(fā)現(xiàn)各個(gè)溫度計(jì)上升的溫度有一定的規(guī)律：紫光外區(qū)的溫度計(jì)幾乎不升溫，從紫光到紅光的溫度計(jì)升溫依次增高，紅光外區(qū)的溫度計(jì)的溫度最高。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽(yáng)發(fā)出的輻射中除可見(jiàn)光線外，還有一種人眼看不見(jiàn)的“熱線”，這種看不見(jiàn)的“熱線”位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。紅外線也是電磁波。紅外線的波長(zhǎng)比紅光要長(zhǎng)，介于紅光和微波之間。其波長(zhǎng)范圍從0．78—1000μm。

通過(guò)進(jìn)一步的研究，人們發(fā)現(xiàn)，紅外線有許多特點(diǎn)：①常溫下物體就可以不斷地輻射出9μm左右的紅外線；②紅外線有顯著的熱效應(yīng)，可以用溫差電偶、光敏電阻等儀器來(lái)測(cè)量；③紅外線容易被物體吸收；④紅外線通過(guò)云霧等充滿(mǎn)懸浮粒子的物質(zhì)時(shí)，不易發(fā)生散射，具有較強(qiáng)的穿透能力。由于紅外線的這些特點(diǎn)，使紅外線在人類(lèi)日常生活、軍事等領(lǐng)域有極其廣泛的應(yīng)用。

2．紅外測(cè)溫儀器

紅外測(cè)溫儀器主要有三種類(lèi)型：紅外測(cè)溫儀（點(diǎn)溫儀）、紅外熱像儀、紅外熱電視。紅外測(cè)溫儀器由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。紅外測(cè)溫儀是通過(guò)探測(cè)物體所輻射的紅外線的能流密度來(lái)檢測(cè)表面溫度的儀器。它依據(jù)的基本原理是：溫度高于絕對(duì)零度的一切物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)出紅外線，物體紅外輻射能量的大小與波長(zhǎng)的分布和它的表面溫度有關(guān)。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度。

物體輻射出的紅外線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)可匯集其紅外輻射能量，通過(guò)光電探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路就可以完全一一對(duì)應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面溫度及溫度場(chǎng)相應(yīng)的“熱像圖”，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫的目的。紅外熱電視和紅外熱像儀就是利用熱成像技術(shù)將這種看不見(jiàn)的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)光圖像。

紅外測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中、在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)、設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要作用。

3．紅外診斷技術(shù)

紅外診斷技術(shù)也是通過(guò)吸收紅外輻射能量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況，所以紅外診斷技術(shù)可以對(duì)電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預(yù)測(cè)，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)維修提高到預(yù)知狀態(tài)檢修。特別是現(xiàn)在大機(jī)組、超高電壓電力系統(tǒng)利用紅外狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)可以在遠(yuǎn)距離、不接觸、不取樣、不解體的情況下實(shí)施準(zhǔn)確、快速、直觀地監(jiān)測(cè)和診斷。因此，該技術(shù)備受?chē)?guó)內(nèi)外電力行業(yè)的重視，并作為一門(mén)新興的學(xué)科和技術(shù)得到了快速發(fā)展。

4．紅外探測(cè)技術(shù)

紅外探測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如紅外偵察、紅外夜視以及紅外制導(dǎo)等。紅外偵察是指在人造地球衛(wèi)星、偵察飛機(jī)、監(jiān)視地區(qū)或道路附近裝有紅外成像設(shè)備對(duì)地面的軍事行動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視，探測(cè)監(jiān)視地區(qū)或經(jīng)過(guò)監(jiān)視地區(qū)附近的目標(biāo)，并能測(cè)定其方位。紅外夜視是指在作戰(zhàn)飛機(jī)、導(dǎo)彈、火炮、輪船等配備視紅外攝像機(jī)、紅外熱像儀等紅外成像設(shè)備，用作在夜間導(dǎo)航、搜索、精確定位、跟蹤和捕捉目標(biāo)等。紅外制導(dǎo)就是利用目標(biāo)本身的紅外輻射來(lái)引導(dǎo)導(dǎo)彈自動(dòng)接近目標(biāo)，以提高命中率。

此外，紅外探測(cè)技術(shù)還被用于探測(cè)隱身飛行器。由于紅外探測(cè)技術(shù)具有環(huán)境適應(yīng)性好、隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、能在一定程度上識(shí)別偽裝目標(biāo)，且設(shè)備體積小、質(zhì)量輕、功耗低等特點(diǎn)，軍用紅外技術(shù)得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，表明紅外技術(shù)的地位已從以往的戰(zhàn)術(shù)地位向戰(zhàn)略地位發(fā)展。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中多國(guó)部隊(duì)就大量采用了紅外探測(cè)技術(shù)。

5．紅外線加熱

應(yīng)用紅外線加熱原理，制成紅外干燥器、紅外烤箱爐能使物體內(nèi)部發(fā)熱，可用以焙制食品、烘干油漆。應(yīng)用對(duì)紅外線靈敏的探測(cè)器能吸收物體發(fā)出紅外線的性質(zhì)，可以探測(cè)出被測(cè)物體的特征，它可用來(lái)勘測(cè)地?zé)?、尋找水源、監(jiān)測(cè)森林火情、預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)寒潮、估計(jì)農(nóng)作物收成等。應(yīng)用對(duì)紅外線有敏感作用的底片，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離和高空攝影，而不受黑暗條件的限制。另外，紅外技術(shù)在紅外通信、紅外安全、報(bào)警、文物鑒定、紅外防偽等方面也有重要作用。

6．醫(yī)學(xué)中的熱成像技術(shù)

熱成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用非常廣泛?；疾∑陂g，全身或局部的熱平衡遭到破壞由于人體各個(gè)部位溫度并不相同，在便在相應(yīng)部位的皮膚溫度上顯示出來(lái)，利用熱成像技術(shù)可以做早期診斷，特別是在對(duì)乳腺癌、皮膚癌、潰瘍、燒傷等方面更有效。

紫外線

1．什么是紫外線

1801年，德國(guó)科學(xué)家里特首先發(fā)現(xiàn)了紫外線。紫外線是紫光之外區(qū)域波長(zhǎng)從200—380nm（0．02—0．38μm）電磁輻射的總稱(chēng)。可見(jiàn)光能透過(guò)的物質(zhì)，對(duì)于紫外線的某些波段卻會(huì)強(qiáng)烈地吸收。例如：玻璃對(duì)波長(zhǎng)小于350nm的紫外線有強(qiáng)烈的吸收；地球大氣中的氧和臭氧幾乎全部吸收了太陽(yáng)輻射中波長(zhǎng)小于290nm的紫外線；水銀燈和電弧的光中有250—390nm之間的強(qiáng)紫外輻射，是常用的紫外線光源，紫外線通常用光電元件和感光乳膠來(lái)檢測(cè)。紫外光譜是研究原子結(jié)構(gòu)的重要手段，紫外線在工農(nóng)業(yè)方面也有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2．紫外線的利與弊

紫外線對(duì)人體有利有弊。首先，中長(zhǎng)波紫外線的照射，可使皮膚中的脫氧膽固醇轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D，維生素D可增強(qiáng)鈣磷在體內(nèi)的吸收，能幫助骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育，成長(zhǎng)期的兒童多曬太陽(yáng)，多在戶(hù)外活動(dòng)，有利于預(yù)防佝僂病。其次，不同波長(zhǎng)的UV－A、UV－B波段能夠治療類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、白癜風(fēng)、玫瑰糠疹和皮膚T細(xì)胞性淋巴瘤等皮膚病。再次，紫外線還可使微生物細(xì)胞內(nèi)核酸、原漿蛋白發(fā)生化學(xué)變化，用以殺滅微生物，對(duì)空氣、水、污染物體表面進(jìn)行消毒滅菌。通過(guò)特殊工藝制成的UV－C紫外線燈，用來(lái)進(jìn)行消毒滅菌。

然而，紫外線人類(lèi)皮膚有危害，對(duì)皮膚的傷害是日積月累的，波長(zhǎng)愈短，對(duì)人類(lèi)皮膚危害越大，紫外線的長(zhǎng)期積累可誘發(fā)皮膚癌。科學(xué)研究證實(shí)，強(qiáng)烈的太陽(yáng)光是人患白內(nèi)障的主要原因之一。

3．紫外線預(yù)防

預(yù)防紫外線對(duì)人體的傷害，最主要的是避免長(zhǎng)時(shí)間在強(qiáng)烈的日光下活動(dòng)。另外，采取一些防護(hù)措施也是很有必要的，比如在有強(qiáng)烈陽(yáng)光的戶(hù)外活動(dòng)時(shí)，用淺顏色的遮陽(yáng)傘阻擋紫外線直接接觸皮膚、利用太陽(yáng)鏡減弱紫外線的強(qiáng)度、適當(dāng)?shù)赝坎敕罆袼?，在用紫外線燈進(jìn)行消毒滅菌時(shí)不要將皮膚暴露在燈光下。

紫外線指數(shù)用0—15來(lái)表示，是指一天內(nèi)太陽(yáng)在天空中位置最高時(shí)（一般為中午前后），到達(dá)地面的太陽(yáng)光線中的紫外線輻射對(duì)人體皮膚可能傷害的程度。通常規(guī)定夜間為0，熱帶、高原地區(qū)，晴天無(wú)云時(shí)為15。紫外線指數(shù)越大，對(duì)人體損傷程度越大。當(dāng)紫外線達(dá)0—2級(jí)時(shí)對(duì)人體無(wú)太大影響；當(dāng)紫外線為3—9級(jí)時(shí)，外出時(shí)必須注意防護(hù)，以避免皮膚受到太陽(yáng)輻射的危害；當(dāng)紫外線指數(shù)大于等于10時(shí)，應(yīng)盡量避免外出，因?yàn)榇藭r(shí)的紫外線輻射極具有傷害性。

近年來(lái)，大量化學(xué)物質(zhì)破壞了大氣層中的臭氧層，破壞了這道保護(hù)人類(lèi)健康的天然屏障。據(jù)國(guó)家氣象中心提供的報(bào)告顯示，1979年以來(lái)我國(guó)大氣臭氧層總量逐年減少，在20年間臭氧層減少了14%。而臭氧層每遞減1%，皮膚癌的發(fā)病率就會(huì)上升3%。最近，北京市氣象局發(fā)布了北京市的紫外線指數(shù)，以幫助人們適當(dāng)預(yù)防紫外線輻射。