Nguyên lý làm việc, phân loại và ứng dụng hiện đại của nhiệt kế hồng ngoại
Nguyên lý đo nhiệt độ của nhiệt kế hồng ngoại là chuyển đổi năng lượng bức xạ của các tia hồng ngoại do vật thể phát ra (chẳng hạn như thép nóng chảy) thành tín hiệu điện. Kích thước của năng lượng bức xạ hồng ngoại tương ứng với nhiệt độ của vật thể (chẳng hạn như thép nóng chảy). , nhiệt độ của một vật thể (chẳng hạn như thép nóng chảy) có thể được xác định. Công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại đã được phát triển để quét và đo nhiệt độ của bề mặt với sự thay đổi nhiệt, xác định hình ảnh phân bố nhiệt độ của nó và nhanh chóng phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ ẩn. Đây là thiết bị chụp ảnh nhiệt hồng ngoại. Camera chụp ảnh nhiệt hồng ngoại lần đầu tiên được sử dụng trong quân đội. Trong 19 năm, Tập đoàn TI của Hoa Kỳ đã phát triển hệ thống trinh sát quét hồng ngoại đầu tiên trên thế giới. Sau đó, công nghệ ảnh nhiệt hồng ngoại lần lượt được sử dụng trên máy bay, xe tăng, tàu chiến và các loại vũ khí khác ở các nước phương Tây, như một hệ thống quan sát nhiệt để trinh sát mục tiêu, nó đã cải thiện đáng kể khả năng tìm kiếm và bắn trúng mục tiêu. Máy ảnh chụp ảnh nhiệt hồng ngoại do công ty AGA của Thụy Điển sản xuất đang ở vị trí hàng đầu trong công nghệ dân dụng. Tuy nhiên, làm thế nào để công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi vẫn là một vấn đề. Nó là một chủ đề ứng dụng đáng để nghiên cứu.
Nhiệt kế hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, máy dò quang điện, bộ khuếch đại tín hiệu, xử lý tín hiệu, đầu ra màn hình và các bộ phận khác. Hệ thống quang học thu thập năng lượng bức xạ hồng ngoại của mục tiêu trong trường quan sát của nó và kích thước của trường quan sát được xác định bởi các bộ phận quang học của nhiệt kế và vị trí của nó. 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 được sau khi được hiệu chỉnh theo thuật toán xử lý bên trong thiết bị và độ phát xạ của mục tiêu.
Trong tự nhiên, mọi vật thể có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối đều không ngừng phát ra năng lượng bức xạ hồng ngoại ra không gian xung quanh. Độ lớn của năng lượng bức xạ hồng ngoại của một vật thể và sự phân bố của nó theo bước sóng - có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhiệt độ bề mặt của nó. Do đó, bằng cách đo năng lượng hồng ngoại do chính vật thể phát ra, nhiệt độ bề mặt của nó có thể được xác định chính xác, đây là cơ sở khách quan để đo nhiệt độ bức xạ hồng ngoại.
Vật đen là một vật bức xạ lý tưởng, nó hấp thụ tất cả các bước sóng của năng lượng bức xạ, không có sự phản xạ và truyền năng lượng, đồng thời có độ phát xạ bằng 1 trên bề mặt của nó. Tuy nhiên, các đối tượng thực tế trong tự nhiên hầu như không phải là vật thể màu đen. Qinghe đã thu được định luật phân bố của bức xạ hồng ngoại, và trong nghiên cứu lý thuyết, phải chọn một mô hình thích hợp, đó là mô hình dao động lượng tử của bức xạ khoang cơ thể do Planck đề xuất, và do đó suy ra định luật bức xạ vật đen của Planck, nghĩa là, vật đen được biểu thị bằng bước sóng Bức xạ quang phổ, là điểm khởi đầu của tất cả các lý thuyết bức xạ hồng ngoại, được gọi là định luật bức xạ vật đen. 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 loại vật liệu, phương pháp chuẩn bị và quá trình nhiệt của vật thể. Nó có liên quan đến các yếu tố như trạng thái bề mặt và điều kiện môi trường. Do đó, để áp dụng định luật bức xạ vật đen cho tất cả các vật thể thực tế, phải đưa ra một hệ số tỷ lệ liên quan đến tính chất vật liệu và trạng thái bề mặt, đó là hệ số phát xạ. Hệ số này biểu thị mức độ bức xạ nhiệt của một vật thể thực gần với bức xạ của vật đen và giá trị của nó nằm trong khoảng từ 0 đến giá trị nhỏ hơn 1. Theo định luật bức xạ, miễn là độ phát xạ của vật liệu là đã biết, các đặc điểm bức xạ hồng ngoại của bất kỳ vật thể nào cũng 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 của vật liệu. Khi sử dụng nhiệt kế bức xạ hồng ngoại để đo nhiệt độ của mục tiêu, trước tiên cần đo bức xạ hồng ngoại của mục tiêu trong phạm vi dải của nó, sau đó nhiệt độ của mục tiêu đo được tính toán bằng nhiệt kế. Hỏa kế đơn sắc tỷ lệ với lượng bức xạ trong một dải; hỏa kế hai màu tỷ lệ thuận với tỷ lệ lượng bức xạ trong hai dải.
Đo nhiệt độ hồng ngoại áp dụng phương pháp phân tích từng điểm, nghĩa là bức xạ nhiệt của một khu vực cục bộ của vật thể được tập trung vào một máy dò duy nhất và năng lượng bức xạ được chuyển đổi thành nhiệt độ thông qua độ phát xạ của vật thể đã biết . Do các đối tượng được phát hiện, phạm vi đo và dịp sử dụng khác nhau, thiết kế bên ngoài và cấu trúc bên trong của nhiệt kế hồng ngoại là khác nhau, nhưng cấu trúc cơ bản nói chung là tương tự nhau, chủ yếu bao gồm hệ thống quang học, bộ tách sóng quang, bộ khuếch đại tín hiệu và xử lý tín hiệu, đầu ra màn hình, v.v. các bộ phận. Bức xạ hồng ngoại do bộ tản nhiệt phát ra. Khi đi vào hệ thống quang học, bức xạ hồng ngoại được bộ điều chế biến đổi thành bức xạ xen kẽ và được máy dò 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 được sau khi được hiệu chỉnh theo thuật toán trong thiết bị và độ phát xạ của mục tiêu.
