Analiza współczesnych zastosowań termometrów na podczerwień
Zasada pomiaru temperatury termometru na podczerwień polega na przekształceniu energii promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekt na sygnał elektryczny. Wielkość energii promieniowania podczerwonego odpowiada temperaturze samego obiektu. W zależności od wielkości przetworzonego sygnału elektrycznego można określić temperaturę obiektu. Technologia pomiaru temperatury w podczerwieni została opracowana w celu skanowania i pomiaru temperatury powierzchni ze zmianami termicznymi, określania obrazu rozkładu temperatury i szybkiego wykrywania ukrytych różnic temperatur. To jest kamera termowizyjna na podczerwień. Kamery termowizyjne na podczerwień zostały po raz pierwszy użyte w wojsku. W 2019 roku TI Corporation ze Stanów Zjednoczonych opracowała pierwszy na świecie system rozpoznania skanującego w podczerwieni. Później technologia termowizyjna w podczerwieni była sukcesywnie stosowana w samolotach, czołgach, okrętach wojennych i innej broni w krajach zachodnich, jako system termowizyjny dla celów rozpoznawczych, znacznie poprawia zdolność wyszukiwania i trafiania w cele. Kamera termowizyjna na podczerwień produkcji szwedzkiej firmy AGA zajmuje wiodącą pozycję w technice cywilnej.
Termometr na podczerwień składa się z układu optycznego, detektora fotoelektrycznego, wzmacniacza sygnału, przetwarzania sygnału, wyjścia wyświetlacza i innych części. Układ optyczny gromadzi docelową energię promieniowania podczerwonego w swoim polu widzenia, a rozmiar pola widzenia jest określany przez części optyczne termometru i jego położenie. Energia podczerwieni jest skupiana na fotodetektorze i przetwarzana na odpowiedni sygnał elektryczny. Sygnał przechodzi przez obwód wzmacniacza i przetwarzania sygnału i jest konwertowany na wartość temperatury mierzonego celu po skorygowaniu zgodnie z algorytmem wewnętrznej obróbki instrumentu i emisyjności celu.
W naturze wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego nieustannie emitują energię promieniowania podczerwonego do otaczającej przestrzeni. Wielkość energii promieniowania podczerwonego obiektu i jej rozkład w zależności od długości fali ma bardzo ścisły związek z temperaturą jego powierzchni. Dlatego mierząc energię podczerwieni wypromieniowaną przez sam obiekt, można dokładnie określić temperaturę jego powierzchni, co jest obiektywną podstawą do pomiaru temperatury promieniowania podczerwonego.
Ciało doskonale czarne to wyidealizowany promiennik, który pochłania wszystkie długości fal energii promieniowania, nie odbija ani nie przepuszcza energii i ma emisyjność na swojej powierzchni równą 1. Jednak przedmioty praktyczne w przyrodzie prawie nie są ciałami doskonale czarnymi. W celu wyjaśnienia i uzyskania rozkładu promieniowania podczerwonego należy w badaniach teoretycznych dobrać odpowiedni model. Jest to skwantowany model oscylatora promieniowania jamy ciała zaproponowany przez Plancka, stąd wyprowadzone prawo promieniowania ciała doskonale czarnego Plancka, to znaczy widmowa promieniowanie ciała doskonale czarnego wyrażona długością fali, która jest punktem wyjścia dla wszystkich teorii promieniowania podczerwonego, więc jest zwane prawem promieniowania ciała doskonale czarnego. Ilość promieniowania wszystkich rzeczywistych obiektów zależy nie tylko od długości fali promieniowania i temperatury obiektu, ale także od rodzaju materiału, z którego obiekt jest wykonany, metody przygotowania, procesu termicznego, stanu powierzchni i warunków środowiskowych.
Pomiar temperatury w podczerwieni przyjmuje metodę analizy punkt po punkcie, to znaczy promieniowanie cieplne lokalnego obszaru obiektu skupia się na pojedynczym detektorze, a moc promieniowania jest przekształcana w temperaturę poprzez emisyjność znanego obiektu . Ze względu na różne wykrywane obiekty, zakresy pomiarowe i okazje użytkowania, wygląd i struktura wewnętrzna termometrów na podczerwień są różne, ale podstawowa struktura jest ogólnie podobna, w tym głównie układ optyczny, fotodetektor, wzmacniacz sygnału i przetwarzanie sygnału, wyjście wyświetlacza i inne Części. Promieniowanie podczerwone emitowane przez promiennik. Wchodząc do układu optycznego, promieniowanie podczerwone jest modulowane przez modulator na promieniowanie zmienne i przetwarzane przez detektor na odpowiedni sygnał elektryczny. Sygnał przechodzi przez wzmacniacz i obwód przetwarzania sygnału, a po korekcie zgodnie z algorytmem w przyrządzie i emisyjnością celu jest przetwarzany na wartość temperatury mierzonego celu.
