紅外燈使用壽命

1、紅外燈使用壽命    燈管的消耗的電能一部分轉(zhuǎn)換為有效的光能量，一部分則轉(zhuǎn)換為熱能，這是不可避免的，問題是對(duì)產(chǎn)生的熱能要進(jìn)行合理的控制和處置。當(dāng)產(chǎn)生的熱能太多，或沒有采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧r(shí)，機(jī)內(nèi)溫升過高，導(dǎo)致了燈管的過快老化引起照射距離的過快下降。特別是一些生產(chǎn)者，沒有健康的經(jīng)營理念，片面追求交貨時(shí)的性能，忽視產(chǎn)品的使用壽命，在沒有解決發(fā)熱和溫升過高問題的情況下，拼命追求亮度和距離，更是使其使用壽命急速下降。紅外線紅外光原理    在自然界中，任何物體只要它的溫度高于絕對(duì)零度(-273)，就存在分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，其就會(huì)不斷地輻射紅

2、外線。    紅外線輻射又遵循黑體定律。黑體簡單地說就是在任何情況下對(duì)一切波長的光的入射輻射、其吸收率都等于1的物體，也就是說全吸收。顯然，自然界中實(shí)際存在的任何物體對(duì)不同波長的光的入射輻射都有一定的反射(吸收率不等于1)，黑體只是人們抽象出來的一種理想化的物體模型，但黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)。    光是一種電磁波，具有與無線電波一樣的本質(zhì)。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380nm780nm，可見光波長由長到短分為紅、

3、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。紅外光線的波長在780nm1000m之間，位于無線電波與可見光之間。紅外燈按其紅外線輻射機(jī)理分為半導(dǎo)體固體發(fā)光（紅外發(fā)射二極管IR LED） 紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。    2、紅外線攝像機(jī)技術(shù)原理    紅外攝像技術(shù)分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)。    被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對(duì)零度(-273)以上都發(fā)射紅外光的原理，人體和熱機(jī)發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它物體發(fā)出的紅外光相對(duì)微弱，利用特殊的熱紅外夜視儀可以實(shí)

4、現(xiàn)夜間監(jiān)控。但這種特殊的熱紅外夜視儀造價(jià)昂貴，而且不能直觀、清晰地反映周圍環(huán)境狀況，因此在通常的夜視系統(tǒng)中較少被采用。    主動(dòng)紅外攝像技術(shù)，即利用紅外燈來產(chǎn)生紅外輻射，發(fā)出人眼看不見的紅外光去照射景物和環(huán)境，即可使用普通低照度CCD黑白攝像機(jī)或"白天彩色夜間自動(dòng)轉(zhuǎn)黑白"的攝像機(jī)或"紅外低照度彩色攝像機(jī)"去感受周圍景物反射回來的紅外光，從而實(shí)現(xiàn)夜視功能。    現(xiàn)階段的紅外攝像系統(tǒng)基本配置是：攝像機(jī)、鏡頭、紅外燈、紅外燈電源等。這里所指的攝像機(jī)要求是低照度攝像機(jī)，且紅外燈發(fā)射的紅外光能夠被該攝

5、像機(jī)接收，鏡頭也要求能感應(yīng)紅外光，其主要指標(biāo)F值（通光量）越小，夜視效果越好。    攝像效果的好壞，與攝像機(jī)及配套器件的合理選用有直接的關(guān)系。    攝像機(jī)靈敏度是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值，攝像機(jī)的靈敏度越高，對(duì)微弱光的感應(yīng)能力也就越強(qiáng)。當(dāng)然，靈敏度越好攝像機(jī)價(jià)格也越昂貴。有的攝像機(jī)廠家，隨意提高輸出信號(hào)強(qiáng)度，靈敏度不錯(cuò)，但信噪比很差，導(dǎo)致圖像"雪花點(diǎn)"很多，像質(zhì)惡劣。    不同規(guī)格CCD的攝像機(jī)會(huì)較大地影響到紅外攝像

6、機(jī)的圖像效果。目前CCD攝像機(jī)規(guī)格有1/2"、1/3"、1/4"。l/3"CCD的光通量是1/2" CCD的44%，1/4"CCD的光通量是1/3" CCD 的50%，可見1/2"攝像機(jī)晚間圖像效果最好，所以可以根據(jù)不同的環(huán)境和監(jiān)控要求來選擇不同規(guī)格的攝像機(jī)。    所有攝像機(jī)都感應(yīng)紅外，紅外線在可見光條件下對(duì)于攝像機(jī)來講是一種雜光，會(huì)降低攝像機(jī)的清晰度和色彩還原，彩色攝像機(jī)的濾光片就是阻止紅外線參與成像。要想使彩色攝像機(jī)感應(yīng)紅外線，現(xiàn)在有兩個(gè)做法，第一，切換濾光片，在可見光條件下?lián)踝?/p>

7、紅外線進(jìn)入；第二是在無可見光的條件下移開濾光片，讓紅外線進(jìn)入，這種方案圖像質(zhì)量好。紅外夜視攝像機(jī)常見故障分析    （1）防水和散熱效果不理想：    用的時(shí)間長了之后，里面或多或少的會(huì)出現(xiàn)水汽，造成這個(gè)現(xiàn)象的主要原因主要出現(xiàn)在外殼的密封效果不夠和當(dāng)時(shí)裝機(jī)時(shí)沒有考慮好溫差，當(dāng)紅外燈開啟時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)由于外部的散熱量不夠，也會(huì)使攝像機(jī)的使用壽命減少，要解決這個(gè)問題可以把紅外攝像機(jī)的外殼做成多條線槽構(gòu)成，這樣有利于散熱。    （2）夜視效果 不理想：    主要是由于

8、紅外燈的角度和功能所造成的，我們現(xiàn)在所使用的紅外燈又稱850紅外發(fā)射管，峰值波長在850，角度從5-6可以選擇的，紅外燈的角度越小，其發(fā)射距離越遠(yuǎn)，紅外燈的角度越大，其發(fā)射距離越小，這要看客戶想要什么樣的效果和什么樣的成本。視頻信號(hào)的標(biāo)稱值為1Vp-p，標(biāo)準(zhǔn)值為0.7Vp-p，最低照度時(shí)的視頻信號(hào)值為1/3到1/2的標(biāo)準(zhǔn)植。所以攝像機(jī)在最低照度時(shí)的圖像，決不會(huì)“如同白晝一樣”。另外，攝像機(jī)在最低照度時(shí)產(chǎn)生的圖像清晰度，是用電視信號(hào)測(cè)試卡進(jìn)行測(cè)式的，其黑白相間的條紋，要求黑色反射率近于0%，白色反射率大于89.9%。而我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)觀察時(shí)有時(shí)不具備這樣的條件，比如：樹葉和草地的反射率很低，反差很小，

9、就不易獲得清晰圖像。因此實(shí)際使用當(dāng)中不能以攝像機(jī)標(biāo)稱的最低照度作為衡量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境照度的標(biāo)準(zhǔn)。一、普通照明設(shè)備電視監(jiān)控系統(tǒng)使用的光源種類取決于觀察時(shí)的具體時(shí)間，尤其是是外應(yīng)用場(chǎng)合。在白天，工作條件會(huì)隨著天氣情況的變化（晴天、陰天、雨天等）而變化，因?yàn)樘鞖獾淖兓瘯?huì)引起室外光線光譜組成的變化。輔助照明設(shè)備很多，可以使用民用照明設(shè)備即可，在夜間，最常用的有鎢絲燈、鹵鎢燈、鈉燈、水銀燈和高強(qiáng)度放電金屬弧光燈等。每種自然光源和人造光源都有其獨(dú)特的色譜組成，這可能對(duì)某種攝像機(jī)有利，也可能對(duì)其不利。大部分黑白系統(tǒng)的圖像質(zhì)量只取決于照明光線的總能量，或攝像機(jī)所接收到的能量，而無法辨別光纖中的不同顏色。如果光源的光

10、譜曲線正好落在傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)，照明光線就可以得到最高效率的運(yùn)用。彩色CCTV系統(tǒng)的情況就復(fù)雜多了。對(duì)于可以感知可見光譜中所有這些顏色的光。而為了取得較好的彩色平衡，光源的光譜曲線必須與傳感器的靈敏度相匹配。大多數(shù)彩色攝像機(jī)都具有自動(dòng)白平衡控制功能，它可以通過電子電路自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)合適的彩色平衡效果。光源中必須包括所有可見光中的彩色，這樣才能在監(jiān)視器上重視這些顏色。太陽、鎢絲燈、鹵鎢燈、氙燈等寬帶光源可以產(chǎn)生相當(dāng)好的彩色圖像，因?yàn)樗鼈兊墓庾V中含有所有顏色的頻率。汞弧光燈和鈉蒸氣燈等窄頻光源的光譜不連續(xù)，因此顏色再現(xiàn)效果較差。水銀燈發(fā)出的紅光很小，因此在汞弧燈下，紅色物體就會(huì)變成黑色的。

11、同樣道理，高壓鈉燈發(fā)出大量的黃色光、橙色光和紅色光，藍(lán)色或藍(lán)綠色的物體在這種燈光下也會(huì)變成黑色、灰色和褐色。低壓鈉燈只產(chǎn)生黃色燈，因此不能用于彩色CCTV系統(tǒng)。使用人工照明時(shí)，還要考慮照明光束的角度和鏡頭的視場(chǎng)角。寬束泛光燈能以相當(dāng)均勻的照度為大面積區(qū)域提供照明，從而產(chǎn)生亮度均勻的圖像。窄束光源或聚光燈只能照到小面積區(qū)域，照不到的區(qū)域會(huì)非常暗。照度不均勻的場(chǎng)景所形成的圖像也會(huì)具有不均勻的亮度。為了提高光線的利用率，攝像機(jī)鏡頭的視場(chǎng)角最好與光源的光束角相匹配。如果燈光只能照亮場(chǎng)景的一部分、攝像機(jī)的視場(chǎng)角應(yīng)該調(diào)整到觀察區(qū)域所需要的角度。使用自然照明時(shí)，不存在光束角問題，自然光源通常能夠均勻地為整個(gè)

12、場(chǎng)景提供照明。所有具有一定溫度的物體都可以發(fā)光。改變發(fā)光體的溫度可以改變光線的強(qiáng)度和顏色。例如，鐵塊在逐漸加熱時(shí)，首先會(huì)變成暗黑色，接著變成血橙色；在鋼鐵廠里，鐵水呈現(xiàn)黃白色，因?yàn)樗臏囟缺妊壬牡蜏罔F塊高。白熾燈里的鎢絲在加熱時(shí)發(fā)出的光幾乎全是白光。物體加熱到能夠發(fā)光的狀態(tài)成為“白熾”，這也是“白熾燈”的由來。彩色電視系統(tǒng)中常用到的“色溫”就是指物體被加熱到不同顏色時(shí)的溫度。有的發(fā)光物體被加熱時(shí)會(huì)同時(shí)在不同頻率上發(fā)出同等強(qiáng)度的光?？茖W(xué)家稱該物體為黑體輻射體。黑體輻射體根據(jù)一定的物理定律發(fā)射紫外光、可見光和紅外光。鎢絲燈和太陽的發(fā)光特征與黑體類似，它們能夠發(fā)出含有連續(xù)光譜的光，也就是說，它們

13、所發(fā)出的光包括所有波長的單色光。其它像水銀燈、熒光燈、鈉燈和金屬弧燈等光源發(fā)出光在光譜上就不是連續(xù)的它們的發(fā)光頻帶較窄，水銀燈只發(fā)出藍(lán)綠色光，鈉燈則只發(fā)出橙黃色。二、紅外燈的原理采用常規(guī)的可見光照明，不僅不能隱蔽，反而更加暴露監(jiān)控目標(biāo)（在居民小區(qū)還有擾民問題）。隱蔽的夜視監(jiān)控，目前都是采用紅外攝像技術(shù)。紅外攝像技術(shù)分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)。被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對(duì)零度以上都有紅外光發(fā)射，人體和熱機(jī)發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它物體發(fā)出的紅外光很微弱，利用特殊的紅外攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控。但是，這種特殊的紅外攝像機(jī)造價(jià)昂貴，而且不能反映周圍環(huán)境狀況，因此在夜視系統(tǒng)中不被采用。在

14、夜視系統(tǒng)中經(jīng)常采用主動(dòng)紅外攝像技術(shù)，即采用紅外輻射“照明”，產(chǎn)生人眼看不見而普通攝像機(jī)能捕捉到的紅外光，輻射“照明”景物和環(huán)境，應(yīng)用普通低照度黑白攝像機(jī)、白天彩色夜間自動(dòng)變黑白攝像機(jī)或紅外敏感型低照度彩色攝像機(jī)，感受周圍環(huán)境反射回來的紅外光實(shí)現(xiàn)夜視。光是一種電磁波，它的波長區(qū)間從幾個(gè)納米（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)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

15、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)不能感受紅外光，因此不能用于夜視。三、紅外燈的種類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)射二極管）紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性我們介紹如下： 紅外發(fā)射二極管（LED）紅外燈由紅外發(fā)光二極管矩陣組成發(fā)光體。紅外發(fā)射二極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。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以完全無紅暴，（采用940950nm波長紅外管）或僅有微弱

16、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W/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。紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。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(duì)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。紅外發(fā)光二極管輻射功率隨環(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)

17、使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠(yuǎn)距離紅外燈，熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意的問題。紅外發(fā)光二極管最大輻射強(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。不同封裝工藝型號(hào)的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。熱輻射紅外燈熱輻射現(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。輻射體在不同加熱溫度時(shí)，輻射的峰值波

18、長是不同的，其光譜能量分布也是不同的， 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%。其光譜范圍是很寬的，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，這是它最大的優(yōu)點(diǎn)。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，如果每天工作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。在克服熱輻射紅外燈缺點(diǎn)方面，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(duì)紅暴要求高低加以選擇，一般而

19、言，相同有效輻照距離時(shí)，對(duì)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529，這時(shí)的工作電流只有0.4348A，而冷阻只有36，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(duì)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

20、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。四、紅外燈的選擇與使用紅外燈的選擇最重要的問題是成套性，即紅外燈與攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、供電電源等的成套性。在設(shè)計(jì)方案時(shí)對(duì)所有器材綜合考慮設(shè)計(jì)，把它作為一個(gè)紅外低照度夜視監(jiān)控系統(tǒng)工程來考慮設(shè)計(jì)。有的人買完了攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、電源之后甚至安裝之后才去考慮購買紅外燈，這是不正確的，在考慮成套性時(shí)，特別要注意以下幾個(gè)問題。用黑白攝像機(jī)或特殊彩色攝像機(jī)CCD圖像傳感器具有很寬的感光光譜范圍，其感光光譜不但包括可見光區(qū)域，還延長到紅外區(qū)域，利用此特性，可以在夜間無可見光照明的情況下，用輔助紅外光源照明也可使CCD圖像傳感器清晰的成

21、像。而普通彩色攝像機(jī)為了能傳輸彩色信號(hào)，從CCD器件的輸出信號(hào)中分離出綠藍(lán)紅三種基色視頻信號(hào)，然后合成彩色電視信號(hào)，其感光光譜只在可見光區(qū)域。隨著技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)白天彩色/晚上黑白攝像機(jī)，它采用兩個(gè)CCD進(jìn)行切換或采用一個(gè)CCD利用數(shù)字電路的切換來實(shí)現(xiàn)，但是存在黑白照度偏高、有的對(duì)彩色色彩的不利影響等缺點(diǎn)。而紅外低照度彩色攝像機(jī)紅外感度比一般攝像機(jī)高4倍以上，隨著成本的降低，會(huì)成為發(fā)展趨勢(shì)的。要求選用低照度攝像機(jī)攝像機(jī)的最低照度是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值。測(cè)定此參數(shù)時(shí)，還應(yīng)特別注明鏡頭的光圈F的大小。例如使用F1.2的鏡頭， 當(dāng)被攝

22、影景物的照度值低到0.02Lux時(shí)，攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)幅值為標(biāo)準(zhǔn)幅值700mv的50%-33%，則稱此攝像機(jī)的最低照度為0.02Lux/F1.2。有的攝像機(jī)生產(chǎn)廠家給出不同光圈F時(shí)的最低照度。當(dāng)選擇攝像機(jī)最低照度高于紅外燈要求時(shí)， 紅外燈的有效距離將受到一定影響。應(yīng)當(dāng)提醒用戶的是市場(chǎng)上出售的攝像機(jī)技術(shù)性能標(biāo)出的最低照度有兩種不正常情況，一種是攝像機(jī)制造商所標(biāo)的最低照度是所謂的靶面照度，即CCD圖像傳感器上的光照度， 它比景物照度低10倍左右；另一種是有個(gè)別攝像機(jī)制造商或銷售商虛報(bào)最低照度。目前市場(chǎng)上比較經(jīng)濟(jì)的黑白攝像機(jī)，有的最低照度標(biāo)為0.010.02lux，它們的實(shí)際最低照度僅為0.10.2Lux， 如果，使用的紅外燈要求攝像機(jī)的最低照度為0.02Lux，必然影響紅外燈的有效照射距離，而