Принцип действия инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).
Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
Теплота, переданная при этом от нагретого тела к холодному, определяется по закону Стефана-Больцмана.
[править]
Применение инфракрасного излучения в промышленности
Инфракрасные лучи мало подвержены поглощению и рассеянию атмосферой, обладают большой проницаемостью. Эта особенность позволила применить их в различных областях промышленности и коммунального хозяйства. Инфракрасное излучение широко используется для термической обработки различных материалов (плавка, ковка, штамповка, закалка и отпуск, сушка, полимеризация, стимулирование химических и биологических процессов и т. д.).
При обогреве промышленных помещений системами конвективного отопления теплый воздух поднимается в верхнюю часть помещения, создавая «тепловую подушку», которая перегревает верхнюю зону и значительно повышает теплопотери через строительные конструкции и вентиляцию. Рабочие места при этом часто требуют дополнительного обогрева. Использование лучистого отопления полностью исключает подобную ситуацию: комфортная температура создается на уровне 2,5 м от пола.
Инфракрасный нагрев (техника инфракрасного нагрева) является одним, из прогрессивных способов термической обработки материалов и отопления (обогрева) помещений. Он дает большую производительность обработки материалов и высокое качество обрабатываемых изделий. Помимо электрических инфракрасных излучателей, применяют также газовые горелки инфракрасного излучения.
Применение излучающих газогорелочных устройств для технологических нужд позволяет в несколько раз сократить продолжительность технологических операций, улучшить качество обрабатываемого продукта, уменьшить количество потребляемой энергии, упростить и автоматизировать пуск-остановку агрегата и его регулирование. Однако следует иметь в виду, что для каждого вида продукции должен быть разработан свой особый технологический режим обработки инфракрасными лучами.
Например, современные инфракрасные сушильные установки на автомобильных и других заводах представляют собой туннели, на внутренних поверхностях которых установлены светлые или темные излучатели. Сушка окрашенного автомобиля в таком туннеле длится всего примерно 10 — 15 мин. Камера оборудована приточно-вытяжной вентиляцией. Кузова автомобилей омываются по¬током нагретого воздуха. Такое сочетание конвективного и инфракрасного методов сушки значительно экономит тепловую энергию.
Сушка эмали инфракрасными лучами происходит в камере при более низкой температуре внутреннего воздуха в ней, чем при конвективной сушке. Это позволяет избежать порчи при¬боров, которые могут быть смонтированы до момента сушки покрытия. Вместе с тем температура подложки достигает требуемых значений. Метод инфракрасного нагрева незаменим для сушки последнего наружного слоя лака на собранных автомобилях. Инфракрасные лучи так быстро просушивают отделочный слой, что не успевают повредить нетеплостойкие детали.
Конструкция газовой горелки инфракрасного излучения
При проектировании газовых инфракрасных излучателей, можно выбрать два конструктивных решения:
Металлические листы нагреваются снаружи маленькими газовыми факелами или посредством потока горячих отработанных газов. При этом листы в соответствии с их размерами, температурой и состоянием поверхности создают диффузное инфракрасное излучение.
Стехиометрическую газовоздушную смесь пропускают либо через пористые или перфорированные пластины из керамического материала, либо через металлические сетки и сжигают ее на поверхности последних.
В первом случае продукты сгорания не соприкасаются с материалами, нагреваемыми с помощью инфракрасного излучения в изолированном пространстве печи (например, в туннеле); при втором — горячие продукты сгорания поступают в сушильное пространство, то есть соприкасаются с нагреваемыми материалами.
В зависимости от температуры насадка, различают «тёмные» и «светлые» горелки. При температуре насадка до 600 °C горелка считается «тёмной», свыше 600 °С — «светлой». Связано это с тем, что насадки «светлых» горелок светятся в видимом диапазоне, подобно лампам накаливания. Однако, большая часть излучения (порядка 60 %) по-прежнему представляет тепловое излучение.
В «тёмных» горелках зачастую предусмотрен принудительный отвод продуктов сгорания. Продукты сгорания газа в «светлых» горелках выводятся системой общеобменной вентиляции из верхней зоны помещения, реже — системами местной вентиляции.
Основные элементы газовой горелки инфракрасного излучения: 1 — рефлектор; 2 — каналы в керамическом насадке; 3 — керамический насадок; 4 — распределительная коробка; 5 — смеситель-инжектор; 6 — форсунка.
Литература
Газовые горелки инфракрасного излучения. А. И. Богомолов, Д. Я. Вигдорчик, М. А. Маевский./ М. — Изд. Литературы по строительству, 1967 г. — 257 с.
Галдин В. Д. Сжигание газа. Газогорелочные устройства: Учебное пособие. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. — 136 с.
Токарев П. С. Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение в промышленности. //
Теоретические знания — в практические дела: в 2-х частях. Ч.1. /Омск: Филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске, 2009. — 323 с.
Стандарт АВОК 4.1.5-2006 «Системы отопления и обогрева с газовыми и инфракрасными излучателями»
Применение инфракрасного излучения в медицине
-ЛЕЧЕНИЕ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫМ ИК- ИЗЛУЧЕНИЕМ
-ВЛИЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ ИММУННОГО ОТВЕТА И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ТИМОЦИТОВ КРЫС
-ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - МЯГКИЙ ПОДХОД К ЛЕЧЕНИЮ БОЛЕЗНЕЙ
-ПРИМЕНЕНИЕ УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫХ ИК-ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В ЛЕЧЕНИЕ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
-МОРФОГЕНЕЗ СПАЙКООБРАЗОВАНИЯ В БРЮШНОЙ ПОЛОСТИ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
-ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИК-ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В ПРАКТИКЕ СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
-ОПЫТ ЛЕЧЕНИЯ АДЕНОМЫ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ
-ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ СПАЕК В БРЮШНОЙ ПОЛОСТИ
ОПЫТ ЛЕЧЕНИЯ ГРИППА УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫМИ ИНФРАКРАСНЫМИ (ИК) ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ
ЛЕЧЕНИЕ ХРОНИЧЕСКОГО АДНЕКСИТА УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫМИ КЕРАМИЧЕСКИМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ С КЕРАМИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ЛЕЧЕНИИ ЯЗВЕННОЙ БОЛЕЗНИ ДВЕНАДЦАТИПЕРСТНОЙ КИШКИ
ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - ТРАДИЦИИ И СОВРЕМЕННОСТЬ, ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ
ПРИМЕНЕНИЕ УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В ЛЕЧЕНИИ ЭПИДЕМИЧЕСКОГО ПАРОТИТА
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЗКОСПЕКТРАЛЬНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В ПНЕВМОНИИ
ЛЕЧЕНИЕ ГАНГРЕНОЗНЫХ ПОРАЖЕНИЙ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ИК-ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ
____________________________________________________________________________________
Источники инфракрасного излучения Мощным источником инфракрасного излучения является Солнце, около 50% излучения которого лежит в инфракрасной области. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на инфракрасное излучение (рис. 3). При фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение. Мощным источником инфракрасного излучения является угольная электрическая дуга с температурой ~ 3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела, а также различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения). Для радиационного обогрева помещений применяют спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры ~ 950 К. Для лучшей концентрации инфракрасного излучения такие нагреватели снабжаются рефлекторами. В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные источники инфракрасного излучения: ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др. Излучение некоторых оптических квантовых генераторов - лазеров также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм, лазера на смеси неона и гелия - 1,15 мкм и 3,39 мкм, лазера на углекислом газе - 10,6 мкм, полупроводникового лазера на InSb - 5 мкм и др.
Приёмники инфракрасного излучения основаны на преобразовании энергии инфракрасного излучения в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами. Существуют тепловые и фотоэлектрические приёмники инфракрасного излучения В первых поглощённое инфракрасное излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента приёмника, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое инфракрасное излучение приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники, в отличие от тепловых, являются селективными приёмниками, т. е. чувствительными лишь в определённой области спектра. Специальные фотоплёнки и пластинки - инфрапластинки - также чувствительны к инфракрасному излучению (до l = 1,2 мкм), и потому в инфракрасном излучении могут быть получены фотографии.
Применение Инфракрасного излучения Инфракрасное излучение
находит широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле и пр. Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива.
Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и инфракрасном излучени фотография, полученная в инфракрасном излучении, обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии.
В промышленности инфракрасное излучение применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении, а также для обнаружения скрытых дефектов изделий.
На основе фотокатодов, чувствительных к Инфракрасному излучению (для l < 1,3 мкм), созданы специальные приборы - электроннооптические преобразователи, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов инфракрасным излучением от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Создание высокочувствительных приёмников Инфракрасного излучения позволило построить специальные приборы - теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому Инфракрасному излучению. На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник нифракрасного излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают инфракрасное излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное инфракрасное излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель. Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.
Оптические квантовые генераторы, излучающие в инфракрасной области, используются также для наземной и космической связи.
Литература:
Леконт Ж., Инфракрасное излучение, пер. с франц., М., 1958;
Дерибере М., Практические применения инфракрасных лучей, пер. с франц., М.-Л., 1959;
Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, М., 1967;
Соловьев С. М., Инфракрасная фотография, М., 1960;
Лебедев П. Д., Сушка инфракрасными лучами, М.-Л., 1955.
|