Infrarød stråling

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Infrarød stråling , også kaldet IR-stråling , infrarød , sjældent ultraret stråling , er i fysikkenelektromagnetisk stråling i spektralområdet mellem synligt lys og terahertz-strålingen med længere bølge. Dette betyder normalt lys (i bredere forstand) med en bølgelængde mellem 780 nm og 1 mm. Dette svarer til et frekvensområde fra 300 GHz til 400 THz eller et bølgetalområde fra 10 cm −1 til 12.800 cm −1 .

Et træ foran Lehmbruck -museet i Duisburg
Duisburg Lehmbruck IR normal.JPG
Optagelse af det synlige spektrale område
Duisburg Lehmbruck IR IR.JPG
Fotograferet ved hjælp af et IR-transmissionsfilter, kun infrarødt i området 700-1.000 nm optages (emne uden en person)


Et infrarødt fotografi (MIR, omkring 10 µm) af en lille hund ( falsk farvedisplay)

Klassificering af spektralområdet

En klassificering af det infrarøde spektralområde er baseret på de typer af molekylære vibrationer, der påvirker applikationerne. Betingelserne og grænserne er ikke klart defineret som i det synlige område og bestemmes delvist af applikationer eller særlige fysiske fænomener, hvorfor der er flere forskellige definitioner. International Commission on Illumination (CIE) og DIN [1] foreslår opdeling i tre bånd: IR-A, IR-B og IR-C. Definitionen med betegnelserne NIR, MIR og FIR følger ISO 20473. [2]

Klassificering af infrarød stråling i henhold til DIN 5031 [1]
betegnelse Forkortelser bølgelængde
i μm
temperatur
til Wien i K
Anvendelsesområder / bemærkninger
nær infrarød NIR IR-A 0,78 ... 1,4 0 3700 ... 970
  • Kortbølge del af NIR-området, 780 nm grænse på grund af den menneskelige sans for øje tilpasset solspektret .
  • Fotografisk infrarød (ColorInfraRed, CIR) er 0,7 til 1,0 µm: fotografisk film kan registrere dette bølgeområde.
IR-B 1.4 ... 3.0
  • langbølgedel af NIR -området
  • begrænsningen skyldes vandabsorptionen ved 1450 nm.
mellem infrarød TIL MIG IR-C 0 3… 50 970… 60 0
  • Område af termisk stråling ved terrestriske temperaturer
langt infrarød FIR 00 50… 1000 60… 3 0
  • Atmosfæren absorberer stærkt her, ved grænsen til mikrobølgeområdet er den kosmiske 3-Kelvin- stråling bare synlig.

Derudover er andre bestemmelser også almindelige, for eksempel en underopdeling, der ofte bruges i den angloamerikanske region, og som anvendes i specifikationen af ​​jordforskningskameraer:

  • nær infrarød (engelsk: nær infrarød, NIR) er kortbølget IR-stråling, der direkte forbindes til det synlige (røde) område på 780 nm til 1400 nm.
  • Kortbølge infrarød (engelsk: kort bølgelængde , SWIR) 1,4 til 3,0 µm
  • medium infrarød (engelsk: mid bølgelængde, MWIR) med bølgelængder fra 3,0 um til 8 um.
  • langbølgelængde infrarød (LWIR) 8 til 15 µm
  • langt infrarød (engelsk: langt infrarød, FIR) langbølget IR-stråling på fra 15 mikron til 1 mm og strækker sig ind i området med terahertz-strålingen .

historie

IR-strålingen blev opdaget omkring 1800 af den tysk-britiske astronom , tekniker og musiker Friedrich Wilhelm Herschel, mens han forsøgte at måle temperaturen i de forskellige sollysfarver. For at gøre dette lod han sollys falde gennem et prisme og placerede et termometer i de enkelte farveområder. Han bemærkede, at ud over den røde ende af det synlige spektrum viste termometeret den højeste temperatur. Fra den observerede temperaturstigning konkluderede han, at solspektret fortsætter inden for frekvensområdet, der er under ( latin: infra ) [3] det for rødt lys.

svulme

Infrarød lampe til medicinske formål

Da de menneskelige termoreceptorer reagerer på en del af det infrarøde spektrum, sidestilles infrarød stråling ofte med termisk stråling . Det er korrekt: mikrobølger, synligt lys og hele det elektromagnetiske spektralområde bidrager til stigningen i temperaturen uanset opfattelse. Bredbånds -IR -kilder ( f.eks. Glødelamper og strålevarmere ) er også termiske emittere. Forskellige infrarøde emittere er blevet udviklet til specielle applikationer, f.eks. Globar og Nernst pen .

bevis

Termiske detektorer ( termoelementer eller bolometre ) er egnede til at detektere IR -stråling af alle bølgelængder. I kortbølgeområdet bruges halvlederbaserede detektorer (med en intern fotoelektrisk effekt ), selvom digitale kameraer også er egnede, hvis deres IR-skærfilter ikke er for stærkt. Særlige fotografiske film er også velegnede til optagelse af IR -billeder i det nærmeste infrarøde område, og afkølede halvlederdetektorer, pyroelektriske sensorer (PIR -sensorer) eller termopiler bruges til længere bølgelængder (medium infrarød).

Ansøgninger

varmeapparat

Strålevarme er en vigtig anvendelse. Hver radiator udsender også infrarød stråling, især ved temperaturer langt over 100 ° C. De fleste af disse skyldes hovedsageligt frigivelse af varme til luften; komforten stiger imidlertid på grund af andelen af stråling. Komplet husvarme [4] eller overgangsvarme i badeværelset implementeres ved hjælp af infrarøde paneler; rumstationen Mir har været opvarmet på denne måde siden 1986.

Kemisk analyse og procesteknik

Transmission infrarødt spektrum af en styren-acrylonitril-copolymer (SAN)

Infrarød stråling stimulerer molekyler til at svinge og rotere. Infrarød spektroskopi er en fysisk-kemisk analysemetode. Absorption af infrarødt lys med definerede bølgelængder bruges til at bestemme strukturen af ​​ukendte stoffer. Renheden af ​​kendte stoffer kan bestemmes ved kvantitativ bestemmelse. Infrarød spektroskopi bruges til at identificere og adskille plast i affaldsseparation .

Molekylvibrationernes absorptionscentre er direkte forbundet med materialernes brydningsindeks og dermed deres refleksionsadfærd . I det infrarøde område bruges dette blandt andet i infrarød reflektografi.

Kunsthistorie

Infrarød reflektografi er en undersøgelsesmetode, der hovedsageligt anvendes i kunststudier , hvormed tegningselementer lavet af mere reflekterende materialer kan gøres synlige gennem de forskellige refleksionsegenskaber af farvestofferne, der påføres en billedbærer . Med denne berøringsfrie og ikke-destruktive teknik er det muligt at trænge ind i det øverste lag af maling på et maleri og dokumentere den ellers usynlige signatur .

astronomi

Andromeda -stjernetågen i infrarødt lys ved 24 μm

I infrarød astronomi observerer man "kølige" objekter (koldere end 1100 K), som næppe kan ses i andre spektrale områder eller objekter, der er i eller bag en interstellar sky . Derudover hjælper IR -spektroskopien med analysen af ​​de sete objekter. Som i kemi detekteres bånd af visse stoffer ved hjælp af infrarød spektroskopi, for eksempel metangassenexoplaneten nær den faste stjerne HD 189733 .

Elektronik og computerteknologi

USB infrarød port til pc
Infrarøde sensorer på en iPhone 3GS, der bruges som nærhedssensorer

Infrarøde fjernbetjeninger , optokoblere og de fleste lysbarrierer arbejder i det nære infrarøde ved 880 til 950 nm bølgelængde, eftersom det er her silicium fotodioder og fototransistorer har deres højeste følsomhed. Infrarøde grænsefladercomputere fungerer også i dette bølgelængdeområde og muliggør trådløs kommunikation med perifere enheder. Den optiske datatransmission gennem atmosfæren ved hjælp af en IR -laser er kendetegnet ved den optiske frirumstransmission.

En af de første virksomheder, der kombinerede infrarød teknologi med IT, var Hewlett-Packard . I 1979 blev en IR -grænseflade integreret i en lommeregner for første gang for at etablere forbindelse til en printer . I 1990 blev en IR -grænseflade integreret i en personlig computer for første gang. Denne grænseflade blev en standard. Fordi det fungerede serielt, blev det kaldt Serial Infrared eller SIR for kort. Af hastighedshensyn er denne standard nu blevet erstattet af den nedadgående kompatible Fast-IR, som understøtter alle desktop-bundkort i personlige computere bygget omkring 2002 eller senere. PDA'er og notebooks (bygget omkring 2006) har en sådan infrarød enhed indbygget, som nogle mobiltelefoner gør. De infrarøde grænseflader erstattes i stigende grad af Bluetooth .

I telekommunikation foretrækkes IR-A i optiske bølgeledere på grund af dets lave absorption og dispersion . Standardbølgelængden er 1550 nm.

Bevægelsesdetektering af en infrarød strålekilde kan foregå ved hjælp af termiske billedsensorer. Dette bruges f.eks. Til at styre Wii -spilkonsollen fra Nintendo. [5]

Projektet med en lysstråletelefon baseret på infrarød kunne ikke sejre.

vegetation

I nærinfrarød har den grønne vegetation en reflektion omkring seks gange højere end i det synlige spektralområde, da frisk bladvæv har en god refleksivitet og de resterende bølgelængder absorberes af klorofyl og de ledsagende carotenoider . Denne effekt bruges til at identificere vegetationsområder. Der tages to billeder af en scene, et i det synlige, det andet i det nær infrarøde område. Multispektrale kameraer bruges ofte. Ved at dele begge billeder bliver vegetationen klart synlig og kan let skelnes.

Vegetationen, der genkendes på denne måde, måles af et køretøj eller et fly. Den komparative måling af indendørs vegetation observerer en plante over en længere periode. Målingen af ​​vegetationen fra køretøjer giver en erklæring om de lokalt fremherskende forhold. Bestemmelsen af ​​vegetationsarealet i forhold til det samlede areal taget fra luften er et almindeligt tilfælde, og vegetationsmængden inden for et foruddefineret rum bestemmes. Denne volumenmåling af vegetation er vigtig for motorvejs- og vejvedligeholdelsesvirksomheder samt operatører af jernbanenet. Vegetation, der stikker ud i køretøjernes frigangsprofil, genkendes automatisk, og beskæringen kan påbegyndes.

Ved hjælp af den spektrale refleksion, især i nær til fjern infrarød af grøn vegetation, differentieres vegetationstyper, og vegetationens respektive sundhedstilstand genkendes. Plantenes sundhedstilstand afhænger primært af deres vandforsyning. Tørken måles, og svampe- og insektangreb kan ses.

fotografering

Infrarød fotografering

Infrarødt billede på Kodak HIE -film (Botanisk Have, Bern)

Ved analog fotografering kan sensibiliserede, såkaldte infrarøde film bruges i det nærmeste infrarøde område op til 820 nm. Det synlige lys er helt eller for det meste slukket ( rødt filter ) ved hjælp af filtre foran. Det typiske resultat er Wood -effekten : en mørk himmel og lyse dele af planter, der indeholder klorofyl (blade, græs). Infrarøde kameraer kan bedre trænge ind i lys dis og tåge på grund af den lavere spredning på grund af den større bølgelængde.

IR -optagelser bruges af militæret i luftfotografering til spionage og militær (luft og terræn) rekognoscering, i astronomi og i førerassistentsystemer .

Der bruges også farvefilm med " falsk farvegengivelse ". Disse falske farvefilm skildrer forskellige infrarøde bølgelængder som synlige farver, der kan skelnes. Sådanne materialer bruges til luftfotografering, for eksempel til kortlægning af skovskader og i luftarkæologi og til undersøgelse af malerier og farvede overflader.

Afstandsmåling

Canon AF35M med autofokus via infrarød afstandsmåling (1979)

Afstandsmåling ved hjælp af infrarød transporttidsmetode-Den tid, der dækkes af lyset fra den indbyggede infrarøde sender, evalueres i modtagersensoren og overføres automatisk til linsen og om nødvendigt til den indbyggede flashenhed. Nogle versioner fungerer delvist i det synlige lysspektrum og tillader brug af optiske autofokussystemer under dårlige lysforhold.

medicin

Varmelamper udstråler i infrarød og har været i brug til medicinske formål i lang tid.

Termisk stråling fra strålevarmere, såsom keramiske infrarøde radiatorer med langbølget IR-stråling eller røde lyslamper, der primært udsender nær infrarød, bruges til lokal behandling af betændelser (f.eks. I paranasale bihuler). Infrarøde varmekabiner bruges til helkropsbehandling. Infrarød stråling bruges ofte i medicin i form af lasere . Anvendelsesområderne omfatter især hud , oftalmologi og tandlæge ( måling , sclerosering , skæring , koagulation , lysterapi ). Derudover bruges infrarød til at søge efter de (varmere) faktiske fokuspunkter for betændelse for at kunne behandle dem mere effektivt. Termografi bruges til at finde lokale kilder til betændelse.

Nær infrarød trænger dybt ind i og under huden, mens især MIR allerede absorberes på overfladen af ​​huden og hornhinden i øjet. Højintensitet nær infrarød (laserstråling) er derfor særlig farlig for øjnene og huden, da den når nethinden ubemærket i øjet, er fokuseret der og kan forårsage skade. I kroppen absorberes det i områder, hvor der ikke er temperatursensorer og kan derfor ofte forårsage skade uden at blive bemærket.

Pyrometre bruges til at måle feber , som måler temperaturen i øret ved hjælp af varmestråling i midten af ​​infrarødt. Endelig bruges pulsoximetri til at måle iltmætningen af ​​røde blodlegemer.

Politi og militær

Natvisionsenhed fastgjort til en soldats hjelm

Politiet og militæret bruger bærbare nattesyn og restforstærkere i nærinfrarød, hvis centrale komponent er billedforstærkere , for at kunne genkende objekter, der ellers er usynlige i mørket. Derudover kan infrarød belysning bruges. Helikopterpiloter flyver om natten ved hjælp af nattesynsbriller fastgjort til deres hjelme, hvor der frembringes et monokromt billede af nær-infrarød stråling af objekter på jorden foran hvert øje. Et bevægeligt kamerasystem kan monteres på ydersiden af ​​helikopteren, som leverer videoer eller termiske billeder i det synlige såvel som i midten af ​​infrarød. Disse bruges f.eks. Til søgning efter forsvundne eller flygtende mennesker, selv i mørket. [6]

Mange typer af selvstyrede målsøgende guidede missiler finder deres mål via termisk stråling, som for eksempel udsendes af flymotorer. Til forsvar har nyere kampfly og militærskibe udstyr, der udsender bluss for at aflede disse våben fra målobjektet.

Termografi

Ved hjælp af termografi kan der genereres "termiske billeder", hvortil infrarød stråling af varmen fra objekter bruges. Et velkendt program bygger termografi til kvalitetssikring og visualisering af kuldebroer og varmetab i bygninger. Som et resultat kan termiske isoleringsforanstaltninger derefter bruges målrettet. Brandvæsenet bruger bærbare termiske billedkameraer til at opdage kilder til brand og gløder eller mennesker, der skal reddes i røgfyldt interiør.

Ved diagnosticering og vedligeholdelse af elektriske, elektroniske og mekaniske samlinger, systemer eller maskiner bruges termografi som en supplerende målemetode til forebyggende defekter og detektering af skader. Det betyder, at kritiske tilstande ("hot spots") for maskiner, systemer og installationer kan bestemmes uden kontakt under drift for at træffe foranstaltninger til at begrænse virkningerne på et tidligt stadie og for at undgå fejl og skader.

Termografi bruges til vibrationsanalyse og styrketest. Revner og løse forbindelser afsløres af deres varmeudvikling. Med infrarøde pyrometre måles og kontrolleres procestemperaturer og temperaturer for komponenter og kølelegemer uden kontakt.

Materialebehandling

Mange termiske processer i industrien udføres ved hjælp af infrarød stråling. Udover at blive brugt til tørring, kan materialer hærdes, plast kan blødgøres og deformeres. Materialer svejses, mærkes og skæres med infrarøde lasere , og metaller hærdes også. Materialebaner tørres med infrarøde varmeapparater, der opvarmes med gas eller elektrisk. Sådanne yderligere enheder er tilgængelige, f.eks. På papirmaskiner.

Sikkerhedsdokumenter

Sedler: synlige til venstre, infrarød belyst til højre og fotograferet gennem et nattesyn

Infrarødfølsomme sikkerhedsfunktioner i pas og sedler kontrolleres med infrarøde emittere. I tilfælde af eurosedler kan f.eks. Infrarød absorption af visse materialer ved definerede bølgelængder kontrolleres ud over andre funktioner. På den anden side er den infrarøde fluorescens af methylenblåt i det britiske pas en funktion, der bruges til test af udstyr.

gastronomi

Infrarød stråling bruges også i gastronomi. De findes ofte i form af strålevarmere og terrassevarmere til udendørs og rygeområder. De bruges også til kulinarisk nydelse i form af infrarøde grill (som en stor gastro -grill eller lille bordgrill). Sammenlignet med klassiske træ-, el- eller gasgrill har de fordelen ved strålevarme, at intet fedt rammer varmeelementerne, da radiatorerne er fastgjort over maden, der skal grilles. Dette forhindrer også røgudvikling. [7]

litteratur

Weblinks

Commons : Infrarød stråling - Samling af billeder, videoer og lydfiler
Wiktionary: Infrarød stråling - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

  1. a b strålingsfysik i det optiske felt og belysningsteknologi; Betegnelse af bølgelængdeområderne . I: German Institute for Standardization (red.): DIN . 5031 del 7, januar 1984.
  2. ISO 20473: 2007 Optik og fotonik - spektrale bånd. International Organization for Standardization (ISO), åbnet 11. januar 2019 .
  3. Navigium: Latin-tysk ordbog
  4. ^ Peter Kosack (TU Kaiserslautern): Rapport om forskningsprojektet "Eksemplarisk sammenlignende måling mellem infrarød strålevarme og gasvarme i gamle bygninger" , oktober 2009.
  5. AT-Mega Project: På sporet af hotspots med det infrarøde kamera. I: ComputerClub². 18. september 2008, adgang til 16. december 2009 (tv -udsendelse; afsnit 23).
  6. FLIR -politihelikopteren i detaljer . vol.at, åbnet den 22. juni 2016 (videoeksempel).
  7. Forskelle mellem IR og klassisk grill. Hentet 21. januar 2018 .