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遠(yuǎn)紅外線波長范圍檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-25 17:10:15 更新時(shí)間：2025-07-24 17:10:15

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

遠(yuǎn)紅外線波長范圍檢測

遠(yuǎn)紅外線（FIR）通常指波長范圍在3微米（μm）至1000微米（1毫米）之間的電磁輻射，位于中紅外線與微波之間。其最顯著的特性是能夠被許多有機(jī)物（尤其是水分子）高效吸收并轉(zhuǎn)化為熱，產(chǎn)生溫和的加熱效應(yīng)（即熱效應(yīng)）。這一特性使得遠(yuǎn)紅外技術(shù)在醫(yī)療保健（如理療設(shè)備）、材料加工（如加熱干燥、固化）、紡織（功能性保暖面料）、建筑（節(jié)能采暖）、軍事（夜視、隱身）以及食品加工等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛且重要的應(yīng)用價(jià)值。準(zhǔn)確檢測和界定材料或器件發(fā)射或透射的遠(yuǎn)紅外線的具體波長分布范圍及其強(qiáng)度，是評估其性能、確保應(yīng)用效果和符合相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

檢測項(xiàng)目

針對遠(yuǎn)紅外線波長范圍的檢測，核心項(xiàng)目包括：

發(fā)射光譜檢測： 測量特定材料或器件（如發(fā)熱體、陶瓷板、織物）在特定溫度下發(fā)射的遠(yuǎn)紅外輻射的強(qiáng)度隨波長的分布曲線。這是最核心的項(xiàng)目，直接反映其遠(yuǎn)紅外特性。
峰值波長檢測： 確定發(fā)射光譜中輻射強(qiáng)度最高的波長點(diǎn)。
主發(fā)射帶寬檢測： 確定輻射強(qiáng)度高于某一特定閾值（如峰值強(qiáng)度的50%）的波長范圍。
遠(yuǎn)紅外輻射通量/功率密度： 測量在特定波長范圍內(nèi)（如4-14μm或8-14μm，常被認(rèn)為是“生命光線”窗口）的總輻射能量或單位面積的輻射功率。
法向發(fā)射率： 在遠(yuǎn)紅外特定波段內(nèi)，材料表面發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的能力相對于理想黑體的比值。
透射光譜檢測： 測量材料（如眼鏡片、保護(hù)膜、織物）對遠(yuǎn)紅外線的透射能力隨波長的變化。

檢測儀器

遠(yuǎn)紅外波長范圍的精確測量依賴于專用的光譜分析設(shè)備：

傅里葉變換紅外光譜儀： 這是最常用且精度最高的儀器。核心部件包括紅外光源（如黑體輻射源）、邁克爾遜干涉儀、樣品倉和遠(yuǎn)紅外探測器（如DTGS探測器、液氦冷卻的硅/鍺測輻射熱計(jì)或MCT探測器）。FTIR通過干涉圖傅里葉變換得到高分辨率的光譜。
光柵光譜儀（遠(yuǎn)紅外波段）： 使用特殊的光柵（如echelette光柵）和探測器在遠(yuǎn)紅外區(qū)域進(jìn)行色散分光測量。
專用遠(yuǎn)紅外輻射計(jì)/功率計(jì)： 配備特定波長范圍帶通濾波器的探測器，用于測量該波段內(nèi)的總輻射通量或功率密度。
發(fā)射率測量裝置： 通常包含一個(gè)精確控溫的標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射源、樣品加熱裝置、反射鏡系統(tǒng)和FTIR或輻射計(jì)，通過比較樣品和黑體的輻射來測定發(fā)射率。
高性能紅外熱像儀（特定型號）： 部分高端熱像儀可在較寬的遠(yuǎn)紅外波段工作，雖然光譜分辨率有限，但能提供空間分布信息。

檢測方法

主要檢測方法根據(jù)項(xiàng)目需求選擇：

傅里葉變換紅外光譜法（FTIRS）：
- 發(fā)射光譜法： 將被測樣品加熱至工作溫度，直接置于FTIR樣品倉的發(fā)射附件中，測量其自身發(fā)射的光譜。需注意環(huán)境輻射的屏蔽和扣除。
- 透射光譜法： 將樣品置于光源和探測器之間的光路上，測量透過樣品的光強(qiáng)與參考光強(qiáng)的比值，得到透射率光譜。
- 反射光譜法： 使用特定附件測量樣品對遠(yuǎn)紅外的反射率，進(jìn)而可計(jì)算發(fā)射率（ε = 1 - ρ，對于不透明材料）或吸收率。
輻射度學(xué)法（輻射計(jì)法）： 使用帶通濾光片限定測量波段，直接測量樣品在特定遠(yuǎn)紅外波段的總輻射功率（或功率密度），并與已知溫度的標(biāo)準(zhǔn)黑體源比較。
比較法（發(fā)射率測量）： 在相同溫度、相同測量條件下，同步或交替測量被測樣品和一個(gè)發(fā)射率已知（通常接近1）的高發(fā)射率參考源（或理想黑體）的輻射信號，通過比值計(jì)算出樣品的法向光譜發(fā)射率或波段發(fā)射率。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

遠(yuǎn)紅外檢測需遵循相關(guān)國際、國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果的可比性和權(quán)威性：

ASTM E423 - 71(2020)： 《Standard Practice for Measuring Solar-Optical Properties of Materials Using a Large Diameter Integrating Sphere》 - 雖然側(cè)重太陽光學(xué)，但其原理和方法（如積分球法）也適用于紅外發(fā)射率測量。
ASTM E1933 - 14(2020)： 《Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Emissivity Using Infrared Imaging Radiometers》 - 涉及使用紅外熱像儀測量發(fā)射率的方法。
ISO 18434-1： 《Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography — Part 1: General procedures》 - 包含紅外熱成像的一般程序，涉及輻射測量基礎(chǔ)。
GB/T 7287-2008： 《紅外輻射加熱器試驗(yàn)方法》 (Test methods for infrared radiation heaters) - 中國國家標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了紅外加熱器（包括遠(yuǎn)紅外）性能的測試方法，如輻射能流密度、輻射效率、法向全發(fā)射率等。
GB/T 3139-2005： 《纖維遠(yuǎn)紅外發(fā)射率試驗(yàn)方法》 (Test method for far infrared emissivity of fiber) - 中國國家標(biāo)準(zhǔn)，專門針對紡織品和纖維材料遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的檢測。
JIS R 1801： 《Methods of measuring spectral emissivity of ceramic radiating materials for far infra-red heaters》 - 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，針對遠(yuǎn)紅外加熱器用陶瓷輻射材料的光譜發(fā)射率測量方法。
相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)： 特定領(lǐng)域的遠(yuǎn)紅外產(chǎn)品（如理療設(shè)備、加熱元件、紡織品）有其特定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中會(huì)規(guī)定相關(guān)的遠(yuǎn)紅外性能要求和測試方法。

進(jìn)行檢測時(shí)，還需嚴(yán)格遵循設(shè)備操作規(guī)程，控制環(huán)境溫度、濕度、背景輻射干擾，定期校準(zhǔn)儀器（特別是使用標(biāo)準(zhǔn)黑體源校準(zhǔn)光譜儀和輻射計(jì)），并確保樣品的處理、安裝和溫度控制符合標(biāo)準(zhǔn)要求。