Nguyên lý hoạt động của nhiệt kế hồng ngoại
Nhiệt kế hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, bộ tách sóng quang, bộ khuếch đại tín hiệu, xử lý tín hiệu, đầu ra màn hình và các bộ phận khác. Hệ thống quang học tập hợp năng lượng bức xạ hồng ngoại mục tiêu trong trường quan sát của nó. Kích thước của trường nhìn được xác định bởi các bộ phận quang học của nhiệt kế và vị trí của chúng. Năng lượng hồng ngoại được tập trung vào bộ tách sóng quang và chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng. Tín hiệu đi qua bộ khuếch đại và mạch xử lý tín hiệu và được chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ của mục tiêu đo sau khi hiệu chỉnh theo thuật toán xử lý bên trong của thiết bị và độ phát xạ của mục tiêu.
Trong tự nhiên, mọi vật thể có nhiệt độ trên 0 đều liên tục phát ra năng lượng bức xạ hồng ngoại vào không gian xung quanh. Lượng năng lượng bức xạ hồng ngoại của một vật thể và sự phân bố của nó theo bước sóng có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ bề mặt của nó. Do đó, bằng cách đo năng lượng hồng ngoại do chính vật thể tỏa ra, nhiệt độ bề mặt của nó có thể được đo chính xác. Đây là cơ sở khách quan để đo nhiệt độ bức xạ hồng ngoại.
Vật đen là vật tản nhiệt lý tưởng, hấp thụ năng lượng bức xạ ở mọi bước sóng mà không phản xạ hay truyền năng lượng, và độ phát xạ bề mặt của nó là 1. Tuy nhiên, hầu như tất cả các vật thể thực tế tồn tại trong tự nhiên đều không phải là vật thể đen. Để làm rõ và rút ra được quy luật phân bố của bức xạ hồng ngoại, nghiên cứu lý thuyết phải lựa chọn mô hình phù hợp. Đây là mô hình dao động lượng tử hóa của bức xạ khoang cơ thể do Planck đề xuất. Định luật Planck về bức xạ vật đen được rút ra, tức là độ bức xạ quang phổ của vật đen biểu thị bằng bước sóng. Đây là điểm khởi đầu của mọi lý thuyết về bức xạ hồng ngoại nên được gọi là định luật bức xạ vật đen. Lượng bức xạ của tất cả các vật thể thực tế không chỉ phụ thuộc vào bước sóng bức xạ và nhiệt độ của vật thể mà còn phụ thuộc vào các yếu tố như loại vật liệu, phương pháp chuẩn bị, quá trình nhiệt, trạng thái bề mặt và điều kiện môi trường của vật thể. Do đó, để định luật bức xạ vật đen áp dụng cho tất cả các vật thể thực, phải đưa ra một hệ số tỷ lệ liên quan đến tính chất vật liệu và trạng thái bề mặt, tức là độ phát xạ. Hệ số này biểu thị mức độ gần của bức xạ nhiệt của một vật thể thực tế với bức xạ vật đen và có giá trị từ 0 đến giá trị nhỏ hơn 1. Theo định luật bức xạ, miễn là biết được độ phát xạ của vật liệu thì các đặc tính của bức xạ hồng ngoại của bất kỳ đối tượng nào cũng có thể được biết. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ phát xạ là: loại vật liệu, độ nhám bề mặt, cấu trúc vật lý và hóa học và độ dày vật liệu.
Khi sử dụng nhiệt kế bức xạ hồng ngoại để đo nhiệt độ của mục tiêu, trước tiên phải đo lượng bức xạ hồng ngoại của mục tiêu trong phạm vi dải tần của nó, sau đó tính nhiệt độ của mục tiêu đo được bằng nhiệt kế. Nhiệt kế một màu tỷ lệ thuận với lượng bức xạ trong dải; nhiệt kế hai màu tỷ lệ thuận với tỷ lệ lượng bức xạ trong hai dải.
