红外线

红外线（英语：infrared ray，简称IR）是一种介于微波和可见光之间光谱带的电磁波。其波长范围大约在750nm（也有说法为760nm）~1mm，频率在430THz~300GHz，人的肉眼看不见。红外线由英国科学家威廉·赫歇尔威廉·赫歇尔（Frederick William Herschel）于1800年在实验中偶然发现。

红外线的发现可以追溯到19世纪初期，由英国科学家威廉·赫歇尔（Frederick William Herschel）在实验中偶然发现。当时他使用一个玻璃棱镜将太阳光分成各种不同颜色的光，并测定了不同色区的温度。然后他将温度计向光区的外侧移动，发现在红光区外温度计的温升很大。通过对温度计的影响，发现红外辐射是光谱中能量低于红光的一种看不见的辐射。后来，科学界把这种看不见的辐射命名为红外线，赫歇尔也因此在史册上留名。

任何物体只要其温度在热力学温度零度（-273.15℃）之上，就会向周围环境不断地发出红外线辐射，且温度越高，辐射出来的红外线就越多，辐射的能量就越强。

红外线风光照片

自然界有无数的红外线放射源：宇宙星体、太阳、地球上的海洋、山岭、岩石、土壤、森林、城市、乡村、以及人类生产制造出来的各种物品。在工农业生产、科学研究和医学领域中使用特殊用途的照明器具或者高温操作过程中都会产生较强的红外辐射。工业生产中的黑体性辐射源（如电阻丝加热的球形、柱形和锥形腔体）、燃烧炉、熔融的金属和玻璃、烘烤和加热设备以及产生弧光的加工过程等。

熔化的液态金属

①物理学分类：

长波红外线：波长3.0~1000μm，能被皮肤吸收，只产生热的感觉；

中波红外线：波长1.4~3.0μm，能被角膜及皮肤吸收；

短波红外线：波长0.7~1.4μm，可被组织吸收引起灼伤。

②医学和生物学分类：

远红外线：波长30~1000μm；

中红外线：波长3.0~30μm；

近红外线：波长0.7~3.0μm。

③国际照明协会（CIE）按照生物组织对红外线的吸收特性及产生的生物效应分类：

红外线C段（IRC）：波长3.0~1000μm；

红外线B段（IRB）：波长1.4~3.0μm；

红外线A段（IRA）：波长0.7~1.4μm。

红外线对比其它频谱的电磁波，具有以下4种物理特性：

• 红外辐射的光量子能量比可见光的小；

• 红外线的热效应比可见光要强；

• 红外线照射物质表面会被反射和吸收；

• 短波红外线对物质的穿透能力强。

红外线辐射到物体上，物体吸收后会将辐射能传递给物体内的原子、分子等粒子，使这些粒子发生不规则运动，引起物体的温度升高，称远红外线的一次效应（增温效应）。

红外线对皮肤的穿透力超过紫外线，近红外线穿入人体组织较深，约5~10mm，能直接作用到皮肤的血管、淋巴管、神经末稍及其它皮下组织；远红外线绝大多数被反射或浅表组织吸收，远红外线对细胞膜有共振作用，可以促进细胞膜代谢。

红外线的生物效应：红外线对人体的穿透作用会使皮肤表面温度升高，促进血液循环，加速细胞代谢。产生第一次效应的同时，物体也会发生其它的化学、物理变化，称为物体吸收远红外线辐射后产生的二次效应（继发效应）。

通用领域红外线辐射源可区分为四部分：

1. 白炽发光区（Actinic range）：由白炽物体产生的射线，自可见光域到红外域。如灯泡（白炽灯便是以此命名），太阳。一只点亮的白炽灯的灯丝温度会高达3000℃。

2. 热体辐射区（Hot-object range）：由非白炽物体产生的热射线，如电熨斗及其它的电热器等，平均温度约在400℃左右。

3. 发热传导区（Calorific range）：由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200℃，此区域又称为“非光化反应区”。

4. 温体辐射区（Warm range）：由人体、动物或地热等所产生的热射线，平均温度约为40℃左右。

在通信领域，常用的红外辐射源有三种：

1. 热辐射源利用物体加热到一定温度产生红外线，如金属白炽灯、金属化合物白炽灯、硅化物辐射体、煤气灯等；

2. 气体放电源在气体和金属蒸气中放电产生红外线，亦称激发辐射光源。有氦灯、铯灯、锆灯、低压水银灯、氙脉冲闪光灯等；

3. 混合型辐射源指同时利用热辐射和气体放电产生红外线。它包括高压和超高压水银灯、钨水银灯等。

在红外探测领域，通常红外辐射源可以分为两大类：标准辐射源和非标准辐射源。其中标准辐射源可分为黑体辐射源和工程用辐射源（如传统红外光源、红外激光器等）；非标准辐射源可分为环境（如地面、海洋、大气等）和目标（如地物、飞机等）。

红外摄像技术对于监视生产过程中出现的漏泄，尤其是当出现裂缝的器件，温度比周围环境温度高得多时，是一种有效的监测方法。这种技术对于监测造价昂贵的生产设备的运行状况更为有用。许多红外线监测方法，如红外高温测试法、红外温度记录法等都可以使用。这些测试方法，都是依据物体在高温下能够发出电磁辐射的原理实现的。这种电磁辐射的波长和强度，由物体的表面辐射率和表面温度来决定。

利用辐射高温计可以监测辐射表面的温度。辐射高温计利用其电路来输出与被监测温度成比例的毫伏信号。将这些毫伏信号输入微型计算机，进行必要的比较和趋势分析，以便提供有关故障的各种信息。辐射高温计是一种价格昂贵的设备，其输出信号必须由技术熟练的人员进行处理。为了对一些损失可能很大的泄漏点进行监测，可能需要使用很多台辐射高温计。

另一种状态监测方法是利用红外探测器实现的。红外探测器的输出由一个外表显示有不同温度的温度记录器所构成。虽然，目前这种温度记录器主要在实验室内使用，但是，它的应用潜力很大，可以用来对造价昂贵的生产设备进行状态监测。这些红外探测器与微型计算机连接使用，可以对设备故障进行精确定位。

随着对红外线不断的探索和研究、已形成红外线技术专门学科。它的运用已遍及各个领域，包括通讯、军事、医疗、气象、测温和热成像。目前常用的红外应用如下：

利用红外线测温仪和红外线热成像仪可以非接触地、快速地测量物体表面温度，并可以将温度信息转化为可视化的热图。这种技术在很多领域都有应用，例如建筑、电力、制造业等。在建筑中，红外线测温技术可以用于检测建筑物的能量浪费问题，帮助找出房屋保温不良或空气密封不良的问题；在电力行业中，红外线测温技术可以用于检测电力设备的异常温度，从而在设备故障前预警，避免损失；在制造业中，红外线热成像技术可以用于检测产品的缺陷，提高质量控制。

红外热成像

在有些情况下，如远距离或无线传输不现实时，利用红外线进行通信可以是一个好的选择。红外线通信具有高速、低能耗、安全等优点，被广泛用于智能手机、电脑、电视机、车载系统、智能家居等领域。

在军事领域中，红外线技术主要用于目标探测、识别、跟踪、制导和武器瞄准等方面。一些常见的例子包括红外线夜视仪、红外线导弹、红外线侦察和监视系统等。利用红外线技术可以有效地避免暴露位置，避免被敌人发现，提高军事作战效率。红外制导技术已广泛用于空空导弹、反坦克导弹、防空导弹、潜射导弹、制导炸弹、制导火箭等领域，并且随着多模复合制导武器的发展，红外制导技术还与电视、激光、毫米波制导技术相结合，不断拓展应用领域，提高制导武器的作战效能。

红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定，通常治疗均采用对病变部位直接照射。利用红外线技术可以治疗一些疾病，例如红外线治疗仪利用红外线热效应可以用于治疗风湿性关节炎等顽固性疾病。此外，红外线成像技术也可以用于医学图像处理，如近红外线光学成像具有敏感性高的优点，应用非特异性探针即可在较早期阶段发现微小肿瘤，辅助医生诊断疾病。

红外辐射治疗仪

在气象卫星上安装红外遥感装置，能摄制云图，特别是地球背着太阳部分的云图，收集地面温度垂直分布（晴空时测量CO₂的15微米或4.3微米的红外光谱，有云时则改测O₂的5毫米微波辐射）、大气中水汽分布（测H₂O的6.3微米红外光谱）、臭氧含量（测O₃的9.6微米红外光谱）及大气环流等宝贵的气象资料。

红外天文观测是当今实测天文学的重要分支之一,其主要是在红外波段通过观测研究宇宙中各类天体源。此外红外空间望远镜可用于研究晚期恒星、星际介质、银道面、黄道光等的红外谱，能够探测到宇宙大爆炸后几亿年第一个星系的形成机制、恒星诞生处的分子云等。

红外线已经广泛应用于家用电器中，例如遥控器、智能家居、安防等领域。智能家居可以通过红外线通信实现智能家居设备之间的互联，使其更加智能便捷；安防设备也利用红外线热成像技术，增强了安全防护能力。此外，红外线可以作为载波用于测距。红外线还可以用于农产品干燥，可有效避免在物料干燥中产生裂纹，提高干燥品质，保留风味、营养和色泽。

红外线对人体的影响主要靶器官是和皮肤和眼睛。

长期接触红外线可引起白内障、角膜损伤和日光性视网膜脉络膜烧伤，其中最常见到的危害是白内障。

红外线白内障 多见于工龄长的玻璃厂和炼钢厂的工人，以及使用弧光灯、电焊、氧乙炔焊的操作工。最初除自觉视力逐渐减退外无其他主诉。眼部检查，晶状体开始表现为后皮质外层出现边界清晰的混浊区，如小泡状、点状及线状混浊，逐渐发展为边界清晰而不规则的盘状混浊，然后经晶状体的轴线方向深入皮质或发展为板状混浊，与老年白内障相似。一般两眼同时发生，进展缓慢。

红外线视网膜灼伤 又名日食盲，发生于观察日食或航空观察哨直视太阳后，或在高山雪地工作受到强烈阳光的反射引起，受强弧光或高压线短路的闪光照射也可发生。青年人及正视眼多见，而高度近视者少见；且与日食、时间、天气等因素有关。临床表现为注视强光后再看其他物体时，初有后遗像炫耀和云雾暗影，随后出现色幻觉或物体异常。注视处中央部有暗影遮蔽，视物模糊不清。眼部检查，视力一般仅为0.3~0.5，中心暗点很小，眼底轻症者无明显改变，仅黄斑部颜色较暗，重症者黄斑颜色灰白，中心凹反光消失，有时可有小出血点或渗出物，水肿区外周的视网膜颜色较暗。轻症者数周后可恢复视力，重症者视力不易恢复。

角膜损伤 角膜主要吸收中、远红外波段。角膜吸收红外辐射后通过热传导引起眼内温度增高，从而导致角膜热损伤。但由于角膜表面细胞更新很快，故其损伤通常是一过性的。由于强辐射能够引起刺痛感导致眼保护，因此角膜灼伤在实际生活中并不多见。

短时间较大强度的红外线照射，皮肤局部温度会升高，出现红斑反应，停止照射不久红斑即消失。反复照射，可产生褐色大理石样的色素沉着。过量照射，特别是近红外线，可引起局部高温和灼伤，如皮肤血管扩张，出现皮肤红斑反应，有火辣样疼痛感，严重时可出现大小不等的水疤。日常生活中，红外线很少引起灼伤，是因出现痛觉引起正常的回避反应而避免。

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