一句話概括:所有溫度高于絕對零度的物體,都會向外輻射紅外線;儀器通過接收并檢測這部分紅外輻射能量,換算出物體表面溫度。
下面用清晰、易懂的方式講完整原理:
1.核心物理基礎(chǔ):黑體輻射定律
任何物體溫度>0K(-273.15℃),都會向外發(fā)射紅外熱輻射。
溫度越高,紅外輻射能量越強,輻射的峰值波長越短。
紅外測溫就是利用輻射能量與溫度的對應(yīng)關(guān)系來測溫。
2.光學(xué)系統(tǒng):收集紅外輻射
儀器前端的光學(xué)鏡頭負(fù)責(zé):
匯聚被測物體發(fā)出的紅外線
濾除干擾光(可見光、雜散光)
把紅外能量聚焦到探測器上
3.紅外探測器:把“光”變成“電”
核心部件一般是熱電堆探測器/硅基光電探測器:
吸收紅外輻射→產(chǎn)生溫度變化→輸出微弱電壓/電流信號
輻射能量越強→電信號越大→對應(yīng)溫度越高
4.信號處理與計算
探測器輸出的信號非常微弱,需要經(jīng)過:
放大電路
濾波降噪
A/D轉(zhuǎn)換(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)
然后由單片機按黑體輻射公式(斯特藩-玻爾茲曼定律)計算溫度:
U∝ε⋅σ⋅T4
U:輸出信號
ε:發(fā)射率
σ:玻爾茲曼常數(shù)
T:物體絕對溫度
5.發(fā)射率補償(關(guān)鍵)
物體不是理想黑體,輻射能力不同,所以必須設(shè)置發(fā)射率ε:
金屬:發(fā)射率低(0.1~0.3)
塑料、皮膚、陶瓷:發(fā)射率高(0.9~0.95)
發(fā)射率設(shè)置不準(zhǔn),測溫誤差會非常大。
6.環(huán)境補償
儀器內(nèi)部一般帶有:
環(huán)境溫度傳感器
補償電路
用來消除環(huán)境溫度、儀器自身溫升對測量的影響。
7.顯示輸出
計算完成后,把溫度值顯示在屏幕上,同時可支持:
激光瞄準(zhǔn)(僅定位,不測溫)
高溫報警
最大值/最小值/差值計算
簡化總結(jié)
物體發(fā)熱→發(fā)出紅外線→鏡頭匯聚→探測器轉(zhuǎn)成電信號→芯片根據(jù)輻射公式算溫度→屏幕顯示。