红外夜视装备，红外探测器及红外夜视仪的介绍

三、红外夜视装备

红外夜视装备是用于夜间观察或识别目标的红外成像器材。按工作方式可分为主动红外夜视装备和被动红外夜视装备两大类。其中被动红外夜视装备又分为红外电视和热像仪等。

（一）红外探测器

红外探测器是指将红外辐射能转换为电能或其他便于测量的物理量的器件。

红外探测器在一定意义上代表着夜视技术发展水平，把它做夜视设备的心脏，也是因为它在整机系统中起着关键部件的作用。红外探测器质量的优劣，一般说来可以代表整机性能的好坏。这里重点地介绍一下红外探测器的分类及一般概念。

红外探测器大致可分为两大类：一类是热探测器，另一类是光电探测器。

1.热探测器：通过吸波材料的温度变化来测量红外辐射的探测器，称为红外热探测器。它的输出形式可以是热电动势（如热电偶探测器），也可是电阻的变化（如热敏电阻探测器），或者是由于气体膨胀引起压力变化产生膜片运动（如气动探测器），还可以是影响一个附属光电管使照度发生变化（如高莱管），以及使某种晶体的电极化发生变化（例如释电探测器）等。

热探测器又可以分为三类：辐射热电偶和热电堆，气动探测器，测辐射热探测器。

热电偶是利用材料的温弃电现象可以测量物体辐射热的原理而制成的探测装置。这是一种古老的红外探测器，它具有寿命长、稳定可靠、无活动部件等优点。因此，至今仍广泛沿用。

为了提高探测器的灵敏度，把数个热电偶串联起来便成了热电堆。这也是一种早期发展的探测器。它的理论完整，技术成熟，在红外技术发展史上曾经建立过不可磨灭的“功勋”。它除了具有热电偶的优点之外，还有灵敏度高、灵敏度随温度变化小的突出特点。

气动探测器和膜盒式传感器非常相似。它是一个充满气体的密封容器，容器的一面是吸收膜，另一面是一个弹性薄膜中间的气功和一个细小的通道相连，当红外线入射到吸收膜上时，吸收膜吸收了红外线的能量，并立即传递给容器中气动室内的气体，使气体的温度升高，气体的压力增大，通过细细的通道去推动弹性薄膜，使它产生位移。末端用光学方法来测定这一位移的，称作高莱管探测器；用电学方法测定这一位移的，即所谓微量电容探测（使弹性薄膜成为电容器的一个电极）。

测辐射热探测器是一种依靠吸收入射的红外辐射而升温，又由于升温而引起材料物理性质（电阻、电容或极化等）发生变化并给出电信号的探测，统称为测辐射热探测器，简称测辐射热器。它又分为：金属薄膜测辐射热器、热敏电阻测辐射热器和介质测辐射热器。

2.光电探测器：是指用半导体材料制成的探测器件。当光子入射到半导体表面时，使半导体材料的电导发生变化，这种现象称作光电导效应。如果光照射到有势垒存在的地方，就会在势垒的两边出现附加热垒差，这种现象被称作光生伏特效应，又称光电磁效应。当光照射到半导体表面时，在表面产生的载流子就向材料内部扩散，载流子横向磁场的驱使下会发生偏转，并在垂直磁场及扩散电流的方向建立电位差，这就是光电磁效应。目前，由于热电探测器的灵敏度受到了限制，因此，几乎所有的优良探测器都是利用上述光电效应制成，常见的红外光电探测器有：硫化铅（PbS）类；锑化甸（InSb）OD；碲镉汞（HgCdTe）类；碲锡铅（PbSnTe）类；其他掺杂型探测器。

上述的各类光电探测器又都有单元器件和多元阵列器件之分。多元器件的出现，对红外系统有较大影响。

热探测器和光电探测器各有各的优缺点。因而至今热探测器还没有完全被取代。

我们每个人的眼睛就是一个敏感可见光的非常良好的探测器，再加上视网膜成像，神经系统的传输、放大，大脑记忆（记录），这就构成了一个完整的光学系统。多年来，不少科学家都曾试图模仿人眼的结构来制造红外整机，一种用电荷量来表示红外信息的器件——红外电荷耦合器（CCD）研制成功了。它既可以对红外辐射进行探测，又可以对获得的红外信息进行移位，还可以输出给显示器进行显示。它是一种多功能、多元面阵列式的红外系统，已经在某些方面初步具备了近似人眼的功能，但在体积和重量方面与人眼相比还是过分庞大。它的出现是红外多元器件发展中革命性的一步。

（二）红外夜视仪

从第二次世界大战期间德国首先研制成功并使用步枪红外瞄准具以来，夜视技术已经广泛地应用于军事领域。这里重点介绍主动式红外夜视仪和被动式夜视装备中的红外热成像仪。

1.主动式红外夜视仪：是用近红外光束照射目标，并将目标反射红外图像转换成为可见光图像，以进行夜间观察的仪器。主动式红外夜视仪由照明设备和接收设备两部分组成。“照明”设备就是红外照射器，主要用于向目标发射红外光；“接收”设备是红外探测器，用于接收从目标反射回来的红外光。

一般的携带式主红外夜视仪，可以识别150m远的人。它的优点是使用近红外频段，造价较低；不需要制冷，常温下工作。缺点是保密性差；红外照明在大气中传输，造成双程损耗，效率低；对于目标和背景的反射特性要求高。主动红外夜视仪在第二次世界大战中研制成功，现在你大量使用。

20世纪70年代，我国先后研制成功82mm无坐力炮红外瞄准镜、坦克炮长夜间瞄准镜、车长昼夜观察镜和重机枪红外瞄准镜等10多种主动红外夜视仪，并陆续装备部队。

2.热像仪：是利用目标或物体表面的红外辐射来获得它们的“热象”，并摄取其热图像的装备。它完全是靠目标和背景的温差——红外辐射的不同而工作的。

大家知识，各种物体和生物的温度是不同的。如人体是37℃，开动着的坦克发动机有几百度，而周围的环境温度一般在25℃左右……由于温度不同，它们所辐射的红外线也就不同，这样就可以探测到目标的特性，并把它从周围的背景中区分开来。

这类夜视仪的优点是被式工作，隐蔽性好，不易被发现和干扰。但也存在着结构较复杂，需要制冷，造价高等缺点。

手提式热像仪多数是供单兵、侦察分队在作战前沿阵地侦察或边防警戒使用。这是一种近距热像仪，观察距离多在1 000m以内；工作频段在3～5μm（微米）；可观察到1 000m元的人，180m远的装甲运送车；体积仅相当于一个盒式录音机的大小。

固定式观察仪对重量要求不甚严格，但要求观察距离较远。多供炮手观察使用。红外前视系统是一种安装在飞机或坦克前面的热像成像系统，使这些武器装备系统就像长了一个红外的“眼睛”，大大提高了夜视或雾天情况下的搜索、观察和监视的能力。近年来，前视红外装置已发展成把成像和跟踪系统结合起来的自动火控系统。

20世纪80年代后期，我国已研制成功坦克、反坦克导弹和直升机等通用的红外热像仪样机，在红外前视系统研制中也取得了重大突破。