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成都視頻監(jiān)控的發(fā)展方向在于室外,室外監(jiān)控的發(fā)展方向在于夜視,夜視的發(fā)展方向在于紅外技術(shù),這個(gè)趨勢越來越明顯。
紅外燈原理特性
光是一種電磁波,它的波長區(qū)間從幾個(gè)納米(1nm=10-9m)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,可見光的波長范圍為380nm~780nm,可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光,波長比紫光短的稱為紫外光,波長比紅外光長的稱為紅外光。
普通CCD黑白攝像機(jī)可以感受光的光譜特性,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,因此不能用于夜視。
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)射二級(jí)管)紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性我們介紹如下:
1.紅外發(fā)射二極管(LED)紅外燈的原理及特性
由紅外發(fā)光二級(jí)管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二級(jí)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830~950nm,半峰帶寬約40nm左右,它是窄帶分布,為普通CCD黑白攝像機(jī)可感受的范圍。其最大的長處是可以完全無紅暴,(采用940~950nm波長紅外管)或僅有微弱紅暴(紅暴為有可見紅光)和壽命長。
紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。一般來說,其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。紅外二極管電流過小,將影響其輻射功率的發(fā)揮,但工作電流過大將影響其壽命,甚至使紅外二極管燒毀。
當(dāng)電壓越過正向閾值電壓(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。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高)會(huì)使其輻射功率下降。紅外燈特殊是遠(yuǎn)距離紅外燈,熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注重的問題。
紅外二極管的最大輻射強(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。分歧封裝工藝型號(hào)的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所分歧。
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加熱燈絲來維持它的溫度,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。
輻射體在分歧加熱溫度時(shí),輻射的峰值波長是分歧的,其光譜能量分布也是分歧的。
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5000小時(shí)、輻射角度60~80度。
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,因此可用于遠(yuǎn)距離紅外燈,這是它最大的長處。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,假如天天工作10小時(shí),5000小時(shí)只能使用一年多,考慮散熱不夠,壽命還要短。而對于客戶來講,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。波長愈長,紅暴愈小,甚至可達(dá)到全無紅暴,但是,紅外光的效率愈低,紅外燈發(fā)熱就愈高。紅外玻璃的波長可根據(jù)用戶對紅暴要求高低加以選擇,一般而言,相同有效輻照距離時(shí),對紅暴要求愈高,造價(jià)愈高。紅外玻璃經(jīng)過鋼化,可以耐受急冷急熱的變化,在內(nèi)部紅外燈泡由于可見光濾除的部分,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瞬時(shí)功達(dá)到1470W,這一瞬間燈絲負(fù)荷過載達(dá)幾十倍,這對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。此外,還增加了延時(shí)開關(guān)電路以防環(huán)境的光干擾。