红外监测与诊断技术是一种利用红外技术监测设备在使用过程中的状态，早期发现故障并诊断其原因、预报故障发展趋势的一门技术。从1800年发现红外线后，红外技术在国民经济中得到了广泛应用，发展过程基本是从军用到民用。工业领域的应用经历了从保证安全生产到对设备寿命的预测，从初期的红外检测逐步发展到对设备故障的早期预测和诊断，从简易诊断不断地上升到精密诊断。而且世界上各个国家几乎都是从电力工业部门的应用扩展到其他领域的多种应用。

    1．电磁波一光一红外线

    电磁波包括的范围很广，现已发现的宇宙射线，波长小于几个皮米（即10-12m），而广播采用的无线电的波长则长达数千米，电力传输用的波长更长，它们都属于电磁波的范围（如图1-1所示）。

 
                                      图1-1  红外线在电磁波谱中的位置

    光，仅是电磁波中的一小部分，它的波长区间约从几个纳米到1mm左右。这些光并不是都能看得见的。人眼可见的称为“可见光”，可见光中，波长最短的是紫光，此后是蓝、青、绿、黄、橙、红。而人眼见不到的是不可见光，其波长比紫光更短的叫“紫外线”，波长比红光长的叫“红外线”。

    1800年，英国天文学家威•郝胥尔在尝试用望远镜观察太阳过程中用于保护眼睛的方法时，意外地发现，太阳光谱各部分的热效应不同，热效应从紫色到红色逐渐增大，最大是在红色光以外，即看不见的“红外线”。

    红外线像其他电磁波一样遵循相同的物理定律：以光速传播，可被吸收、散射、反射、折射等，可用普朗克等辐射定律描述。

    红外线的波长范围是0.78μm到1000μm，这个范围通常又被分为四个波段范围。近红外区：0.78～1.5μm

    中红外区：1.5～6μm

    远红外区：6～15μm

    极远红外区：15～1000μm

    2．辐射和红外辐射

    任何一个辐射体所发出的辐射都是一束能量流，它往往由许多波长的成分组成。

    由于物体温度升高而发出的辐射，称为热辐射。热辐射有时也叫做温度辐射，这是因为热辐射的强度及光谱成分取决于辐射的温度，也就是说温度这个物理量对热辐射现象起着决定性的作用。这种热辐射的过程中，其辐射源的内能并不改变，只要通过加热来维持它的温度，即可使辐射持续不断地进行下去。

    热辐射的现象极为普遍，任何物体，只要它的温度高于绝对零度（-273.15℃），就一部分热能变为辐射能，物体温度不同，辐射的波长组成成分不同，辐射能的大小也不同，该能量中包含可见光与不可见的红外线两部分。

    物体的温度在千摄氏度以下的，其热辐射中最强的波均为红外辐射。物体温度达到300℃时，其热辐射中最强的波波长为5μm，是红外线；到500℃左右时才会出现暗红色的辉光；当温度到800℃时，此时的辐射已有足够的可见光成分，呈现“赤热”状态，但其绝大部分的辐射能量仍属于红外线。只有在3000℃时，近于白炽灯丝的温度，它的辐射能才包含足够多的可见光成分。以上这些实例说明红外线辐射是热辐射的重要组成部分，称之为“红外辐射”。

    红外辐射指的就是从可见光的红端到毫米波的宽广波长范围内的电磁波辐射，从光子角度看，它是低能量光子流。

    3．几个基本参数

为了更好地了解红外原理，在此先介绍几个常用的参数。

    (1)光源辐射出来的光（包括可见光和不可见光）的能量称为光源的辐射能量。单位是cal,erg、J。

    (2)辐射通量φe

    在单位时间内通过某一面积的辐射能量称为通过该面积的辐射能量，可称为“辐射功率”，单位是W、erg /s、cal /s。

    (3)辐出度Me

    辐出度指在单位面积上的辐射通过量，单位是W /m2。

    (4)光谱辐射量φλ

    光源发出的光，往往由许多波长的光组成，为了研究各种波长的光分别辐射的能量，还需对单一波长的光辐射作相应规定。φλ就是光每单位波长间隔内的辐射通量，单位是W /m。

    (5)光谱辐出度Mλ

    光谱辐出度指光在每单位波长间隔内的辐出度，单位是W/m3。

    4．名词术语

   （1）黑体

    黑体是指这样一种物体，它能在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收；在同样温度和相同表面的情况下，黑体的辐射功率最大。绝对的黑体是没有的。

   （2）光谱发射率ε

    不同的物体辐射能力不同，理想黑体具有最大的辐射能力，为了对其他物体辐射能力进行衡量，引入了一个参量，即光谱发射率ε，又称辐射系数，光谱发射率ε是指在相同温度及条件下，实际的辐射体与黑体的辐出度的比值。

 
黑体的辐射系数是1，而实际物体的ε小于1。

    (3)灰体

    如果辐射体的发射率ε是不随波长而变，为小于1的常数，那么这个辐射体就称为灰体。灰体和黑体之间只差一个小于1的常数。实际上，在红外、可见光和紫外的各个区域内，ε都相同的辐射体是没有的，但在某一区域内具有相同的发射率是可能的。

    (4)选择性辐射体

    ε随波长而变的辐射体称为选择性辐射体。一般的辐射体都是选择性辐射体。

    (5)辐射源

    辐射源一般分为点源和面源。点源是指尺寸小的辐射源，面源是指尺寸大的辐射源，而尺寸大小的度量依据是它们相对于观察者或探测器的距离大小（或张角大小）而定的。一般情况下，在比辐射源本身的最大尺寸大10倍的距离上观察，就可以把这个辐射源看作“点源”。当观察系统采用光学系统时，那些在探测器表面上成像尺寸小于探测器的，即不能充满光学系统视场的源称作点源，可以充满视场的源称为面源。