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松下红外阵列传感器解析: coofish 2016-7-1 13:38; 文章来源：麦姆斯咨询原文链接： http://www.mems.me/mems/infrared_sensor_201606/3262.html 近年来，由于基于 MEMS 的独立式热隔离像素结构采用薄膜红外吸收层，使得非制冷红外传感器取得了显著进展。人们利用红外传感技术开发了许多应用，例如热成像、人体探测以及夜视等。对于红外能量的量化，使用户能够确定目标的温度以及热行为。红外热传感和成像仪实现了被动、非侵入式的物体表面温度测量，并能够绘制其温度分布图谱。随着物体表面温度的升高，其辐射光谱的强度也会相应增强。这使我们可以通过远程测量人体或目标物体发射出的能量来确定其温度。红外探测器主要分为两类——红外光子探测器和红外热探测器。红外光子探测器红外光子探测器利用材料和电子间的相互作用，吸收被测物体表面发出的红外辐射。通过吸收电子产生的电能分布变化，输出红外探测信号。红外光子探测器每个单元对入射辐射能量的吸收具有波长选择性。红外光子探测器具有完美的信噪比和快速响应性能。但是，红外光子探测器的缺点是需要对其进行低温冷却。而冷却要求，是基于半导体光子探测器的红外系统获得广泛应用的主要障碍。因为这使得光子探测器红外系统变得庞大、笨重、昂贵，而且使用不便。红外热探测器一直以来，高成本问题严重限制了消费类市场红外系统的发展。红外热探测器优势包括宽广的波长响应范围、无需冷却、高温稳定性、高信噪比以及较低的成本。红外热探测器主要分为热释电、热电堆和微测辐射热计。（注：本文暂不介绍微测辐射热计，请参考：非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态）红外热释电传感器热释电材料吸收热辐射，在晶体材料间产生静态电压信号。但是，热释电材料在持续的红外辐射下，其输出的静态电压信号会减弱，需要对其进行周期性的刷新。热释电探测器可以实现大规模批量生产。它们凭借防盗系统和自动照明开关等应用，在消费类市场逐渐找到了切入口。热释电探测器也被应用于高性能气体分析、火焰探测器等科学仪器。另一方面，对于静态温度测量应用，热释电探测器仍然相对比较昂贵，需要包含一些机械部件。红外热电堆传感器根据塞贝克效应，在两种不同材料的连接处，当它们的温度有差异时，会在这两种材料组成的闭环电路中产生电流。这种现象被广泛应用于热电偶的温度测量。热电堆或热电阵列由许多热敏元件组成，每个热敏元件都是一根由两种不同热敏活性材料组成的细丝。当细丝两端的温度出现差异时，便在细丝两端产生了电压（热张力）。热接点集中在一个非常薄的共同吸收区，而冷节点位于一个周边环绕高热质量的散热片上。现代半导体技术实现了在几平方毫米内，制造包含数百个热电偶的红外热电堆传感器。这种红外传感器因其微小的尺寸，而具有极高的灵敏度和极快的响应时间，而且由于应用了半导体规模生产和光刻技术，使其成本也较低。电气设备热管理工程师们，长久以来一直享受着由数字温度传感IC带来的便利。新款集成热电堆红外传感器IC能够提供相同便利的数字温度测量结果，并进一步地降低了产品功耗、尺寸和成本，为其在消费类设备领域创造了市场机遇，例如医疗设备、办公设备以及家用电器等。什么是Grid-EYE 松下Grid-EYE的8 x 8热电堆阵列红外传感器，开启了其红外阵列传感器业务。Grid-EYE是一款64像素红外摄像头，采用一体化的紧凑SMD封装。基于松下的MEMS技术，Grid-EYE包含一颗MEMS传感器芯片、一颗数字ASIC（I2C接口）以及一款硅基镜头。 Grid-EYE红外传感器 Grid-EYE在一个8 x 8网格式布局内含有64个热电堆元件，能够在不接触被测物体的前提下探测物体表面的绝对温度。与传统的传感器不同，Grid-EYE采用了一款受专利保护的60°硅基镜头，该镜头在硅晶圆上通过刻蚀工艺制成，是市场上最小（高度低于0.3 mm）的镜头。所有这些技术的结合，使该款传感器的封装尺寸仅为11.6 mm x 8 mm x 4.3 mm。含有64个热电堆元件的Grid-EYE可以探测静止和运动的人体与单点热电堆红外传感器和热释电传感器相比，Grid-EYE不仅能够探测移动的人体和物体，还能够探测不动的人体和物体的出现和位置、运动方向以及精确的表面温度，温度测量范围为- 20°C~+100°C。基于MEMS技术的热电堆阵列红外传感器松下凭借Grid-EYE的宽温度测量范围，其噪声等效温差在室温时，精度达到了+/- 0.08°C @ 1Hz。Grid-EYE热电堆传感元件协同阵列，能够探测多个人体或物体在不同方向上的运动。近距离时，Grid-EYE甚至能够探测人手的运动，实现简单的手势控制。 Grid-EYE红外传感器实现手势控制应用领域许多红外应用不需要完整的图像信息，只需要从图像中挖掘出的特定信息，例如位置、运动以及热（或冷）物体的区域。面对这些非成像应用的新兴市场，需要基于不同概念的传统成像红外焦平面阵列的红外阵列传感器。这里将讨论热成像系统应用的两个主要门类：非活体目标和人体目标。非活体目标工厂机械设备、发电及配电设备、物料以及工艺生产制造出来的部件，它们的温度和热学性能，是生产制造过程中以及工厂维持安全和经济有效运营的最重要因素。突然出现的热点能够预示有缺陷的区域和连接点。应用热成像技术进行温度测量的原因之一，是热成像测量无需接触被测物体。热成像技术可以作为一款诊断工具应用于电力传输系统中电气接头的检测，也可以用于探测其它电气装置的热状况。它还可以应用于不同材料的具体特性评估。人体目标被动红外传感器针对即时进入或目标探测应用效果很好。但是，它们仅能感测运动中的人体或目标，这使它们能够有条件地应用于建筑自动化和安防系统中。这些简单的红外传感器具有传统的局限性，因此不能应用于更先进的探测领域。例如，被动红外传感器无法感应不动的目标，它们不能精确地探测目标的运动方向，它们也不能获得热成像图谱或者探测目标的温度。所有这三个任务都是下一代智能自动化、安防系统、数字标识系统以及医疗成像应用的基本要素。人体探测设计热电堆阵列传感器能够在保留探测对象隐私的前提下，提供粗略的追踪功能。Basu和Rowe开发了一款低成本方法，在Grid-EYE传感器的视场内，估算人员数量和他们的运动方向。对具有本地峰值计数功能的连接组件上应用支持向量机分类，他们估算即时进入人数的准确率超过了80%（《应用热电堆阵列传感器的运动追踪和空间关系学》，2014，卡内基梅隆大学）。利用Grid-EYE红外传感器估算即时进入房间的人数 Jeong、Yoon和Joung等人在2014年开发了一种更复杂的方法，他们利用Grid-EYE传感器结合一种概率统计方法来确定人体目标，这种概率统计方法利用了多重前后成像处理技术。前处理和图像分割提供基本结构，然后利用概率统计方法来计算图中的热标识为人体目标的概率。即使分割出来的人体图像短暂消失了，他们提出的方法还能够利用局部自适应阈值实现继续追踪。智能建筑应用智能建筑应用是信息物理系统的案例之一。大部分时间，这些应用需要不同类型的传感器、网络拓扑结构以及个性的配置，来满足不同用户的需求。利用Grid-EYE传感器提供的即时进入信息，能够帮助实现家居自动化和暖通系统的集成。Grid-EYE传感器当然也可以应用于安防目的。即时进入监测、安防和建筑自动化是智能建筑的基本功能。房间的即时进入监测，能够帮助建筑管理者实现暖通系统控制，由此实现可持续发展。Grid-EYE传感器8 × 8二元矩阵中连接的组件，能够告诉我们该传感器周边人员的数量（即时进入监测）。 Grid-EYE红外传感器的应用对于安防应用，即时进入监测能够监测非法入侵的发生，能够即时触发警报或者发送相关信息给屋主。对于家居自动化应用，它能够用于暖通系统或者家用电器的开启。美国加州大学的Merced在2013年展示了一款基于Grid-EYE传感器的系统，用于估算即时进入信息，使他们能够基于房间进入人员的数量调整房间利用，从而有效的维持房间的温度，通过这一方法每年能够节约25%的能源。相关产业研究报告： http://www.mems.me/mems/mems_sensor_201510/2434.html http://www.mems.me/mems/mems_sensor_201506/2022.html; 个人分类: 市场总揽|1976 次阅读|0 个评论

非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态: 热度 1 coofish 2016-5-10 10:23; 文章来源：麦姆斯咨询冯涛、金伟其、司俊杰北京理工大学、北方广微、中国空空导弹研究院摘要：非制冷红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件。介绍了非制冷红外焦平面探测器的工作原理及微测辐射热计、读出电路、真空封装三大技术模块，分析了影响其性能的关键参数。与微测辐射热计设计相关的重要参数包括低的热导、高的红外吸收率、合适的热敏材料等；读出电路的传统功能是实现信号的转换读出，近年来也逐渐加入了信号补偿的功能；真空封装技术包括了金属管壳封装、陶瓷管壳封装、晶圆级封装和像元级封装。列举了国内外主要厂商的非制冷红外焦平面探测器的技术指标及近年来的最新技术进展，总结了非制冷红外焦平面探测器的技术发展趋势。引言红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，是探测、识别和分析物体红外信息的关键，在军事、工业、交通、安防监控、气象、医学等各行业具有广泛的应用。红外焦平面探测器可分为制冷型红外焦平面探测器和非制冷红外焦平面探测器，制冷型红外焦平面探测器的优势在于灵敏度高，能够分辨更细微的温度差别，探测距离较远，主要应用于高端军事装备；非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低、启动快等优点。虽然在灵敏度上不如制冷型红外焦平面探测器，但非制冷红外焦平面探测器的性能已可满足部分军事装备及绝大多数民用领域的技术需要。近年来，随着非制冷红外焦平面探测器技术的不断进步和制造成本的逐渐下降，其性价比快速提升，为推动非制冷红外焦平面探测器的大规模市场应用创造了良好条件。非制冷红外焦平面探测器主要是以微机电技术（ MEMS ）制备的热传感器为基础，大致可分为热电堆/热电偶、热释电、光机械、微测辐射热计等几种类型，其中微测辐射热计的技术发展非常迅猛，所占市场份额也最大。近年来非制冷红外焦平面探测器的阵列规模不断增大，像元尺寸不断减小，并且在探测器单元结构及其优化设计、读出电路设计、封装形式等方面出现了不少新的技术发展趋势。本文将在介绍测辐射热计型非制冷红外焦平面探测器的基础上，分析其技术发展趋势。 1 微测辐射热计IRFPA及其技术进展非制冷红外焦平面探测器从设计到制造可分成微测辐射热计、读出电路、真空封装等 3 大技术模块。下面分别对它们进行介绍。 1.1 微测辐射热计的设计与制造图1为单个微测辐射热计的结构示意图，在硅衬底上通过MEMS技术生长出与桥面结构非常相似的像元，也称之为微桥。桥面通常由多层材料组成，包括用于吸收红外辐射能量的吸收层，和将温度变化转换成电压（或电流）变化的热敏层，桥臂和桥墩起到支撑桥面，并实现电连接的作用。微测辐射热计的工作原理是：来自目标的热辐射通过红外光学系统聚焦到探测器焦平面阵列上，各个微桥的红外吸收层吸收红外能量后温度发生变化，不同微桥接收到不同能量的热辐射，其自身的温度变化就不同，从而引起各微桥的热敏层电阻值发生相应的改变，这种变化经由探测器内部的读出电路转换成电信号输出，经过探测器外部的信号采集和数据处理电路最终得到反映目标温度分布情况的可视化电子图像。图1 微测辐射热计像元结构示意图为了获得更好的性能，需要在微测辐射热计的结构设计上做精心的考虑与参数折衷。主要的设计参数及要求包括：微测辐射热计与其周围环境之间的热导要尽量小；对红外辐射的有效吸收区域面积尽量大以获得较高的红外辐射吸收率；选用的热敏材料需要具有较高的电阻温度系数（TCR）、尽量低的1/f噪声和尽量小的热时间常数。 1.1.1 热导如图1所示，为使微测辐射热计与其衬底间的热导尽量小，微桥的桥臂设计需要用低热导材料，并采用长桥臂小截面积的设计。此外，需将微测辐射热计探测器阵列封装在一个真空的管壳内部，以减小其与周围空气之间的热导。 1.1.2 吸收率要使微测辐射热计对红外辐射的吸收率尽量高，可从以下两方面入手。 1）提高填充系数填充系数定义为微测辐射热计对红外辐射的有效吸收面积占其总面积的百分比。微桥的桥臂、相邻微桥之间的空隙、连接微桥与读出电路的过孔等所占的面积都是没有红外吸收能力的。图1所示的是典型的单层微桥结构，其填充系数一般是60%～70%，且随着像元尺寸的减小，单层结构的填充系数会进一步下降。要增加填充系数以获得更高的吸收率，可以采用如图2所示的双层伞形微桥结构，红外辐射吸收材料处于上方第二层，形似撑开的雨伞，桥臂及其他无吸收能力的部分都放到伞下的第一层。这种结构的填充系数可做到90%左右。图2 双层伞形微桥结构 2）光学谐振腔设计通过设计光学谐振腔也可以提高微测辐射热计对红外辐射的吸收率。因为有相当一部分入射的红外辐射能量会穿透微桥结构的红外吸收层，所以通常在微桥下方制作一层红外反射面，将从上方透射来的红外辐射能量反射回红外吸收层进行二次吸收。吸收层与反射面之间的距离对于二次吸收的效果有较大影响，如果设计为红外辐射波长的1/4，就可增加吸收层对反射回来的红外能量的吸收。对 8～14um的长波红外辐射，该距离约为2～2.5um。图3(a)所示为一种类型的谐振腔结构示意图，反射面位于读出电路的硅衬底表面，所以微桥的桥面与硅衬底的距离是1/4辐射波长；图3(b)所示为另一种类型的谐振腔结构示意图，反射面位于微桥的下表面，所以微桥的厚度要做成1/4辐射波长。图3 红外光学谐振腔示意图 1.1.3 热敏材料热敏材料的选取对于微测辐射热计的灵敏度（NETD）有非常大的影响，优选具有高温度电阻系数（TCR）和低1/f噪声的材料，同时还要考虑到所选材料与读出电路的集成工艺是否方便高效。目前最为常用的热敏材料包括氧化钒（VOx）、多晶硅（a-Si）、硅二极管等。微测辐射热计的NETD主要受限于热敏材料的1/f噪声，这种噪声与材料特性密切相关，不同材料的1/f噪声可能会相差几个数量级，甚至对材料复合态的细微调整也会带来1/f噪声的显著变化。 1）氧化钒（VOx） 20世纪80年代初，美国的Honeywell公司在军方资助下开始研究氧化钒薄膜，并于 20 世纪 80 年代末研制出非制冷氧化钒微测辐射热计。氧化钒材料具有较高的TCR（在室温环境下约为 2%/K～3%/K），其制备技术经过多年的发展已很成熟，在微测辐射热计产品中得到了广泛的应用。氧化钒也有多种复合形态，如VO2、V2O5、V2O3等。单晶态的VO2、V2O5的TCR高达4%，但是需要采用特殊制备工艺才能得到；V2O5的室温电阻太大，会导致较高的器件噪声；V2O3 的制备技术相对不太复杂，且室温电阻较低，能得到更低的器件噪声，成为重点研究的氧化钒材料。 2）多晶硅（a-Si）法国原子能委员会与信息技术实验室/红外实验室（CEA2LETI/LIR）从1992年开始研究多晶硅材料的探测器，目前技术上已很成熟。多晶硅的TCR与VOx相当，也是一种得到较多应用的微测辐射热计材料，其优点是与标准硅工艺完全兼容，制备过程相对简单。但由于多晶硅是无定形结构，呈现的1/f噪声比VOx要高，所以NETD通常不如VOx材料。由于采用多晶硅材料的微测辐射热计可以将薄膜厚度控制的非常小，具有较低的热容，所以在保持较低热响应时间的同时也具有较小的热导，可一定程度兼顾图像刷新率和信号响应率的要求。 3）硅二极管（SOI）硅二极管正向压降的温度系数特性可用于红外探测器的制造。红外吸收导致的温度变化可带来的PN结正向压降变化并不显著，等效的TCR只有0.2%/K，比通常的电阻型热敏材料低一个数量级。但硅二极管的优点在于其面积可做的比电阻的面积更小，因而能做出尺寸更小的像元，获得更大阵列规模的焦平面。硅二极管微测辐射热计可在标准CMOS工艺线上生产，制造更为方便。 4）其他材料还有一些材料也可用于微测辐射热计的制造，它们具有某些优异的特性，但也存在较明显的缺点。钛金属薄膜具有较低的1/f噪声，可方便地与CMOS读出电路集成，具有较低的热导，但其TCR只有0.35%/K 左右；锗硅氧化物材料（ GexSi1-xOy）具有较高的TCR（可达5%/K 以上）和较低的热导，但其较高的1/f噪声限制了最终器件的性能；硅锗（SiGe）是一种值得关注的材料，可采用标准CMOS工艺实现非常薄（如100 nm）的薄膜制备，并具有较高的TCR（3%/K 以上），通过实现单晶态的SiGe可得到较低的1/f噪声；YBaCuO是另一种值得关注的材料，有比VOx高的电阻温度系数（约3.5%/K）以及较低的1/f噪声，其光谱响应范围很宽（0.3～100um)，是未来制造多光谱探测器的潜在材料。 1.2 读出电路（ROIC）非制冷红外焦平面探测器的读出电路将每个微测辐射热计的微小电阻变化以电信号的方式输出。照射到焦平面上的红外辐射所产生的信号电流非常小，一般为纳安甚至皮安级，这种小信号很容易受到其他噪声的干扰，因此读出电路的电学噪声要控制的尽量小，以免对探测器的灵敏度指标造成不必要的影响。传统读出电路的工作原理是：给微测辐射热计的热敏薄膜施加固定的低噪声偏置电压，将其随温度的阻值变化以电流变化的形式得到，再由积分器转换成电压信号，经驱动器输出，如图4所示。图4 非制冷红外焦平面的读出电路原理图探测器制造工艺存在的偏差会导致探测器的输出信号存在非均匀性，近年来一些降低读出信号非均匀性的设计方法逐渐在读出电路上得到实现。例如列条纹非均匀性就是一种与读出电路密切相关的形态，这是由于读出电路中有一些部件是焦平面阵列中每一列共用的，如积分器。这种电路结构会给同一列的输出信号引入一些共性特征，不同列之间的特征差异就表现为列条纹。针对列条纹的产生机理，可以通过改进读出电路设计来有效地抑制甚至基本消除列条纹，提高列与列之间的均匀性。早期的非制冷红外焦平面探测器必须使用热电温控器（TEC）来保持焦平面阵列的温度稳定，这是因为不同像元之间由于制造工艺的偏差会带来阻值的差异，最终表现为阵列的不均匀性：即使所有像元接受同样的黑体辐射，它们各自输出的电压信号幅值也是不同的；即使所有像元面对同样的黑体辐射变化，它们各自所输出的电压信号的变化量也是不同的。上述这种由于像元之间差异所导致的阵列不均匀性，还会随着焦平面温度的变化而改变，使得探测器输出信号呈现出复杂的变化，为后续信号处理工作带来困难。近年来随着读出电路设计水平的提高，在实现传统读出电路的行选列选、积分器、信号驱动等基础功能之外，一些抑制像元输出信号随温度漂移的补偿电路也逐渐用于读出电路设计，从而可以实现无TEC应用，使得非制冷红外焦平面探测器在功耗、体积、成本等方面更具备优势。 1.3 真空封装技术微测辐射热计接收目标红外辐射后的温度变化很微弱，为了使其上面的热量能够维持住，避免与空气分子进行热交换，需要将其置于真空环境下工作，一般对真空度的要求是小于0.01mbar（即0.00001atm）。对非制冷红外焦平面探测器真空封装的要求是：优异且可靠的密闭性；具有高透过率的红外窗口；高成品率；低成本。目前的封装技术可分为芯片级、晶圆级、像元级等，其中芯片级封装技术按照封装外壳的不同又可分为金属管壳封装和陶瓷管壳封装。 1.3.1 金属管壳封装金属管壳封装是最早开始采用的封装技术，技术已非常成熟，图5是金属管壳封装使用的主要部件。由于采用了金属管壳、TEC和吸气剂等成本较高的部件，导致金属管壳封装的成本一直居高不下，使其在低成本器件上的应用受到限制。图5 非制冷红外焦平面的金属管壳封装部件金属管壳封装形式的探测器曾经占据了非制冷红外焦平面探测器的大部分市场，无论国外还是国内的生产厂商都有大量的此类封装产品。图6为几种量产的金属管壳封装的探测器。随着更低成本的新封装技术的日渐成熟，目前金属管壳封装形式的探测器所占市场份额已经显著减少。图6 非制冷红外焦平面的金属管壳封装 1.3.2 陶瓷管壳封装陶瓷管壳封装是近年来逐渐普及的红外探测器封装技术，可显著减小封装后探测器的体积和重量，且从原材料成本和制造成本上都比传统的金属管壳封装大为降低，适合大批量电子元器件的生产。陶瓷管壳封装技术的发展得益于目前无TEC技术的发展，省去TEC可以减小对封装管壳体积的要求并降低成本。图7为两种典型的陶瓷管壳封装红外探测器。图7 非制冷红外焦平面的陶瓷管壳封装 1.3.3 晶圆级封装晶圆级封装是近两年开始走向实用的一种新型红外探测器封装技术，需要制造与微测辐射热计晶圆相对应的另一片硅窗晶圆，硅窗晶圆通常采用单晶硅材料以获得更好的红外透射率，并在硅窗口两面都镀有防反增透膜。微测辐射热计晶圆与硅窗晶圆通过精密对位，红外探测器芯片与硅窗一一对准，在真空腔体内通过焊料环焊接在一起，最后再裂片成为一个个真空密闭的晶圆级红外探测器。图8是一个晶圆级封装红外探测器的剖面图和晶圆级封装示意图。图8 非制冷红外焦平面的晶圆级封装与陶瓷管壳封装技术相比，晶圆级封装技术的集成度更高，工艺步骤也有所简化，更适合大批量和低成本生产。晶圆级封装技术的应用为红外热成像的大规模市场（如车载、监控、手持设备等）提供了具有足够性价比的探测器。 1.3.4 像元级封装像元级封装技术是一种全新的封装技术，相当于在非制冷红外焦平面探测器的每个像元微桥结构之外再通过MEMS技术制造一个倒扣的微盖，将各个像元独立的密封起来。图9是其工艺过程的示意图，其中1～5步是目前的微测辐射热计的MEMS工艺步骤，在这之后继续在微桥的桥面上方生长第二层牺牲层，做为生长红外窗口薄膜的支撑层。待红外窗口薄膜及微盖四壁生长完成后，在真空腔体内通过窗口上的释放孔将前后两次的牺牲层释放掉，最后封堵住释放孔，完成像元级真空封装。图9 像元级封装工艺步骤像元级封装技术使封装成为了MEMS工艺过程中的一个步骤，这极大地改变了目前的封装技术形态，简化了非制冷红外焦平面探测器的制造过程，使封装成本降低到极致。目前这种技术还处于研究阶段，但随着像元级封装技术的成熟和实用化，非制冷红外焦平面探测器的成本还将大幅下降，更加贴近民用和消费级应用市场的需求。 2 主要制造厂商技术发展情况 2.1 美国FLIR SYSTEMS公司美国FLIR SYSTEMS公司是高性能红外热像仪系统研制、生产和销售的全球领先者，也是世界上首屈一指的非制冷氧化钒红外焦平面探测器的制造商。 FLIR不单独销售焦平面探测器，都是随着它的机芯或整机系统一同销售，从FLIR推向市场的产品可看出其量产的红外探测器的性能。目前FLIR非制冷焦平面探测器的像元尺寸以25um和17um为主；面阵规模以336×256和640×512为主；封装形式上既有陶瓷管壳封装，也有晶圆级封装的成熟产品；NETD指标约为40 mK左右；热响应时间约10～15 ms。总的来说，FLIR的产品代表了目前世界主流先进水平。 2.2 法国ULIS公司法国ULIS公司隶属于法国Sofradir公司，是世界上最主要的非制冷多晶硅红外焦平面探测器的制造商，ULIS的探测器产品进入中国较早并占据了国内大部分探测器市场。目前ULIS的探测器在像元尺寸上以25um为主，17um 的产品也已开始批量供货；面阵规模涵盖160×120、384×288和640×480；在封装上同时具有金属管壳和陶瓷管壳封装，即ULIS的产品既有含TEC的，也有无TEC的；NETD指标稍差，约为50～80mK；但热响应时间小于10ms是其一个优点。最近ULIS在进一步减小像元尺寸方面做了不少研究工作，据2012年的文献报道，ULIS已经研制成功像元尺寸12um，分辨率640×480的多晶硅探测器，其在热响应时间仅有6.6ms的情况下，NETD可达到53mK。更小的像元尺寸意味着探测器的面阵可以做的更大，而体积、重量、成本则会更低。随着探测器像元尺寸的缩小，也需要在红外光学和图像处理端配合进行更加深入和细致的工作，才能获得性能优异的热成像系统。 2.3 美国DRS公司美国DRS公司是世界知名的非制冷氧化钒红外焦平面探测器的生产厂商，DRS的探测器产品主要供应美国军方，近两年开始逐渐向民用市场推广。目前DRS基于25um像元尺寸的产品已经非常成熟，17um像元尺寸的产品也开始在批量供货；阵列分辨率上320×240、640×480两种都已批量生产，更大的1024×768/17um探测器也开始推向市场；在封装上同时具有金属管壳和陶瓷管壳封装。图10是DRS几款有代表性的产品照片。DRS探测器产品的微测辐射热计采用了双层伞形结构设计，可获得更高的填充系数，带来更高的响应率；在读出电路中采用了温度补偿技术，从而可使探测器稳定的工作于无TEC模式。图10 DRS非制冷红外焦平面探测器照片 2.4 英国BAE公司英国BAE公司也是世界知名的非制冷氧化钒红外焦平面探测器生产厂商。近年来，BAE致力于将其原先28um像元尺寸的产品升级至17um像元尺寸，640×480的探测器研究和制造较为顺利，更大面阵的1024×768探测器也在研制中。BAE的探测器可有不同的热响应时间指标（从4ms～20 ms），对应的NETD指标也不同，在两者之间取适当折衷。BAE热响应时间12ms的器件NETD可达50mK。 2.5 美国L-3公司美国L-3公司是一家实力非常雄厚的非制冷红外焦平面探测器制造厂商。L-3旗下采用多晶硅为热敏材料的电光系统公司L-3 EOS（L-3 Electro-Optical Systems），在多晶硅红外探测器的出货量上仅次于法国ULIS，早在2009年就实现了17um像元尺寸，分辨率640×480的探测器量产，其产品阵列规模覆盖了320×240、640×480和1024×768。据报道，其17um探测器在10ms热响应时间下可达到35mK的NETD水平。L-3 EOS在多晶硅之外也采用硅锗材料作为热敏材料进行产品开发，以期提升产品性能。 L-3公司与其他厂商不同之处在于它同时还有采用氧化钒作为热敏材料的产品。2005年L-3收购了主做氧化钒探测器的红外视觉公司ITC（Infrared Vision Technology Corporation），从而同时拥有了两种最主流热敏材料的非制冷红外焦平面探测器制造能力。 L-3公司也是较早在产品上采用晶圆级封装技术的厂商，并取得了不错的效果。图11是L-3公司几款晶圆级封装的探测器产品。图11 L-3公司晶圆级封装探测器 2.6 日本NEC公司日本NEC公司是采用氧化钒材料的非制冷红外焦平面探测器生产厂商，拥有像元尺寸为 23.5um，分辨率320×240、640×480的探测器产品。近两年NEC新研制成功了像元尺寸12um（见图12）、分辨率640×480的探测器，采用陶瓷管壳封装，并获得了60mK的NETD指标。图12 NEC公司12um像元 2.7 中国北方广微北方广微科技有限公司是中国具有领先水平的氧化钒非制冷红外焦平面探测器生产厂商。2009年初研制成功第一款国产160×120/45um非制冷氧化钒焦平面探测器，近几年来在技术和市场上取得了飞速发展。北方广微已实现量产的探测器在像元尺寸上以25um和20um为主，面阵规模以384×288和640×512为主，NETD指标约为40mK，热响应时间约10～15ms；代表了目前国内量产探测器产品的领先水平。北方广微的17um像元尺寸和陶瓷管壳封装的探测器产品也即将推向市场。 2.8 其他除上述外，还有一些知名的非制冷红外焦平面探测器生产厂商，由于公开的技术文献较少，在此只能做简单介绍。美国雷神公司（Raytheon）是著名的武器系统供应商，它也制造先进的红外焦平面探测器，主要产品用于美国军方装备。从不多的文献中可以大约了解到Raytheon的探测器为氧化钒材料；采用伞形结构；在像元尺寸上有25um和17um；面阵规模有320×240和640×480；NETD指标约为40mK左右。以色列SCD公司也是具有很高技术水平的非制冷红外焦平面探测器制造商。SCD采用氧化钒材料；在像元尺寸上有25um和17um；面阵规模为384×288和640×480；热响应时间约10ms；NETD指标约为50mK左右。此外，还有日本的三菱、东芝，中国的浙江大立、烟台睿创、高德红外等单位也研制出相应的非制冷红外焦平面探测器产品。 3 结论近年来，热成像技术在越来越多的行业得到应用和推广，军用领域对热成像设备的需求保持稳步增长，同时民用市场的增长更为迅猛。非制冷红外焦平面探测器以其突出的性价比，成为新增热成像市场的核心要素。另一方面，随着非制冷红外焦平面探测器技术的不断进步，会带来性价比的进一步提升，从而与市场需求形成一种良性互动。综观主要非制冷探测器生产厂商的技术发展情况，也呈现出一种以市场需求为导向的特点。预测未来几年非制冷红外焦平面探测器技术的发展，将呈现以下趋势： 1）像元尺寸不断减小。更小的像元尺寸能够在焦平面单位面积上集成更多的像素，提高红外探测器的分辨率，同时也可以显著减小热成像设备的体积、重量、功耗和成本，因此具有十分重大的意义。近10年来，主流非制冷红外焦平面探测器的像元尺寸从最初的50um左右，历经45um、35um、25um、20um等几种规格，目前已经逐渐进入以17um为主流的时代，且更小像元尺寸如15um、12um也已进入实质性的研制和试生产阶段。图13所示为像元尺寸缩小的发展趋势。更小的像元意味着MEMS制造技术复杂程度的提高，目前各探测器制造厂商都在重点研究如何在像元尺寸缩小的同时还能保持甚至提高微测辐射热计的性能。图13 像元尺寸从50um逐渐减小至12um 2）面阵规模不断增大，640×480 或 640×512分辨率成为主流配置，1024×768及更大面阵规模如200万像素的探测器也已开始研制及试生产。 3）金属管壳封装探测器因其高昂的封装成本会逐渐退出市场，陶瓷管壳封装探测器进入全面推广时期，晶圆级封装的探测器以其更低的成本优势可望在民用领域获得快速增长。 4）包含数字积分、非均匀性校正和其它数字图像处理功能的片上处理技术也是“智能化”非制冷红外焦平面探测器的重要发展方向之一，可明显提高探测器组件的成像质量，提高可靠性，减小体积、重量和功耗。; 2573 次阅读|1 个评论

碳火与氮火: 热度 2 kiwaho 2015-7-10 10:57; 本来这篇博文是镶嵌在我的另外一篇：《炒：水火平衡调控的热力学，中华文明的瑰宝！》，现觉得不过瘾，还是单独成篇以肆我眷顾的读者为好。味蕾的需要于万年前催生了华夏的烹饪文化，而烹饪最质朴的热能来源，当属来自农耕时代的柴禾树枝的燃烧。那时候元素周期表压根就没有听说过，先人当然不知道其燃料的本质，就是今天众人皆知的“碳”元素。再后来，古人觉得柴禾树枝储存搬运起来太占空间，就发展了最原始的燃料预处理技术----焦炭化。并随着易货贸易的出现，产生了相应的供销职业----烧炭和卖炭，正如语文课文《卖炭翁》所描述的那样。焦炭进一步演化，古人就发明了黑色火药。这也就是中国人至今引以为傲的华夏四大发明之一。这就是中华火文化的进化主线条。中华的火文化从化学角度归纳，本质就是一个源远流长的“碳火文化”，而西方民族却只是近代才把“氮火文化”修成正果。然而，会吃的民族不一定强大，强大的民族不一定会吃。西方列强的实力正是由船坚炮利来支撑的，而这需要的是另外一种火，且仅面世一个多点世纪：氮火。 “氮火”的迟到，要怪罪于人类迟迟搞不定氨的合成，直到第一次世界大战结束后， Haber 的合成氨技术才姗姗来迟。而这之前工业化制氨竟然要靠鸟粪： guano ，以至于鸟粪资源丰富的国家，成了地缘政治必争之地，滑稽不？近代中国鸦片战争的惨败，也许与天朝缺乏大储量鸟粪资源有一点关系，尽管这有点拉不出屎来怨茅坑之嫌。这氮火也真奇妙：既可以用来杀人，也可用来养人--氮肥刺激植物生长--从而间接供应人体蛋白质的氮素需求。碳火的威力远逊于氮火，要不然诞生了四大发明之一火药的我天朝，足以令全球诸侯臣服！这“氮火”玩得最好的洋人，非诺贝尔莫属，真没想到烈性炸药的发明者，“得道成仙”后竟成为科学界人士膜顶崇拜的圣人，其每年的诺贝尔奖金的获得者，都是为人类科技进步做出卓越贡献的精英科学家！碳火的燃烧产物是二氧化碳和水；而氮火爆炸的气体产物，就主要是可以把弹壳劈开的、桀骜不驯的氮气了。显然，仅有碳火才与水是天生的一对冤家。西人对碳火怀着神秘主义的想象，和崇敬的心情，恐怕永远掌握不到碳火真谛，只能当门外汉。前些年西方国家级团队，竟然把中国的爆米花机当炸弹研究；且逢重大节日必进口中国焰火来庆典。这些都说明西方远不得碳火的要领。仅凭这些笑点，龙的传人就该引以自豪。下图形象对比了两类截然不同的碳火驾驭神态。左边展现了：我的同胞使用碳火爆米花时，那种悠然自得的蛋定；右图展现了洋人如临大敌的那种紧张----防爆服、防震耳塞等保护措施一应俱全。其实，还有一种看不见的火，且世界上仅有我观察到并承认的火：红外火。该类火焰要借助特殊红外仪器才能看到，其焰形也为通常明火具有的沿重力线伸展的羽毛形-- 简称羽焰。羽焰沿重力线伸展指向天空，可以托起比空气重很多的物体。例如随手可做如下实验：打火机将一张纸点燃后，该纸或其灰分残骸就能漂浮在空气中。云朵其实是正在凝结的成片聚集的微水珠。水的凝结过程伴随着大量的热辐射，因而云朵中就有一团肉眼看不见的准“熊熊燃烧”的红外火，下雨前的闷热就是它干的坏事。积雨云的比重比空气大很多倍，而之所以至少上百吨重的云能浮在空中，正是这红外火的举升作用。如果没有红外火焰，积雨云立即会整体掉到地面，虽然不至于自由落体那样快。上述观点为我独创的“民科”理论，正由某杂志进行同行评议，等发表后就可转正成官科。至于现有官科的云悬浮解释，我认为不靠谱。我的解释信不信由你，反正我已经利用此机制发明了自由能源发动机，只不过功率的体积密度低于明火热机。最后顺便提一下当今最猛烈的火----核火，即核反应火。原子核裂变和聚变都能产生当量级大的惊人的爆炸火！上世纪，西人早一步，华人晚一步都相继研制出核火武器，且日本国头一遭尝到其厉害。; 3948 次阅读|4 个评论

咖啡杯底有学问--我攻克了世界难题：“热激水”现象: 热度 9 kiwaho 2015-2-14 07:12; 经常喝咖啡的人，一定注意到一个司空见惯的现象：热咖啡放到玻璃桌面上之后，悠闲地拿出手机刷刷屏，等两分钟再拿起杯子喝时，忽见桌面上留下了一圈杯底水露珠。难道滚烫的咖啡通过纸杯子漏到底部？证实结果：非也！那一圈水的确是从周围空气中凝析出来的。空气中的水通常当温度低于露点时，开始冷凝成水珠，这是起码的冷凝常识。夏天在杯子里加满冰水，杯外壁很快就见到水露珠，这个现象就是简单得不能再简单的冷凝。然而咖啡杯底只不过约5 毫米高的小气穴，穴顶温度约70 ℃至90 ℃, 穴底即是室温下的凉桌面。显然水的凝结与穴内空气升温正相关！即便大概估计一下也知道，那滩水圈内的水量，绝对不是那个杯底小气穴内空气所能含有的水量，就算100% 饱和湿度也达不到那个当量。因而，一定是大量的外部空气中的水分，通过杯底缝隙被抽到杯底凝结了！这样凝出的水，人们习惯于称之为“ 热激水 ”。之所以没人敢称之为“热凝水”，是因为学术界只承认“冷凝”，显然“热凝”被当作伪科学。历史上很多人，包括相关专业的科学家都尝试解释这一现象。但真正能以理服人的解释一个也没有。今天我以亲身的实验经验，从独到的视角，尝试解释这一世界难题。当然，考虑到科学网博客毕竟不是正规的SCI 出版物，展出大量的图表及实验报告似乎没有必要，仅文字部分就已写出2 万多字的英文。够一篇博士论文的规模了吧？最通俗、最简捷、生活化语言的缩略版描述就要开始了。要真正读懂，恐怕需要跨学科的很多知识背景打底子。 1、首先要知道空气是一个多组分的混合物。主流成分有4 种。常温常压下，按质量百分比：其中氮气占约74% ，氧气22.7% ，水气2% ，氩气1.3% 。若按体积百分比，可得出另一组不尽相同的数据，但差异不是很大。 2、不能假定空气中所有组分的瞬时温度相同。要敢于承认某些组分首先温热起来，而其他组分无动于衷。就像邓小平同志容许少数人先富起来那样。温度是分子布朗运动的速度度量。单组分的气体，可以认为温度场是均匀的，内部的分子运动速度是统计学上差不多的。多组分的气体，在接受外部能量时，要正确评估气体状态，需要对每个组分从瞬态和稳态两个角度考虑。过去对热激水现象解释不给力，主要是瞬态现象的研究被忽略了，只默认了稳态时各组分温度趋于一致。传统热力学承认混合气体内各组分的分压，且分压之和等于实际气体压力。就连“ 分体积 ”的概念也有，P、V、T三大参数中，唯独始终不愿意给“ 分温度 ”这个“ 小三 ”一个正式名份，我会择机专门写篇博文谈及此问题。 3、红外光谱吸收的差异，决定了空气中哪些组分先热起来。热激水发生的温度环境充满了各种红外光子辐射。氮气、氧气、氩气这三种主要成分，对红外线全部不吸收。而水蒸气的红外拉曼吸收谱，则绝大部分是高吸收值，只留下有限的不吸收的红外窗口。液态水是全部光子通吃，不受任何窗口的限制，堪称大吃货！因而在热咖啡杯放到桌面的瞬间，底部空穴内的水蒸气，瞬间即可被辐射加热，然而其它的气体呆若木鸡，固守常温。这就是前述第2 条：敢于承认某些元素首先温起来。熟悉大气窗口的读者，很容易理解哪些红外波段水气不吸收。 4、大气窗口科普。还需要具备气象知识：大气窗 1.4~1.9 μm, 2.0~2.5 μm, 3.5~5.0 μm, 8.0~14.0 μm ，即此窗内的光子，水蒸气概不吸收。 5、黑体辐射理论。绝对温度为T 的黑体，按方便化的维恩位移公式，其辐射电磁波主波长λ = 2890/T ( μm，微米）。因而90 ℃ 的热咖啡，对应的辐射波长=2890/ （273+90 ）= 7.96μm 。 6、很不幸，理解热激水现象还需要懂得激光原理。亚稳态粒子数反转是激光产生的首要条件。从某种意义上说水蒸气可以认为是亚稳态。亚稳态受激光子可由反常的加能激发，而不是仅靠减能激发。就像停在光滑坡面上因摩擦力而处于暂时静止状态的物体，用手指轻轻向下一拨就可以滚下坡大家都不怀疑，你信不信向上一拨也可以让它滚下来？ 7、理解我的解释还需要知道1968 年Potter W R, Hoffman J G 的实验成果：水凝结时会发出5 种主要红外光子：1.54 微米，2.1 微米，2.5 微米, 3.2 微米，4 微米。从上述7 点出发，可以这样解释热激水现象： 90 度咖啡发出7.96 微米的红外线。属大气窗外，咖啡杯底水蒸气独吞了。因而先热起来，温度瞬间奔90 度。可怜的氧气氮气太挑食了，只好懒惰挨穷，温度不变。玻璃桌面倒是可以吸收少量比例的红外光，可惜太光滑只好弹回到嘴的光子，即几何光学的反射。显然，玻璃板自身温度也很难提高。也许经过多次光子反射，温度单挑独升的水蒸气暗地快速达到90 度后，撞到不思上进的凉玻璃，乖乖投降冷凝成水。底穴内部分水气凝结后，穴内水气浓度低于穴外，于是穴外空气中的水分，在浓差驱动力下，从杯底与桌面空隙陆续挤进穴内。同时，冷凝过程诱导了潜热的大释放。5 大红外光子在看不见的“ 红外火焰 ”上窜出：1.54 微米（相当于1603 ℃ ），2.1 微米，2.5 微米, 3.2 微米，4 微米（相当于 450 ℃ ）。其中四大金刚1.54 微米、2.1 微米、2.5 微米、4 微米光子，不幸全部落入大气窗，成为空气的狗不理。即在空穴腔内不管反射多少次，空气中任何组分都不会吸收。只有被桌面上刚凝出的水液吸收，或者透过杯底被咖啡吸收，进而加热咖啡--这可是免费能源加热啊！唯独3.2 微米光子，像原咖啡本体辐射的“种子光子”（激光术语称“泵光子”）7.96 微米那样独立寒窗外，这两个光子都是水蒸气的最爱，他们联手后在杯底兴风作浪，不断激发新的冷凝。其它光子通过半透面-- 杯底面，以“伪激光”，即未被聚焦且相位未被调理的光，输出到咖啡中对咖啡加热， 3.2 微米激发光子过剩的话，也会加入伪激光的加热行动中。辐射传热是以光速进行的。通常说的热导率指的是对流热传导率，它真的太慢了，婆婆妈妈的，例如空气只有0.019W/M/K。辐射传热速度是霎那间完成。综上所述，这个所谓的咖啡“热凝”现象，本质上还是冷凝！只不过是在热咖啡本体加热的刺激下，拉开了水蒸气与周遭凝结核及其它组分的高低温度差，以及以脉冲方式急升温度差的微分变化速率，正是这个被忽视的突发温度差以及突变微分造成了冷凝的发生！之所以等2 分钟观察，和等10 分钟观察相比较，玻璃桌面上的那滩子水圈量没有差异，是因为凝成的水破坏了红外激光的可持续产生，而导致饱和发生。纸杯子是可以吸收红外能量的。刚好咖啡店一般是用纸杯子，因而可以看到热激水现象。如果换成玻璃杯子，热激水现象可能就很难察觉了，或者凝水量明显减弱，因为玻璃杯子和玻璃桌面一样，都是红外线的反射体，导致凝结过程中产生的高能光子无法外输，底部孔穴中的伪激光无法可持续产生，因而凝结也不可持续。严格地说，纸杯子也不是最好选择。作为激光谐振腔的输出面最好半反半透。如果使用90%透红外的氟化钙晶体材料做杯子，咖啡可被水气凝结有效加热！桌面最好是普通玻璃板，因为不希望它吸收红外能量，理想状态希望100%反射。如果能及时清除凝出的水珠，就可使得饱和永远不会发生，那么杯子外围的水气就会源源不断被吸入杯底，凝结释放的潜热就会可持续产生。很容易证明：通过合理设计，一定会使得抹去水所做的机械功，远远小于凝结过程所释放的潜能，即COP1。故而能量的正反馈就会产生。当然，加热咖啡也要消耗能量，不妨看作是为了“ 放长线钓大鱼 ”,或者说“ 舍不得孩子套不着狼 ”而投入的一次性启动功。汽车不也要投入启动功才能跑起来吗？启动过程是为了后续能量可持续产生，建立边界条件的准备过程。我发明并已申报专利的自由能源装置正是利用了上述原理。实施此专利技术，商业化运行大尺度的“咖啡杯准永动机”的话，生产1顿淡水，可同时生产出相当于630度电的热能！没想到通过这个现象的深入研究，我不小心为人类发明了开采大气潜热的疑似“永动机”！更没想到解决人类面临的三大危机：能源危机、生态危机、淡水危机，其答案就昭示在一杯热咖啡的热激水现象中。解决令人头痛的中国雾霾危机看来指日可待啦！大自然真是任性啊：冰水也罢，热水也罢，灌进杯子就可在周围凝析出空气中的水气，偏偏空杯子或灌与空气同温的水啥也得不到！两个极端均可，唯独中庸一团和气、不作为或不折腾就不行。既然冷热皆凝，为何冰水冷凝法不适合用来生产凝结潜热呢？因为凝结释放的高能光子加热冰水后，缩小了与环境空气的温差，温差减少导致冷凝逐渐停滞，这就是不自持的负反馈；而“热凝”法导致水被“意外加热”，只要保温做得好，与空气温差将逐步增大，必引起凝结加快，或最低保障可持续，这就是产生正能量的正反馈！熟悉自动控制理论，或者模拟电路信号放大器的读者，对“反馈”的概念耳闻能详。负反馈使得系统趋于稳定状态，如失稳则导致输出信号衰减；正反馈使系统趋于“ 自激 ”以至饱和。能量生产系统总是巴不得系统自激，强劲动力谁不乐见其成？当人类郁闷于背景热能提取困难时，免不了自甘堕落于太阳炖地球的“锅底食材” ，并以熵增加、热寂、低品位等理论或借口，为自身的认知狭隘性解脱。尤其是烈日炎炎的夏季，人都热得直冒汗，仍念念不忘使用化石燃料满足各种动力需求，这不就是捧着金饭碗讨饭吗？冬天虽冷，但大气照样含有一定量水蒸气，只是量少而已，但冷蒸气的潜热值比热空气要大12%左右。殊不知上苍居然开了一扇天窗：“具有正反馈性质的热激凝水效应”，以便人类开采潜伏在天然水蒸气大矿藏中的“ 准新鲜 ”免费太阳能！热激水效应谜底的揭盅，也从侧面应证了我的光热不分家理念。传统热力学抛开光学自立门户走到尽头，基于熵焓的热力学，碰到热激水效应而一愁莫展，无疑彻底动摇了其理论自信。是时候创立《光子热力学》新学说了！看似简单的现象原来不简单啊，我基本上写个简介就用了25 00个字符，写成正规的论文竟然洋洋洒洒40多页纸！我该没有小题大作吧？听说一篇关于八角茴香的论文，写了数万字，竟被评为优秀的博士论文，引来一些网民不服气，那个女博士据说还被网友善意地，调侃为中国第一“吃货”！如果我拿出这个题目的正式论文参加答辩，能获得博士学位吗？给顶高帽子戴也行啊：咖啡“ 喝货 ”？呵呵！如果真有一天，基于这一理论的自由能源系统，在世界上每个角落普遍使用，那么人类面临的三大危机必将逐一破解。到那时回顾我这篇论文的含金量，也许该是诺奖级的。文献参考： 1、小木虫科研交流网站：奇异的“热凝水”现象 2、自引用：自然辩证法之争--热聚变/冷聚变，冷凝/热凝，冷超导/热超导。。 3、自引用：简讯：千瓦厚实验室发明了有限空间受控人工微降水大气潜热回收机 4、自引用：另类有效加热空气的方法—几乎没人知道！ 5、自引用：气液相变的分子动力学一瞥，及其社会学拓扑。 6、1吨淡水可产640度电的证明：水气凝结速率与热功率的当量关系、传质及能量密度分析 7、自引用：是低温水蒸气还是高温水蒸气可释放的潜热大？ 8 、 Characteristic infrared radiation of the first-order phase transitions and its connection with atmospheric optics by V. A. Tatarchenko 9 、 First Order Phase Transitions as Radiation Processes by Vitali A. Tatartchenko , Pavel V. Smirnov , Yong Wu 10、科学网新闻：博士写“最美味论文”8万字论八角对卤鸡肉影响 11 、本网刘立博主：这个博士论文很接地气：八角茴香对卤鸡肉风味的影响; 6632 次阅读|44 个评论

宏观热力学与微观热力学的吻合是巧合吗？: 热度 3 kiwaho 2015-2-4 06:36; 水的热力学性质一直是我的研究兴趣。在稍早前的一篇文章里，谈到了基于实验验证的关于水的微观热力学数据，得出了一个结论：在常温水蒸气凝结过程中，平均每个水分子摊到0.4电子伏特的红外光子辐射能量。详情见：气液相变的分子动力学一瞥。至于宏观的热力学数据，可以从很多来源查找，例如美国标准技术学院的官方网站： http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/ 。常温常压下水的凝结潜热 = 2402.3 - 83.9 = 2318kj/kg。其实，有了上述宏观尺度的数据，理论上可以用数学的方法演算出微观尺度的对应数据。方法如下：先求1kg的水有多少个水分子H2O。既可以用涉及摩尔概念的阿伏加德罗常数，也可以从原子量硬计算。每个水分子的质量=分子量18个原子量单位。每个原子量单位对应1.66*10^(-27)kg，基本上相当于一个质子或中子的质量。 So，1kg水大约含有水分子数目= 1/（18*1.66*10^(-27)）= 3.35*10^25 个H2O。 Then,每个水分子摊到的凝结潜热= 2318*1000/3.35*10^25= 6.92*10^(-20)J（焦耳）。已知1个电子伏特1eV = 1.6*10^(-19)J。因而每个水分子可摊到的潜热=6.92*10^(-20)/1.6*10^(-19)= 0.43eV。回过头看看实验测到的微观热力学数据0.4eV/每H2O，不得不惊呼两者惊人地接近！我们再来计算，如果观测得到的单水分子释放的能量0.4eV，最终来源于一个光子的话，这个光子的波长该是多少呢？早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为E = hν。其中h为普朗克常量，v为光振子频率=光速c/波长。所以，要求的波长= hc/E。已知h=6.6260693×10^（-34）J·s， c=3*10^8m/s. 代入公式得到波长 = 6.63*10^（-34）* 3*10^8/(0.4eV*1.6*10^(-19)J/eV) =3.1*10^(-6)m, 即3.1微米，或者说波数3226cm^(-1)。该波长处于近红外谱线。凝结光子发射谱分析的实验结果，基本应证了计算结果！可见凝结潜热的释放渠道，只能是红外光子。通常的热工设备中看不到这些光子，是因为多介质换热时光子刚出来立即就地吸收，就像电路短路时测不到电压那样。因而，宏观与微观的吻合绝不是巧合！早在1968年，两位科学家W.R. Potter, J.G. Hoffman，就已经在实验室发现了物质相变过程伴随着红外光子的辐射。从其发表的论文数据来看，水蒸气凝结红外辐射的均方根光子波长也在3.1微米左右，多了一个旁证。详情及参考文献可参阅我的另一篇文章：凝结过程竟然伴随着红外光子的辐射！此文也预示：未来的热物理的发展方向，必将是热力学与光学的紧密结合。只懂传统热力学的人士也许会发现无所适从，而感叹不补修光学则以前的热力学就白学了。顺便说一句：善于从已知的宏观尺度，推演到微观尺度，或者反过来，从微观反演宏观，这是研究人员的基本技能。早先的一篇文章正是这样的例子：尺度变换诱发的想象力聚焦水分子蒸发的精细过程。; 4502 次阅读|5 个评论

简讯：千瓦厚实验室发明了水蒸气大功率红外准激光器: 热度 2 kiwaho 2015-1-16 23:13; 千瓦厚实验室近期向美国专利商标局申请了一项新发明专利：蒸汽锅炉驱动脉冲大功率红外准激光器及其热机应用。该发明基于1968年两位科学家W.R. Potter J.G.Hoffman的科学发现：物质相变过程中潜热以红外辐射的方式释放出来。他们对100度的水蒸气的冷凝实验证实，辐射的红外光子波长在1至4微米之间。该技术没有限制锅炉的加热方法，既可以用沉浸式电加热器，也可以用外燃式加热，例如野外燃烧柴禾，木炭，液化气。以此技术生产出来的激光器，其性能价格比远远优于传统的大功率二氧化碳激光器。如果以外燃方式加热，温控系统没有电力供应，则需要人工把握火候。该发明装置输出的强汇聚光束本质上不能称之为真正的激光，仅仅具有相当于激光的单向会聚性，然而相干性不好，而且单色性不太理想。虽然主辐射能量集中在3.19微米，但仍有10%左右光子能量分布在1 至4微米之间。故称之为“准激光”，或“伪激光”。曾在专利申请文件用词方面，纠结过到底是quasi-laser好，还是pseudo-laser好。经专业人士点拨：“反正其未来应用定位于光束的热能量利用，至于相干性、单色性，认真你就输了！”，最后就凑合着用quasi-laser，也许算善意的忽悠吧。千瓦厚将在今后的发明中，逐步在相干性及单色性方面改进。所幸相干性和单色性并不影响光束的点加热能力，因而可以像二氧化碳激光器一样，用于金属切割，医疗手术刀，或者军事应用等。该发明以特殊设计的红外光学谐振腔，汇聚了水蒸气凝结时释放的近红外光子。正宗的激光大师们可能略显失望。因为难以看到该发明何处体现了一般激光器的粒子数反转、光子泵等概念。材料应用了价格昂贵的高纯度石英晶体，所幸用量相对设备总投入比例不算大。关注千瓦厚的朋友可能注意到，我的早先文章大谈特谈自然凉水蒸气潜能的开发利用，因而会奇怪本新型水激光器发明，为何不用免费能源而要耗费燃料烧锅炉？没错，此发明中的人工热蒸气理论上确实可以被自然凉水蒸气替代，但好的发明需要追求应用的便携性、能量密度、启动性能等参数。天然凉蒸气潜能提取涉及大尺度结构和重量，而且启动时间较长，典型情况下半小时左右。试想如果应用场合是作为野外使用的对空武器，大尺度结构显然机动性差，而且过长的启动，会错失天空移动目标。该激光器可以用于修改现有Rankine热机循环，将热机做功后的尾蒸汽（泛气）接入红外光束发生组件，携能光束再经过特制柔性光纤，远程传输到锅炉用于加热液态工质，协助锅炉主加热器产生做功蒸汽，从而节省大量燃料。激光组件排液口流出的液态工质被泵送到锅炉，接续热力学循环。修改后含有激光热能反馈环节的热力学循环，称之为魏氏热力学循环，可以越狱卡诺循环的效率魔咒，最终提升等效热机效率达90%以上。该循环方法将低温泛气凝结潜热释放的红外光子高强度汇聚后，以红外伪激光的方式，经由传统意义上本应作通讯用的光纤，传导到锅炉的高温加热源闪蒸出做功蒸气，貌似违反了热力学第二定律，但确是切实可行的创新。专利申请号：US 14/555,378。有兴趣的读者，可以静候USPTO大约18个月后实质审查前的公开出版。有兴趣商业合作推广的人或实体，现在即可洽商走程序，并索取专利申请书全文。专利申请并不意味专利将来一定能获得专利权。在未来的内容公开期，不服气的人士都可以向专利局提交异议书，或者抱怨我的技术不具备新颖性，或者抱怨我要求的权力太广泛导致不利于其他人的类似创新。我鼓励大家不要怕得罪千瓦厚，到正式公开及实质审查阶段，确有异议可大方地提交异议书。; 3988 次阅读|4 个评论

水蒸气光谱吸收的挑食与液态水的光谱通吃: kiwaho 2015-1-16 07:46; 水蒸气混迹于大气中，一方面让大气窗口波段内的光子畅通无阻，为空中红外光遥感遥测打开方便的后门，另一方面因吸收大气窗外的光子带来严重的温室效应。液态水太重口味了，全谱范围内的光子竟然通吃。水面被光子入侵后，不停蒸发出曼妙的水蒸气，补充进大气。幸亏天上的水蒸气没有地面的液态水那么贪吃，对太阳光谱有收有放，否则人类只好在暗无天日下摸黑生活。李小文院士通过大气窗口，研究了一辈子遥测信息处理，如今功德满华夏得道升天了。唯望老先生在天之灵保佑所有爱他怀念他的众生。虽不知道这灵之仙光该划分在哪个波段，想必一定能不受任何波段窗口的羁绊，罩着他生前所爱的众生！雾霾是当代中国气象的重要特点。可以肯定地是：雾霾里的大气窗口一定不同于清洁大气的大气窗口。西方的科学家已经率先贡献出正常蓝天下的大气窗口试验数据。中国的光学界、遥感遥测界、气象学界科学家，这次真的不好意思再次坐等享受，身处蓝天碧水的西方科学家，提出雾霾修正后的大气窗口试验数据。将你们一军，赶紧完成这项工作吧，别指望西方科学界代劳！就算西方愿意做也没条件，还得不远万里来到中国。下图为清洁大气吸收光谱图，红外大气吸收窗口在图上显而易见。图中反映了水蒸气和二氧化碳对大气窗口的共同影响。（该图来源于链接http://chuansongme.com/n/175643）; 8537 次阅读|0 个评论

凝结过程竟然伴随着红外光子的辐射！: 热度 2 kiwaho 2015-1-14 21:50; 人类早在 1968年，两位科学家W.R. Potter, J.G. Hoffman，就已经在实验室发现了物质相变过程伴随着红外光子的辐射。之后很多同行在实验室重现了两位前辈的实验结果，且推断并进一步证实蒸气凝结成液体时，其潜热本质上全部以红外辐射的方式释放。只是传统的接触式热交换器“短路”或者说掩盖了光子的辐射。这么说天上的云朵在怄雨时，天地之间都要被这看不见的红外“火烤”？气象学家认为上苍把降水辐射出的红外能量大部分扔到遥远的天际，小部分扔回地球，这就是为啥雨天闷热，雪天不冷的原因。下面的沸点水蒸气凝结时的辐射测试图，摘自那两个前辈的论文。可见在1-4 μm 范围内的积分辐射强度比对应100 摄氏度的Plank 辐射至少高4 倍。其中在1.54微米出现峰值。感兴趣的读者，可以下载那两个物理学家正式发表的论文： http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0020089168900353; 3106 次阅读|5 个评论

[转载]千手观音凝结水的红外热成像检测技术--物探与化探: hanzhongren 2013-5-16 17:40; 千手观音凝结水的红外热成像检测技术--物探与化探; 1 次阅读|0 个评论

红外信号处理器 PIR control circuit: WanghuataoHIT 2013-4-8 22:03; 红外信号处理器 PIR control circuit PIR-passive infrared BISS0001 上海京西 CS9803 Shenzhen M7612 Shenzhen LP8072 深圳市旻瑞电子有限公司 TM2291 深圳市天微电子有限公司 TL0001 深圳市兆通微电子有限公司 E931.97 ELMOS SF389 PIR alarm KC778B LS6506R 处理器介绍英文; 个人分类: 科普|2939 次阅读|0 个评论

再见，触摸屏！Leap Motion即将发售: 热度 2 skythc 2013-2-28 10:35; Leap Motion昨天宣布，其体感交互控制器将于5月13日对之前的预订者发货，5月19日正式登陆百思买，价格79.99美元。本人前几天在车库咖啡体验了一把原型机，有第一代USB那么大小，最大识别精度可达0.01mm。而且识别非常迅速，真是如宣传所说“快过显示器刷新率、快到人类无法察觉延迟”。将来的三维作图和游戏将更加直观和符合直觉。其原理其实和鼠标差不多，都是摄像头、红外LED、信号处理IC。为了得到三维信息，采用有多个红外镜头及相应的算法。; 2348 次阅读|2 个评论

Influence of altitude on aero-optic imaging 气动光学许亮: alvinlxu 2011-7-9 16:10; 高度对气动光学成像偏移的影响 Liang Xu and Yuanli Cai Applied Optics, Vol. 50, Issue 18, pp. 2949-2957 (2011) Website： http://www.opticsinfobase.org/ao/abstract.cfm?URI=ao-50-18-2949 Full Text: 2011_L. Xu and Y. L. Cai_Influence of altitude on aero-optic imaging deviation.pdf (1194 KB) 欢迎同行下载，交流，引用。; 6372 次阅读|0 个评论

玖儿可以谈谈群论和红外拉曼选律吗?（补记）: 热度 14 qiongfeng 2011-5-18 05:51; 补记：这篇博文内容不好玩，慎阅。玖儿以前学选律的时候都是以波函数为基准，国内大部分教材都这么写的。那天刚好看到了群论里面谈选律，觉得前所未见，惊呆了，从这另一个视角去看选律，又有了新一层的认识，于是想分享给大家看一看。但内容还是不好玩，玖儿也没讲的很清楚，实在是对不起了。自从在某一篇博文中某个大人物出言不逊，被玖儿骂回去后，玖儿的博客就一直有一些匿名的不太和谐的声音（辛苦编辑了，跟在后面删贴不容易）。有人认为，苍蝇不叮无缝的蛋，认为玖儿伪90，缺乏思考，玖儿这种水平不适合科学网。对于文字文风，玖儿深感抱歉。玖儿小学作文从来没有学好过，是个失败品（尽管后来TOEFL和GRE作文高分），玖儿当努力改进。但攻击玖儿文章内容缺乏思考思想不健康，认为玖儿是有缝的蛋。玖儿只是想说，您这种论证，似乎给强奸犯找到了最好的理由。废话少说，玖儿决定以后写您认为的“严肃”“健康”的文章，玖儿在科学网玩得很high，恕不能如您意转战其他的论坛。今天，玖儿想班门弄斧，谈谈群论和红外拉曼选律。学数学的可能更熟悉群论，玖儿才疏学浅，只想讲讲群论在化学光谱中的一个小part。如若有错，也请您不吝赐教。 1、依据对称性可以将分子划分为不同的点群，如H2O，属于C2v点群，如BF3,属于D3h点群。如图1：以C2v H2O为例，共3N=9个自由度。将H20置于以x,y,z为基准的cartesian坐标系下。对9个自由度，分别作对称变换，我们可以得到如图2: 简化一下，我们就可以得到C2v点群的矩阵表达，如图3： 2、红外光谱基于偶极矩（dipole moment)的变化。红外吸收光谱的波长取决于分子的振动波长，强度取决于由于分子振动导致的偶极矩的变化(@u/@Q)^2。这里红外吸收的选律指的是获得信号大的吸收光谱，就是获得大的偶极矩的变化。对于红外这些振动光谱，着眼的是分子的振动。将cartesian坐标系转换为以r,theta,phi为基准的角坐标系更有利于红外拉曼的表达。在角坐标系中，将偶极矩看作是一个矢量（vector）。如果以偶极矩和分子中心为一平面，饶着垂直于这平面的轴转动(比如说对称轴C3v)，偶极矩会发生变化。有红外活性。图4 简化一下，用这种红外活性的transform用character来表示：图5 再把它放进C3v点群里，分散，得到图6：再放到Cartesian坐标系里，得到图7： A1和E这两类振动形式是红外活性的，A2是非红外活性的。 3.拉曼散射光谱是基于极化率(polarizability)的变化。同红外一样，极化率变化的表达方式，再放到群里分散，再转换坐标系。得到图8。 A1和E这两类振动形式是拉曼活性的，A2是非拉曼活性的。恩，玖儿好累，不玩了，有这闲工夫还不如去跑跑marathon.就这样，谢谢阅读，欢迎讨论，详情请咨询N.B.Colthup。散花，退场。; 3107 次阅读|21 个评论

青海玉树地震一周年祭: 热度 4 readnet 2011-4-13 14:40; 青海玉树地震一周年祭在武汉“大陆地震成因与强震预测学术研讨会（２０１０年１１月５日－６日）上，李志平同志做了“利用卫星红外云图‘震象云’ — 预测青海玉树7.3级地震”的报告。经李志平本人许可，本文转载其报告中的部分卫星云图资料。扩展阅读利用卫星云图预测地震 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=45556do=blogid=432035 谁预言了日本海啸? 作者早报讯发表于2011-04-12 04:42 袭击日本北部沿海的巨大海啸几乎震惊了所有人。　　早报讯袭击日本北部沿海的巨大海啸几乎震惊了所有人。但宍仓正展对此却早有预料。他说，浮现在自己脑海里的是一句日语“yappari”，意思是“差不多”。他说，果然，海啸真的来了。　　在日本“3·11”特大地震海啸发生一个月之际，41岁的地质学家宍仓正展对华尔街日报说，这就是我以前曾预想到的自然现象。现在，他已成为了日本的灾难预言家。　　宍仓正展博士对古老地球层的研究使他相信，每隔450年至800年，太平洋的板块碰撞就会引发海啸，冲毁日本宫城县仙台市附近地区及福岛县。早年有一次海啸为历史学家所熟知。据一部编年史的记载，那次海啸由公元869年Jogan地震所引发，1000人丧生。宍仓正展博士曾找到有力证据，说明在同一地区后来又发生过一次海啸，时间很可能是在公元1300年至1600年之间。　　宍仓正展与同事在2010年8月的一篇文章里写道：我们不能否认，此类海啸在不久的将来可能还会再次发生。这篇文章刊登在筑波活跃断层和地震研究中心出版的一本刊物上。该中心是一个政府资助机构，宍仓正展就在那里工作。　　据华尔街日报报道，宍仓正展原本准备将这一消息公之于众。他所在的研究中心当时也开始制定向民众分发地图的计划，好让人们知道哪些地区存在风险。他原定于3月23日向福岛县官员解释自己的研究成果。宍仓正展的老板冈村行信甚至早在2009年一个官方委员会召开的讨论核电站安全性的会议上就提到过上述研究成果。冈村行信说，当时加强预防海啸的准备这一想法没人认同。　　3月11日地震时，宍仓正展在位于八层楼高的办公室里，书架和电视都砸到了地上。他已经找到了七层临时办公区，他曾在这里讨论过海啸预警，但却没能引起注意。宍仓正展说，很不幸，这个预警未能及时被通报。但他觉得自己的研究成果受到冷落也不奇怪，他记得一位当地官员不愿帮他为这项研究挖地洞，还把这种努力称之为“讨厌的行为”。他的研究属于一个叫做“古地震学”的新兴领域。这个专业的前驱西耶说，从事这个行当的几十个人注定是默默无闻的。人类的天性是相信自己亲眼见到或熟人亲眼见到的东西。西耶说，人类并不是生来就能够理解这些500年一遇的事件。西耶曾任职于加州理工学院，现在是新加坡地球观测与研究所所长。　　报道称，宍仓正展打小喜欢收集东京郊外山上的化石。他说他在高中就意识到，地质学是可以回答有关过去的问题的。他的研究方法比较简单。宫城县土壤丰富，但土壤中间夹杂着砂砾层，宍仓正展说，这些砂砾肯定是被海啸从海岸冲过来的。通过对砂砾层的研究，他的团队得以估计出这些海啸发生的大致日期，其中最早的是在3500年以前。　　在3月11日的9.0级地震中，一些住在远离海岸的人们以为自己是安全的，于是不紧不慢地换衣服或打电话。另一些人目睹灾难上演，却不向高地逃命。他们印证了宍仓正展去年有关当地海啸的文章：公众几乎完全不知道，过去8级以上地震引发的强烈海啸曾经淹没深入陆地最远三到四公里的地区。　　现在，宍仓正展的团队正在研究位于日本南部的南海海槽。这个海槽有可能引发海啸袭击四国岛和纪伊半岛。宍仓正展说，这个地区似乎每400到600年就发生一次大海啸，最近的一次发生在1707年。　　这些粗略的计算说明，发生大海啸的危险至少是一个世纪过后的事情。但宍仓正展说，“我们最好是注意一下。” 美籍教授认为日本地震预测毫无效果应立即停止 2011年04月14日 11:25 来源：中国新闻网字号: T | T 0 人参与 0 条评论打印转发 http://news.ifeng.com/gundong/detail_2011_04/14/5738069_0.shtml 中新网4月14日电据共同社报道，14日的英国科学杂志《自然》网络版刊登了美籍东京大学地震学教授罗伯特·盖勒一篇论文。盖勒在文中写道，“日本政府应立即停止毫无效果的地震预测。” 盖勒认为，“日本全国(始终)置身于地震的危险中，无法评估特定地区的风险”，他希望日本国民与政府为“意料之外”的危险做好准备。此外盖勒提议，“眼下正是(政府)坦白告诉国民地震无法预测的最佳时机。”这篇发表于全球性科学杂志的论文可能将对地震多发国日本的预报政策带来影响。文中就作为预测根据的地震前兆现象指出“使用现有的测量技术还无法发现”，并分析道“1979年以后日本国内造成10人以上遇难的地震，都是发生在预测结果显示概率较低的地区。”日本还预测东海、东南海和南海面临发生里氏8级以上地震的风险，但该预测方法在理论上存在缺陷。此外，有关福岛第一核电站事故，盖勒认为“1896年东北地区遭最高38米海啸袭击的明治三陆地震全球皆知，核电站当然也应做好应对措施，所谓‘意料之外’的说法不值一提。”; 个人分类: 地震探秘|5245 次阅读|23 个评论

组合数码装备之007间谍装备: creator 2010-5-19 15:19; 第一种：1+2 假设是一款具有照相功能和GPS功能的手机，那么就可以利用这两个信息方便的做地图标注，上传的图片，直接就能到指定位置。开发这样的产品可以作为虚拟街景广告使用。旅游使用。还有其他很多应用开发可用于其上。第二种：1+3 偏光片不是简单的放在镜头上，而是将偏光片按一定空间架构结合起来，形成探测光线方向的记录仪。给出光线与照片视角的夹角，在拍摄及光线补偿上可以给出最合理的设置，同时可以记录拍摄点的光想方向，用于反演。第三种：1+4 陀螺仪与数码照相与摄像的结合，特别是与摄像的结合，可以使得普通拍摄的影片更易于后期处理，负载了陀螺仪数据的视频流可以方便方向矫正。比如丛林追逐的拍摄，有了陀螺仪的矫正后，可以得出较平稳的画面，这有利于降低运动拍摄的成本，提高其质量。同时它也能提供拍摄面的准确三维方向。第四种：1+6 可以得出准确的摄像距离，对于调焦及收集信息有很大的用途。第五种：1+8 电子指南针能给出南北地理信息，可以给照片更好的确定地理方向信息。第六种：1+2+3+5+8 这种组合可以很准确的给出拍摄的地理坐标，方向及光线还有时间参数。能够反演出很多未知信息。比如一个战地记者或侦查员在黑夜及混乱或慌乱中利用这些设备拍摄，那么可以完整的反演出地理位置，目标分布位置，光照等信息。如果加其他传感器还可以获得更多信息。第六种：1+7 解释下，为什么用剃须刀，这里是借其头，大家都知道现在炒得比较厉害的是，立体照相机或摄像机，那么利用两个头拍摄，利用偏正片繁衍回来就可以获得立体的效果。但是如果你想获得更多的信息，需要将两个头改为三个头，特别是情报收集的时候，三个头更有意义。第七种：1+2+3+4+5+6+7+8+9 这是一款超级007装备，它可以作为间谍或狗仔队收集情报所用，其收集信息的能力绝不是现在的数码相机可以比拟的；它也可以作为安保监视所使用，特别是针对恐怖主义活动猖獗的地方，其游动性及可反演特征可以使其发挥巨大的作用。怎么个组合利用法，嘿嘿~！; 个人分类: 未来科技|1983 次阅读|0 个评论

【基础知识普及】红外中的红移和蓝移: kinglee 2010-4-23 16:25; 不同颜色的光线的频率不同，把不同颜色的光线按频率从小到大（或从大到小）连续的排列起来，就得到光谱。根据多普勒效应，当光源和接收光线的物体有相对运动，而且远离接收光线的物体时，物体收到的光线的频率比实际光线的频率要短，由于红光的频率比蓝光短，所以光源发出的光线在光谱上会向红光的方向偏移，称为红移。当光源和接收光线的物体有相对运动，而且光源靠近接收光线的物体时，物体收到的光线的频率比实际光线的频率要长，由于红光的频率比蓝短，光源发出的光线在光谱上会向蓝光的方向偏移，称为蓝移。红外光谱中，红移是指峰向低频（波数）移动；蓝移指峰向高频（波数）移动。; 个人分类: 分析化学|45130 次阅读|1 个评论

TTM中医药应用的理论方法概要续一: 热度 1 zhj71626 2010-4-2 16:13; TTM 中医药应用的理论方法概要续一潘谊国赵宏杰孙永章于建成于建国张笑波雷钧涛 1. 红外技术在中医诊断学的运用　红外技术在中医中药都有应用，中药的应用主要是近年来的中药红外指纹图谱。这个不是我们讨论的重点。中医学的运用包括诊断和治疗两方面，我们在 TTM 这里主要讨论的诊断方面的应用。之前，中医界应用红外技术在诊断方面，主要是面诊，舌诊，穴位、经络，疾病，疾病证候，和治疗过程。这些为 TTM 的中医药应用奠定了基础。其中面诊，舌诊和疾病证候，这三方面的理论意义更大。 2.TTM 的特点引发的学术问题 2.1TTM 的特点和面诊、舌诊原理 TTM 能够通过人体体表热经断层技术推算得出体内热源的深度、强度和形状，从而对疾病进行定位、定性和定量。（从二维到三维）而且 TTM 能够方便的对全身扫描。（从面部、舌、穴位、经络到全身）之前的热成像系统主要应用于面诊，舌诊。而面诊，舌诊被认为能够反应人体内部变化。面部色诊的原理 1, 心主血脉 , 其华在面 , 手足三阳经皆上行于头面 , 故面部的血脉丰盛 , 为脏腑气血之所荣 . 2, 面部皮肤薄嫩 , 其位最高 , 其色泽变化易于外露 . 3, 易于观察 . 舌诊原理 1, 舌与经络相连 2, 舌与脏腑功能相关总之 , 人体内部的变化 , 脏腑虚实 ; 气血的盛衰 , 津液盈亏均可反映于舌象的变化 . 2.2 引发的学术问题由于 TTM 已经能够方便的观察人体内部的变化了，那么引申出来的同时也是突出出来的问题就是中医如何划分人体内部功能模块的（即面诊，舌诊中的脏腑分属）？什么是脏器？什么是藏象？寒热虚实与热成像的关系？可以不可以从伺外揣内到直接揣内？《中医学与信息科学学科交叉的几个关键问题》中笔者说：中医学的辨证以望闻问切四诊接受信息，以中医理论指导对这些信息的处理来认识人体气血的常态与病态，即辨别其病证。由于望闻问切四诊之间可能出现彼此矛盾的情况，所以需要四诊合参（即信息融合），因此四诊合参成为了中医辨证论治的原则。从信息科学角度分析这一过程可以认为，以望闻问切四诊接受的信息来源于气血，望闻问切、四诊合参这一过程与直接从气血获取信息相比，无疑增加了多个信息获取、传递、处理/再生的过程，比后者大大增加了信息失真的可能性。直指气血，直接从气血获取信息，不仅充分具备信息科学技术的可行性，而且是古代中医曾经达到和一直追求的高超境界，如史记中记载：扁鹊视见垣一方人。以此视病，尽见五脏症结，特以诊脉为名耳。从红外面诊、舌诊到 TTM 全身热成像引发的问题就是，基于人体 TTM 象的藏象证候建模之模块划分（即面诊，舌诊中的脏腑分属）。参见《 TTM 中医药应用的理论方法概要》。寒热虚实与热成像特征的关系？热成像特征与风寒暑湿燥火的关系？ 3. 藏象结构与层次新解现代中医的话语中，藏象 / 证是功能，以此为基础，我们对比下中医眼中的功能与西医眼中的功能，换个说法就是比较西医的证与中医的证。五体脏器奇恒解剖皮肉筋脉骨内脏脑髓骨脉胆女子胞经络十二正经？奇经八脉藏象躯体象脏器象奇恒之府象证躯体证脏器证奇恒之府证表 1. 藏象结构与层次新解表笔者在《涵盖奇恒之府象、 NEI 网络的藏象结构与层次新解》文中提到的内容归结为上表。 4. 其他学者的红外热成像中医应用的研究及适合 MMT 中医研究的内容 4.1 对 TTM 是宏观方法的补充《惊恐对鼠体组织损伤和中药保护机理的 F T I R 光谱法研究》：以往对于中医的研究均从西医角度出发，多选择生化、生理、病理等微观指标，而很少运用现代仪器和思路从整体角度进行观察研究，这种方法在使中医研究向深层次发展的同时却失去了中医整体观的特色。本文运用红外光谱法从物质代谢的整体角度研究了惊恐及补肾中药对机体与脏器的影响，结果不仅证明了前人的研究成果。扩大了红外光谱法的应用范畴，而且为中医的现代整体研究拓宽了思路。 4.2 对寒热与温度关系的近似看法《红外热图温度与肿瘤中医证型的关系》：红外热图通过测量机体皮肤温度来显示人体能量代谢的变化而提示疾病的仪器，而寒热、阴阳证型的变化通过许多的学者研究也归结为代谢、产热的不同。故我们可以通过红外热图测得温度分布和温差的不同，而分辨不同的证型。 4.3 应用红外热成像或者 TTM 研究中医的可行性《乳腺增生病患者舌面各部红外辐射光谱比较》：中医学理论核心是注重整体辨证观和动态平衡观。红外技术可以获得人体连续的、动态的红外信息，因此，用红外技术来研究中医学的基本理论。如藏象经络学说和辨证诊断研究，在方法论是吻合的而且红外技术的特点是人体表面热辐射信息的收集和分析，也符合中医有诸内必形诸外、司外揣内、以象察脏的诊断思想。将红外辐射光谱引入中医药现代化研究具有广阔的前景。 4.4 《老年患者不同证型红外热象舌图温度负荷的变化》：以前的研究表明，不同中医证型的患者红外舌图的变化各有其特征。红外热象技术近年来在中医药领域的应用不断深入，，运用红外热象舌图观察舌质的变化科学性强，便于操作、保存、分析、对比，且直观、无痛苦。我们以往的研究表明，不同辨证分型的红外舌图与正常人有明显区别，不证型间红外舌图亦各不相同，，，结论：老年不同中医辨证分型的红外热象舌图各有其特征，红外热象舌图直观、重复性强，可作为中医辨证分型和疗效判断的临床指标。 4.5 寒热虚实与热成像关系《不同人群舌红外热象观察及动物舌血液灌注率测定》：本课题是用热科学的理论与方法对传统医学中的舌诊机理进行研究，通过新的实验与理论分析说明中医舌诊的科学性和客观性，运用生物传热学等交叉学科的理论对中医学理论体系进行研究。 4 讨论上述结果说明，舌温可以帮助辨识寒热虚实证侯，也印证了阴虚生内热，阳虚生外寒的中医理论。冠心病患者舌尖部温度最低，消化系统疾病舌中的温度显著增高，与中医舌尖主心，舌中主脾胃的舌诊分部理论相一致。此实验结果为舌与脏腑的关系研究提供了科学依据，同时也论证了中医关于舌面不同区域与脏腑相关的理论。用生物传热的理论分析认为，中医舌诊中所注重的舌色主要受舌的血液灌注率、血氧含量及血液流变学等参数的影响，使舌面温度受到影响而反映于舌色，而其中血液灌注率项占主导因素。不同的舌色可以由舌面温度来反映，而温度与舌内的血液灌注率又有一定的特征关系。所以通过此关系曲线和测取的其它生物参数进行合理的分析处理，在生物传热理论的基础上加以抽象概括，可以得出可用以定量分析和描述舌体传热规律的数学关系式。 4.6 中医界对红外热成像中医药应用的认识《红外技术在中医学的运用》：上世纪 8 0 年代以来，红外技术被广泛运用于中医诊断辨证、经络俞穴、实验动物等研究领域。 5 评价与展望近十余年运用红外技术研究中医理论及临床取得了一定的进展，可以预计红外技术会有更大的发展空间和良好的发展前景。为进一步完善红外技术在中医理论及临床的研究，今后应关注以下 3 个方面的问题： ( 1 ) 研制具有中医特性仪器及明确仪器诊断指标：统一仪器检测指标，扩大样本数，增加客观描绘，明确实验指标诊断的特异性、敏感性。 ( 2 ) 深化中医理论的研究：由于体表所反映的病证并不完全来自体内，也可能就是体表本身的功能障碍。所以目前的红外热像仪诊断存在一定的局限性，而运用红外断层热扫描将有助于这个问题的解决，并深化中医理论的发展。 ( 3 ) 加强中医、物理、机电等各个学科的合作：注意各科研单位之间的协作，将各相关学科更好地结合起来，是色诊客观化研究取得突破的关键。总之，中医学的理论核心之一是整体观念，而红外热像仪可以获得人体连续的、动态的红外信息。因此，用热像仪来研究中医学说在思想内涵上是一致，而且热图像的特点是人体表面信息收集，也符合中医形于外藏于内、内外合揣的原则。目前中医临床望诊主要是靠肉眼的视觉，这种视觉望诊需有丰富的临床经验而且缺乏定量的指标。因而，进一步开展相关的理论和实验研究，借助现代红外检测技术，探索中医望诊的定量化诊断依据，对于今后中医辨证研究的深化具有重要意义。 4.7 《远红外线热层析系统对老年病中医诊断的运用》：结论：远红外线热层析系统对中医诊断中阴阳寒热的辨证有一定的指导意义。; 个人分类: 重点推荐文章|3864 次阅读|1 个评论

[转载]土卫一的热红外影象: chenzhao 2010-3-30 09:20; http://saturn.jpl.nasa.gov/news/newsreleases/newsrelease20100329/; 471 次阅读|0 个评论

[转载]热释电红外线传感器: kxj5639245 2008-6-18 11:29; 热释电红外线传感器热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的盲区和高灵敏区，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从盲区进入高灵敏区，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 ? 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。被动式热释电红外探头的优缺点　　优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 ??缺点： 1、容易受各种热源、光源干扰。 2、被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 3、易受射频辐射的干扰。 4、环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。抗干扰性能　　1、防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。　　2、抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。　　3、抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器的安装要求　　红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件：　　1、红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。　　2、红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。　　3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。　　4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。　　红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。热释电红外线传感器应用电路图（原文 http://blog.163.com/luxd2006@126/ ）; 4272 次阅读|0 个评论

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