紅外測(cè)溫儀的工作原理及特點(diǎn)

 

　　黑體輻射與紅外測(cè)溫原理一切溫度高于絕對(duì)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(zhǎng)的分布——與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。

 

　　因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)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(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)；T—絕對(duì)溫度；c1、c2—輻射常數(shù)。式（1）說(shuō)明在絕對(duì)溫度Τ下，波長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)λm與絕對(duì)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(cè)溫儀多工作在短波處，低溫測(cè)溫儀多工作在長(zhǎng)波處。

 

　　(3)輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長(zhǎng)波處大，即短波處工作的測(cè)溫儀相對(duì)信噪比高(靈敏度高)，抗干擾性強(qiáng)，測(cè)溫儀應(yīng)盡量選擇工作在峰值波長(zhǎng)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(cè)溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

 

　　如果在紅外測(cè)溫儀的條件相同情況下，物體在同一波長(zhǎng)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)