紅外熱成像測溫原理與技術（簡體書）

《紅外熱成像測溫原理與技術》是在海軍工程大學工程熱物理研究室十多年的教學科研成果經驗總結的基礎上撰寫而成的。本書在介紹紅外熱像儀的基本概念、紅外輻射特性及其傳輸基本知識的基礎上，重點論述紅外成像測溫原理、非漫射體紅外測溫技術、變譜法紅外測溫技術、軍事目標和海而的紅外成像測溫技術，討論影響紅外測溫準確性的因素和紅外測溫修正方法，介紹紅外熱像儀的標定和測試技術。
《紅外熱成像測溫原理與技術》可作為高等院校能源、動力、光學、機械、船舶和交通運輸等專業的高年級本科生和研究生的教學用書，也可作為相關科技人員的參考書。·

楊立、楊楨 等所著的《紅外熱成像測溫原理與技術》作者在紅外輻射測溫、設備狀態紅外檢測和故障定量識別、軍用目標紅外特征測量等方面開展了一系列的教學和科研工作，本書歸納整理了部分研究結果。本書可作為高等院校能源、動力、光學、機械、船舶和交通運輸等專業的高年級本科生和研究生的教學用書，也可作為相關科技人員的參考書。

自從1964年研製出具有測溫功能的紅外熱像儀以來，紅外成像測溫技術得到廣泛應用，如傳熱研究、設備紅外檢測、紅外遙感、軍事目標紅外測量、大氣紅外檢測、工業設備紅外監控、交通管理、醫學熱診斷等。特別是近年來隨著半導體集成電路技術、熱輻射探測器材料研究的進步，採用非製冷紅外焦平面陣列探測器的熱像儀的成功研製，使得熱像儀的體積更小、價格更低、使用更方便，紅外熱像儀的應用已覆蓋從民用到國防的諸多領域。由於紅外熱像儀溫度測量原理較複雜，影響溫度測量準確性的因素較多，在許多人看來紅外測溫的準確度不高，因此，開展紅外輻射溫度測量技術的研究，探索提高紅外測溫準確性的方法變得日益迫切。紅外熱像儀測溫精度是在實驗室近距離通過對黑體輻射源的標定來保證的，但是在實際測量中被測物體往往不滿足黑體輻射特性，物體表面發射率和反射率、環境輻射、大氣輻射等都會對紅外熱像儀測溫造成影響。目前，紅外熱像儀測溫的修正方法是假設被測物體滿足灰體近似，通過設定被測物體表面發射率和環境溫度或反射溫度來修正溫度測量值，這種修正方法對發射率較高的非金屬物體的紅外測溫能基本滿足測量準確性的要求。但對低發射率物體、非漫射表面、環境存在多個高溫熱源和遠距離測量等情況，目前的測溫修正算法誤差太大，不能滿足紅外測溫的需要。近十多年來，作者在紅外輻射測溫、設備狀態紅外檢測和故障定量識別、軍用目標紅外特徵測量等方面開展了一系列的教學和科研工作，本書歸納整理了部分研究結果。
全書共分9章。第1章介紹紅外熱像儀的基本概念和發展歷史；第2章介紹紅外輻射及其傳輸的基本知識、基本定律；第3章介紹紅外成像測溫原理，著重介紹紅外輻射溫度測量和發射率測量的基本方法；第4章介紹紅外成像測溫誤差分析與修正方法，著重介紹環境溫度、鄰近高溫物體、太陽輻射、探測器溫度等因素對紅外測溫的影響及其修正方法，介紹反射溫度補償法對紅外測溫的修正與補償計算；第5章介紹非漫射體紅外成像測溫技術；第6章介紹基於變譜法的紅外測溫技術；第7章介紹紅外熱像儀的標定與性能測試，介紹黑體輻射源和紅外熱像儀主要性能參數的標定與測試方法；第8章介紹軍事目標的紅外熱成像溫度測溫技術，主要介紹軍事目標紅外測溫的模型、紅外測溫的計算公式和對影響軍事目標測溫準確性的方法進行修正；第9章介紹海面溫度的紅外熱成像測溫 術，主要介紹海面反射率與發射率的計算、海面輻射分析和海面溫度紅外測量原理與測量方法。

前言
第1章 紅外熱像儀概述
1.1 紅外熱像儀簡介
1.2 紅外熱像儀的發展
1.3 紅外熱像儀的組成及工作原理
1.3.1 紅外熱像儀的組成部分
1.3.2 紅外熱像儀工作原理
1.3.3 紅外熱像儀的主要性能參數
參考文獻

第2章 紅外輻射基本理論
2.1 概述
2.2 黑體的紅外輻射規律
2.2.1 輻射的光譜分佈規律——普朗克輻射定律
2.2.2 輻射光譜的移動規律——維恩位移定律
2.2.3 輻射功率隨溫度的變化規律——斯特藩一玻爾茲曼定律
2.2.4 黑體輻射能按波段的分佈
2.3 實際物體的紅外輻射規律
2.4 輻射度學的一些基本概念
2.4.1 常用輻射量
2.4.2 輻射度量中的基本規律
2.4.3 發射率及其變化規律
2.4.4 吸收率及其變化規律
2.4.5 反射率及其變化規律
2.4.6 反射率、吸收率和發射率之間的關係
2.5 紅外輻射的大氣傳輸
2.5.1 大氣吸收
2.5.2 大氣散射
2.5.3 大氣輻射傳輸的計算
參考文獻

第3章 紅外熱成像測溫原理
3.1 概述
3.2 紅外測溫原理
3.3 紅外溫度測量方法
3.3.1 溫度的直接測量法
3.3.2 溫度的相對測量法
3.3.3 雙波段測溫法
3.4 物體發射率測量方法
3.4.1 利用熱像儀測量表面發射率的誤差分析
3.4.2 幾種測量發射率的方法
參考文獻

第4章 紅外成像測溫誤差分析與修正方法
4.1 紅外測溫誤差計算分析
4.1.1 被測物體表面發射率的影響
4.1.2 被測物體表面吸收率誤差的影響
4.1.3 大氣透射率誤差的影響
4.1.4 大氣發射率誤差的影響
4.1.5 大氣溫度誤差的影響
4.1.6 環境溫度誤差的影響
4.1.7 輻射溫度的影響
4.2 探測器溫度對非製冷微測輻射熱計熱像儀測溫的影響與修正
4.2.1 非製冷微測輻射熱計熱像儀測溫原理與計算
4.2.2 探測器溫度對測溫的影響
4.2.3 修正原理及方法
4.2.4 實驗驗證
4.3 太陽輻射對紅外熱像儀測溫誤差的影響
4.3.1 測溫原理
4.3.2 測溫計算及誤差分析
4.3.3 太陽輻射吸收率對測量誤差的影響
4.3.4 太陽輻射的影響
4.4 鄰近高溫物體對紅外測溫的影響
4.4.1 測溫計算及誤差分析
4.4.2 高溫物體對測溫的影響分析
4.5 反射溫度補償法對紅外測溫的修正與補償計算
4.5.1 紅外熱像儀測溫原理與計算
4.5.2 反射溫度補償法及其原理
4.5.3 誤差分析與補償效果比較
4.5.4 實驗驗證
參考文獻

第5章 非漫射體紅外熱成像測溫技術
5.1 實際物體紅外熱像儀測溫原理
5.2 紅外熱像儀測溫計算
5.3 實際物體溫度測量實驗驗證
5.3.1 實驗儀器介紹
5.3.2 實際物體輻射特性的實驗
5.3.3 被測物體周圍存在高溫物體的反射溫度補償法實驗
5.4 一種測量實際物體發射率的實用方法
5.4.1 測量原理
5.4.2 實驗驗證
參考文獻

第6章 基於變譜法的紅外熱像儀測溫技術
6.1 紅外熱像儀測溫原理與計算
6.1.1 紅外熱像儀測溫原理
6.1.2 熱探測器響應度分析
6.1.3 非製冷紅外熱像儀測溫計算
6.1.4 測溫公式準確性的實驗驗證
6.2 紅外熱像儀測溫的變譜法
6.2.1 變譜法的原理
6.2.2 技術實現
6.3 灰體材料的測溫
6.3.1 灰體材料測溫原理
6.3.2 測溫方法驗證
6.4 郎伯體材料的測溫
6.4.1 郎伯體材料的測溫原理
6.4.2 測量方法驗證
6.5 複雜背景環境中紅外熱像儀測溫的變譜法
6.5.1 理論基礎
6.5.2 方法驗證
參考文獻

第7章 紅外熱像儀的標定與性能測試
7.1 黑體型輻射源
7.1 I 1黑體和黑體型輻射源
7.1.2 典型黑體輻射源的結構
7.2 黑體腔的有效發射率
7.3 紅外熱像儀的標定
7.3.1 準確度校準
7.3.2 測溫一致性校準
7.4 紅外熱像儀性能測試
7.4.1 噪聲等效輻射測試
7.4.2 等效噪聲溫差測試
7.4.3 最小可分辨溫差測試
7.4.4 最小可探測溫差測試
7.4.5 相對光譜響應測試
參考文獻

第8章 軍事目標紅外熱成像溫度測量技術
8.1 軍事目標測溫模型與測溫計算
8.2 軍事目標表面發射率的測量技術
8.2.1 影響發射率大小的因素分析
8.2.2 測量發射率的方法
8.3 大氣透射率的測量
8.3.1 大氣衰減的原因
8.3.2 現有大氣影響的修正方法評述
8.3.3 大氣透射率計算法
8.3.4 大氣透射率的現場標定法
8.3.5 一種測量大氣透射率的方法
8.4 背景輻射的修正
8.4.1 太陽輻射
8.4.2 天空背景輻射
8.4.3 地表輻射
8.4.4 等效背景輻射的測量
參考文獻

第9章 海面溫度的紅外熱成像測溫技術
9.1 海面反射率與發射率計算
9.2 海面輻射分析
9.3 海面溫度測量原理
9.3.1 垂直海面方向溫度測量
9.3.2 觀測方向天頂角較大時海面溫度測量
9.3.3 考慮太陽輻射影響時海面溫度的測量原理
參考文獻·

第1章 紅外熱像儀概述
1.1 紅外熱像儀簡介
紅外熱像儀是接收物體發出的紅外輻射，并將其轉換為可見光圖像的裝置。
這種熱像圖與物體表面的表觀溫度分布場相對應，實質上是被測目標各部分的紅外輻射分布圖。熱輻射圖像主要是由溫度差和發射率差產生的。由于紅外熱像儀利用景物自身發射的熱輻射成像，從根本上解決了夜間的成像探測和觀察問題。紅外成像技術有三大功能：一是將人眼的觀察范圍擴展到紅外光譜區；二是極大提高人眼觀察的靈敏度；三是獲得客觀世界與熱運動相關的信息［1］。
紅外熱像儀不但在軍事應用中占有重要地位，在民用方面也具有很強的生命力。它具有以下特點［2］：
（1）它屬于非接觸測量技術，適合檢測快速運動目標、帶電目標和微小目標的溫度。
（2）測溫面積大，測溫效率高，能直觀顯示物體表面溫度場。熱像儀可同時測量物體表面各點溫度的高低，并以圖像形式顯示出來。民用熱像儀的熱圖可以顯示640×640個單元的溫度分布，空間分辨率很高。
（3）溫度分辨率高。由于熱像儀可以同時顯示兩點的溫度值，可準確區分很小的溫差，溫度分辨率可達0.01℃甚至更高。
（4）可采用多種顯示方式。熱像儀輸出的視頻信號可以用偽彩色或灰度的形式顯示熱圖像。通過模數轉換處理，還可用數字顯示物體各點溫度。
（5）可進行數據存儲和計算機處理。
紅外熱像儀按工作方式可分為主動系統與被動系統、單元系統與多元系統、光點掃描系統與調制盤掃描系統、成像系統與非成像系統。
按檢測物體的點、線、面分，紅外輻射測溫系統依次有紅外點溫儀（又稱紅外測溫儀）、紅外行掃儀、紅外熱電視和紅外熱像儀。
紅外點溫儀主要用于測量物體一個相對小的面積上的平均溫度，因此每次測量的區域有限，當需要大面積測量時，必須在被測區域內選擇多點、多次測量才能完成，相當麻煩。但由于它輕巧便攜、堅固耐用、使用方便，因而成為設備巡檢和維護人員的得力工具和必要手段。紅外熱電視采用熱釋電耙面探測器和標準電視掃描方式，結構簡單、造價低、無機械轉動、無需特殊冷卻，不足之處是溫度分辨率較低，適合于工業系統使用。
按應用領域，紅外成像系統可以分為軍用系統與民用系統兩大類型。
（1）軍用熱像儀。它只要求對目標清晰成像，不需要定量監測溫度，它的性能要求重點是高的取像速度和高的空間分辨率，被稱為“紅外前視系統（forwardlooking infrared system，FLIRS）”，現在用來泛指任何快速幀掃描熱像儀。
（2）民用熱像儀。在大量工業、醫療、交通、科研實驗等場合，不僅需要對被測物體表面的熱場分布進行清晰成像，而且強調精確的溫度測量。與軍用紅外系統相比，民用熱像儀更強調溫度測量的靈敏度，稱為“紅外熱像儀”。
按掃描讀出方式，熱像儀可分為光機掃描熱像儀和凝視型熱像儀。
（1）光機掃描熱像儀。早期研制和生產的熱像儀大都采用光學機械掃描儀對單元器件進行高速掃描，得到物體的實時熱圖，但系統的探測能力不高。采用線列探測器進行掃描，可提高系統的探測能力。根據掃描器在光路中位置的不同，熱像儀又分為物方掃描和像方掃描兩種掃描方式。根據探測器相對于行掃方向排列方式的不同，熱像儀又分為串掃熱像儀和并掃熱像儀。
（2）凝視型熱像儀。隨著焦平面列陣探測器的發展，現代熱像儀采用了大面陣探測器，系統取消了光學機械掃描器，實現了凝視成像，使熱像儀結構大大簡化，性能大幅提高，使用十分方便。
紅外熱像儀發展到目前已有三代產品。第一代紅外熱像儀就是制冷型的光機掃描熱像儀，探測器單元數少于200元。光機掃描熱像儀的成像清晰度相當好，取得的熱信息相當豐富，但是掃描系統繁雜，制造和使用維護都十分不便。
為此又研制出第二代紅外熱像儀，其特點是探測器采用了掃描型的焦平面探測器，探測器單元數少于106元。第三代紅外熱像儀采用大面陣焦平面探測器，探測器單元數大于106元，革除了高速運動的機械掃描機構，采用自掃描的固體器件做成凝視型紅外焦平面熱像儀。
按工作波段分類，熱像儀可分為長波紅外熱像儀、中波紅外熱像儀、短波紅外熱像儀、雙波段紅外熱像儀和多波段紅外熱像儀。
根據完成幀掃描的時間分類，熱像儀又可分為低速熱像儀、中速熱像儀和高速熱像儀［2］。低速熱像儀的幀掃描時間高于10s，如美國巴恩斯（Barnes）工程公司生產的第一臺獲得廣泛應用的機械掃描遠紅外熱像儀，采用無需制冷的半導體測輻射計，每幀掃描時間為2min，溫度分辨率為0.04℃；蘇聯生產的紅寶石熱像儀采用液氮制冷的InSb光導探測器，幀掃描時間為40s，每幀240行，溫度分辨率為0.1℃。中速熱像儀的幀掃描時間為0.1～10s，如日本生產的紅外眼熱像儀，在水平和垂直方向的掃描時間為10s，采用HgCdTe紅外探測器，溫度分辨率為0.1℃；美國得克薩斯儀器公司生產的Texas熱像儀，采用HgCdTe紅外探測器，幀頻為0.25Hz，溫度分辨率達到0.07℃。高速熱像儀的幀掃描時間低于0.1s，通常的幀頻為16～25Hz，采用多元探測器幀頻可提高到50Hz，如瑞典AGA公司生產的AGA680型、AGA750型和AGA780型系列熱像儀等。
按系統是否具有制冷裝置分類，熱像儀分為制冷型熱像儀和非制冷型熱像儀。制冷型熱像儀溫度分辨率高、重量較輕，但體積大、價格高，使用不方便；非制冷型熱像儀在探測性能方面不及制冷型的，但價格便宜、體積小、重量輕、使用方便，在軍事領域的低端應用和民用等方面有廣闊的應用前景。
1.2紅外熱像儀的發展
利用紅外輻射原理進行溫度測量的儀器是從簡單到復雜逐漸發展而成的，最先應用于軍事。1929年，Czerny等研制出蒸發式熱像儀［3］。蒸發式熱像儀是根據如下原理設計而成的：當紅外輻射投射到涂有揮發性的薄油膜上時，膜片吸收熱輻射使其局部溫度發生變化，進而導致油膜的蒸發和膜厚度的改變，在可見光的照射下可看到不同顏色的干涉條紋。1929年，科勒發明了對近紅外輻射響應靈敏的銀氧銫光電陰極。20世紀30年代初，美國工程師法恩斯沃思和霍爾斯特提出了光電圖像轉換原理。在此基礎上，荷蘭、德國和美國等國研制成紅外變像管。紅外變像管是將不可見的紅外圖像變成可見圖像的真空電子器件。在紅外變像管中，當外來輻射成像于光電陰極時，光電陰極發射電子，電子經電子透鏡聚焦并加速后，轟擊熒光屏使之產生較亮的可見圖像。由于很少有軍事目標能在變像管的響應范圍內產生強輻射，于是就需要提供一種照射源，因此這種使用變像管的系統稱為主動式系統［4］。1952年，美國陸軍研制出第一臺光機掃描的慢幀速熱像記錄儀，它使用一個16in（1in＝2.54cm）的探照燈反射鏡、一個雙軸掃描器和一個輻射熱探測器，所成的熱像被記錄在照相膠片上，屬于非實時裝置。隨著制冷型、短時間常數的銻化銦（InSb）和摻鍺汞（Ge：Hg）等光電探測器的出現，1956年芝加哥大學在空軍資助下試制出第一臺長波前視紅外儀器，它由AAS唱3型條幅式繪圖儀改進而成，在繪圖儀的計數回轉光楔掃描器上加一個節點俯仰反射鏡，使單個探測器能描繪出二維光柵圖形［5］。1960年，Per唱kin唱Elmer公司為美國陸軍研制出第二臺實時長波前視紅外儀器。這臺儀器叫做棱鏡式掃描儀，它利用兩個旋轉折光棱鏡對單個InSb探測器產生螺旋式掃描，它對后續軍用和民用熱像儀的發展起到很大的促進作用。1965年，得克薩斯儀器公司開發研制出第一代用于軍事領域的機載紅外成像裝置，稱為前視紅外系統（FLIR）。從此以后，前視紅外系統如雨后春筍，快速發展。在1960年至1974年間，美國至少研制出60種不同的前視紅外系統，并生產了數百具產品［5］。
1964年，瑞典AGA公司和瑞典國家電力局聯合成功研制第一臺工業用熱像儀（Thermovision650），它用液氮制冷，儀器重量達30多公斤，使用很不方便。
盡管笨重，但在各種應用中，特別是電力設備維修中，這臺工業用熱像儀體現了其應用價值。此后，工業用熱像儀的發展經歷了以下過程［6］：
（1）1973年，世界上第一臺便攜式紅外熱成像系統誕生（Thermovision750）。
（2）1979年，世界上第一臺與計算機連接的、具有數字成像處理系統的熱成像系統誕生。
（3）1986年，世界上第一臺熱電制冷紅外成像系統面世，從而擺脫了大的氣瓶。
（4）1991年，世界上第一臺真正雙通道數字式12bit研究型熱成像系統――THV900（AGEMA）誕生。
（5）1995年，第一臺獲得ISO9001國際質量體系認證的、焦平面、內循環制冷性熱成像系統出現。
（6）1997年，世界上第一臺非制冷、長波、焦平面熱像儀THV570誕生，這是紅外技術領域的一次革命性轉變，將世界紅外檢測技術推向一個嶄新的階段，啟動速度由原來的5min下降到45s。
（7）2000年，世界上第一臺集紅外和可見光圖像于一體的非制冷、長波、焦平面的紅外熱像儀誕生。
紅外成像屬于技術密集度高、投資強度大、研究周期長、應用前景廣泛的高技術產業，其發展方向主要有以下6個方面［1］：
（1）集成化。探測器材料與電路集成，光、機、電集成。
（2）大陣列。長線列如6000×1（美國已用于高空預警機），大面陣如2048×2048（中短波）、640×480（長波）。
（3）小型化。縮小體積，減輕重量，便于攜帶。
（4）多色化。向雙色、多光譜發展，包括拓展光譜波段，將光譜波段劃分為更細致的波段等。
（5）高速化。增加探測器單元數量，快速獲取目標熱圖，提高焦平面探測器的幀速和采樣頻率。
（6）智能化。在探測器芯片上實現非均勻性校正、圖像處理、對背景輻射的自適應探測等。
1.3 紅外熱像儀的組成及工作原理
在熱像儀中具體實現由紅外光變為電信號、由電信號變為可見光的轉換功能是由熱像儀各個部件完成的。熱成像系統一般包括四個基本組成部分：光學成像系統（包括掃描系統）、紅外探測器及制冷器、電子信息處理系統和顯示系統。光學成像系統的作用是將物體發射的紅外線會聚到焦面上，掃描器既要實現光學系統大視場與探測器小視場匹配，又要按照顯示制式進行掃描，探測器將紅外輻射變成電信號，電子處理單元對電信號進行放大和處理，顯示器將電信號用可見的圖像形式顯示出來。
1.3.1 紅外熱像儀的組成部分
1.光學系統
紅外光學系統的作用是收集輻射，將輻射會聚到探測器靈敏面上。光學系統的使用可大大提高靈敏面上的照度，提高儀器性噪比，增大系統探測能力。紅外光學系統分為透射式光學系統、反射式光學系統和混合式光學系統［2］。
1）透射式光學系統透射式紅外光學系統也稱折射式紅外光學系統，它一般由幾個透鏡或組合透鏡構成，每個組合透鏡可看做一個光學系統。組合透鏡系統由若干個單透鏡組成，這種系統能很好地消除像差，獲得較好的像質，但總透過率較低。近年來，高透過率紅外光學材料的發展為透射式系統的應用創造了條件。在前視紅外系統設計中，多半傾向于采用透射系統。
2）反射式光學系統由于紅外輻射波長較長，能透過它的材料很少，因而早期的光學系統大都采用反射式紅外光學系統。透鏡的通光口徑和焦距一定時，反射系統的反射和吸收損失比透射系統的吸收損失小，且造價低廉，但像質比不上透射系統。反射式光學系統按截面形狀不同可分為球面形、拋物面形、雙曲面形及橢球面形等4種。
3）混合式光學系統混合式光學系統也稱折射唱反射式光學系統，它結合了反射式和透射式系統的優點，采用球面鏡取代非球面鏡，同時用補償透鏡來校正球面反射鏡的像差，從而獲得較好的像質。但這種系統往往體積大，加工困難，成本較高。
2.增透膜堿金屬鹵族化合物
紅外材料折射率大多在1.5～2.0，其紅外透過率較高。
而硫族化合物、硅和鍺的折射率要高得多，在材料表面會產生高反射損失。為了消除在給定波長上的反射，可在表面鍍一層增透膜，其光學厚度等于1/4波長，可在一個波帶內減小這種反射損失。對于硅、鍺和三硫化砷，可在一定波長間隔內將絕對透射率提高一倍［4］。通常對折射系數大于1.6的任何透射材料都鍍膜。
3.濾光片
為了避免來自背景、大氣和接收器周圍環境的干擾輻射，常常要用到濾光片。濾光片分為短波通、長波通和帶通三種。短波通濾光片能透過短于某特定截止波長的輻射；長波通濾光片能透過大于某特定截止波長的輻射；帶通濾光片只能透過一定波段的輻射。
濾光片按其工作原理可分為兩類：吸收濾光片和反射或干涉濾光片。吸收濾光片會吸收不希望透過的波長的輻射。吸收濾光片用得較少，因為它的吸收特性只有在極少情況下符合所希望的光譜特性。然而對長波通和短波通濾光片來說，一般仍用這一類濾光片。干涉濾光片是以程序控制的方法在基片上或直接在透鏡以及對輻射敏感的材料上蒸發一層甚至上百層1/4波長厚的介電材料而制成的。為了提高反射率要交替使用具有高折射率和低折射率的材料作干涉膜。目前已可做成任意希望的光譜波段濾光片。
4.紅外探測器
1）紅外探測器分類
紅外探測器是將紅外輻射轉換為電信號的元件，可分為量子探測器和熱電探測器（非量子探測器）兩大類。量子探測器吸收紅外輻射后，入射光子與探測器材料的電子間直接相互作用，其晶格原子范圍內的電子狀態發生變化，產生光電效應。熱電探測器吸收紅外輻射后，引起探測器某一電特性的變化，它不是對光子的響應，而是正比于所吸收的輻射能量。探測器的響應正比于吸收的光子數，因此有量子計數器之稱。
（1）量子探測器（光電探測器）。
量子探測器主要利用外光電效應和內光電效應工作。
外光電效應是由某些金屬、金屬氧化物或半導體材料吸收輻射或吸收光子后發射電子產生的，這種現象統稱為光電子發射。這種效應實際上是把光能轉變為電能的效應，其前提是吸收的光子能量要大于或等于電子逸出功。電子逸出功是材料的一種特征值。光電管、光電倍增管、光電圖像轉換器和增強器都是根據這種原理工作的。
內光電效應是指材料吸收輻射后產生準自由電子或者電子唱空穴對的現象。
它與外光電效應相反，產生的載流子沒有離開材料本身，而是留在材料內部并改變材料電子狀態。內光電效應又分為光電導效應和光伏效應。當半導體吸收光子后，半導體內有些電子和空穴從原來的不導電束縛狀態轉變為能導電的自由狀態，使它的電導率明顯增大，這種現象稱為光電導效應。