Lý thuyết cơ bản về nhiệt kế hồng ngoại
Năm 1672, người ta phát hiện ra rằng ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) bao gồm nhiều màu sắc khác nhau của ánh sáng và Newton kết luận rằng ánh sáng đơn sắc có những tính chất đơn giản hơn ánh sáng trắng. Bằng cách sử dụng lăng kính quang phổ, ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) bị phân hủy thành ánh sáng đơn sắc có nhiều màu sắc khác nhau như đỏ, cam, vàng, lục, lục lam, xanh lam và tím. Năm 1800, nhà vật lý người Anh F W. Khi Huxle nghiên cứu các màu sắc khác nhau của ánh sáng từ góc độ nhiệt, ông đã phát hiện ra bức xạ hồng ngoại. Khi nghiên cứu sức nóng của nhiều màu sắc ánh sáng khác nhau, ông đã cố tình chặn cửa sổ duy nhất của phòng tối bằng một tấm bảng tối và khoét một lỗ hình chữ nhật trên tấm bảng, bên trong ông lắp một lăng kính phân tách. Khi ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính, nó bị phân hủy thành các dải sáng màu và nhiệt kế được dùng để đo nhiệt lượng chứa trong các màu sắc khác nhau trong các dải sáng. Để so sánh với nhiệt độ môi trường, Herschel đã sử dụng một số nhiệt kế đặt gần dải đèn màu để so sánh nhằm đo nhiệt độ môi trường. Trong thí nghiệm, anh tình cờ gặp một hiện tượng kỳ lạ: một nhiệt kế đặt bên ngoài dải đèn đỏ có số đo cao hơn các nhiệt độ khác trong nhà. Sau nhiều lần thí nghiệm, vùng được gọi là vùng nhiệt độ cao có nhiệt lượng lớn nhất luôn nằm bên ngoài ánh sáng đỏ ở rìa cực của dải ánh sáng. Vì vậy, ông tuyên bố rằng ngoài ánh sáng khả kiến, còn có một “đường nóng” vô hình trong bức xạ do mặt trời phát ra, nằm ngoài ánh sáng đỏ và được gọi là tia hồng ngoại. Hồng ngoại là sóng điện từ có bản chất giống như sóng vô tuyến và ánh sáng khả kiến. Việc phát hiện ra tia hồng ngoại là bước nhảy vọt trong hiểu biết của con người về tự nhiên, mở ra một con đường mới và rộng lớn cho việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ hồng ngoại.
Bước sóng của tia hồng ngoại nằm trong khoảng 0.76-100 μ M có thể được chia thành bốn loại dựa trên phạm vi bước sóng: hồng ngoại gần, hồng ngoại trung, hồng ngoại xa và hồng ngoại cực xa. Vị trí của nó trong phổ liên tục của sóng điện từ nằm ở vùng giữa sóng vô tuyến và ánh sáng khả kiến. Bức xạ hồng ngoại là loại bức xạ sóng điện từ phổ biến nhất tồn tại trong tự nhiên. Nó dựa trên thực tế là bất kỳ vật thể nào trong môi trường thông thường sẽ tạo ra các phân tử và nguyên tử của riêng nó theo chuyển động không đều, liên tục tỏa ra năng lượng hồng ngoại nhiệt. Chuyển động của các phân tử, nguyên tử càng mạnh thì năng lượng bức xạ càng lớn và ngược lại, năng lượng bức xạ càng nhỏ.
Các vật thể có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại do chuyển động phân tử của chính chúng. Sau khi chuyển đổi tín hiệu nguồn do vật thể phát ra thành tín hiệu điện thông qua đầu dò hồng ngoại, tín hiệu đầu ra của thiết bị chụp ảnh có thể mô phỏng đầy đủ sự phân bố không gian của nhiệt độ bề mặt của vật thể được quét từng cái một. Sau khi được hệ thống điện tử xử lý sẽ truyền đến màn hình hiển thị để thu được hình ảnh nhiệt tương ứng với sự phân bố nhiệt bề mặt của vật thể. Bằng cách sử dụng phương pháp này, có thể đạt được hình ảnh nhiệt và đo nhiệt độ từ xa của mục tiêu, đồng thời có thể thực hiện phân tích và phán đoán.
