紅外測溫儀的工作原理及特點(diǎn)

 

　　黑體輻射與紅外測溫原理一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)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布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。

 

　　因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

 

　　黑體輻射定律：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(fā)射率為1，其它的物質(zhì)反射系數(shù)小于1，稱為灰體。

 

　　應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)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(dǎo)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(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。

 

　　由于黑體的光譜輻射功率Pb(λΤ)與絕對溫度Τ之間滿足普朗克定理：Pb??T??c1??5expc2?T?

 

　　1（1）其中，Pb(λΤ)—黑體的輻射出射度；λ—波長；T—絕對溫度；c1、c2—輻射常數(shù)。式（1）說明在絕對溫度Τ下，波長λ處單位面積上黑體的輻射功率為Pb(λΤ)。根據(jù)這個(gè)關(guān)系可以得到下圖1的關(guān)系曲線：圖1黑體輻射的光譜分析從圖1中可以看出：(1)隨著溫度的升高，物體的輻射能量越強(qiáng)。這是紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，也是單波段紅外測溫儀的設(shè)計(jì)依據(jù)。

 

　　(2)隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(dòng)(向左)，并滿足維恩位移定理T*λm=2897.8μm*K，峰值處的波長λm與絕對溫度Τ成反比，虛線為λm處峰值連線。這個(gè)公式告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y溫儀多工作在短波處，低溫測溫儀多工作在長波處。

 

　　(3)輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長波處大，即短波處工作的測溫儀相對信噪比高(靈敏度高)，抗干擾性強(qiáng)，測溫儀應(yīng)盡量選擇工作在峰值波長處，特別是低溫小目標(biāo)的情況下，這一點(diǎn)顯得尤為重要。

 

　　根據(jù)斯特藩—玻耳茲曼定理黑體的輻出度Pb(Τ)與溫度Τ的四次方成正比，即：Pb?T???T4(2)式中，Pb(T)—溫度為T時(shí)，單位時(shí)間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻射度；σ—斯特藩—玻耳茲曼常量；T—物體溫度。式（2）中黑體的熱輻射定律正是紅外測溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

 

　　如果在紅外測溫儀的條件相同情況下，物體在同一波長范圍內(nèi)輻射的功率總是小于黑體的功率，即物體的單色輻出度Pb(Τ)小于黑體的單色黑度ε(λ)，即實(shí)際物體接近黑體的程度。ε(λ)=P(T)/Pb(T)