一句话概括:所有温度高于绝对零度的物体,都会向外辐射红外线;仪器通过接收并检测这部分红外辐射能量,换算出物体表面温度。
下面用清晰、易懂的方式讲完整原理:
1.核心物理基础:黑体辐射定律
任何物体温度>0K(-273.15℃),都会向外发射红外热辐射。
温度越高,红外辐射能量越强,辐射的峰值波长越短。
红外测温就是利用辐射能量与温度的对应关系来测温。
2.光学系统:收集红外辐射
仪器前端的光学镜头负责:
汇聚被测物体发出的红外线
滤除干扰光(可见光、杂散光)
把红外能量聚焦到探测器上
3.红外探测器:把“光”变成“电”
核心部件一般是热电堆探测器/硅基光电探测器:
吸收红外辐射→产生温度变化→输出微弱电压/电流信号
辐射能量越强→电信号越大→对应温度越高
4.信号处理与计算
探测器输出的信号非常微弱,需要经过:
放大电路
滤波降噪
A/D转换(模拟转数字)
然后由单片机按黑体辐射公式(斯特藩-玻尔兹曼定律)计算温度:
U∝ε⋅σ⋅T4
U:输出信号
ε:发射率
σ:玻尔兹曼常数
T:物体绝对温度
5.发射率补偿(关键)
物体不是理想黑体,辐射能力不同,所以必须设置发射率ε:
金属:发射率低(0.1~0.3)
塑料、皮肤、陶瓷:发射率高(0.9~0.95)
发射率设置不准,测温误差会非常大。
6.环境补偿
仪器内部一般带有:
环境温度传感器
补偿电路
用来消除环境温度、仪器自身温升对测量的影响。
7.显示输出
计算完成后,把温度值显示在屏幕上,同时可支持:
激光瞄准(仅定位,不测温)
高温报警
最大值/最小值/差值计算
简化总结
物体发热→发出红外线→镜头汇聚→探测器转成电信号→芯片根据辐射公式算温度→屏幕显示。