紅外線測溫儀原理(Principles of infrared thermometer)

 一、紅外測溫儀工作原理

紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統彙聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路，並按照儀器內療的演算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。

在自然界中，一切溫度高於絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分佈 —— 與它的表面溫度有著十分密切的關係。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。

紅外測溫儀原理

黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發射率為 1 。但是，自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體，為了弄清和獲得紅外輻射分佈規律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發點，故稱 黑體輻射定律。所有實際物體的輻射量除依賴於輻射波長及物體的溫度之外，還與構成物體的材料種類、製備方法、熱過程以及表面狀態和環境條件等因素有關。因此，為使黑體輻射定律適用於所有實際物體，必須引入一個與材料性質及表面狀態有關的比例係數，即發射率。該係數表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小於 1 的數值之間。根據輻射定律，只要知道了材料的發射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發射率的主要因素在：材料種類、表面粗糙度、理化結構和材料厚度等。

當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段範圍內的紅外輻射量，然後由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。

二、紅外測溫儀的系統組成

紅外測溫採用逐點分析的方式，即把物體一個局部區域的熱輻射聚焦在單個探測器上，並通過已知物體的發射率，將輻射功率轉化為溫度。由於被檢測的物件、測量範圍和使用場合不同，紅外測溫儀的外觀設計和內部結構不盡相同，但基本結構大體相似，主要包括光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成，其基本結構如圖所示。

紅外測溫儀的基本結構簡圖輻射體發出的紅外輻射．進入光學系統，經調製器把紅外輻射調製成交變輻射，由探測器轉變成為相應的電信號。該信號經過放大器和信號處理電路，並按照儀器內的演算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。