紅外測溫儀的工作原理是什么

1. 光學(xué)系統(tǒng)：收集目標(biāo)物體的紅外線

• 精準(zhǔn)收集目標(biāo)物體表面輻射的紅外線能量，并將其匯聚成一束平行光或聚焦光；

• 過濾掉環(huán)境中的可見光、雜散光等干擾信號(hào)，只允許特定波長范圍的紅外線進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)（不同測溫場景會(huì)匹配不同波長的濾光片，例如測人體溫度常用 8-14μm 波長，測高溫工業(yè)設(shè)備常用 1-5μm 波長）。

2. 紅外探測器：將紅外線能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)

• 熱型探測器（如熱電偶、熱釋電探測器）：通過吸收紅外線能量使自身溫度升高，進(jìn)而引發(fā)材料的物理特性變化（如電壓、電阻變化），這種變化與吸收的紅外能量成正比；

  → 優(yōu)點(diǎn)：成本低、波長響應(yīng)范圍寬，適合中低溫場景（如人體測溫、室溫測量）；缺點(diǎn)：響應(yīng)速度較慢、精度略低。

• 光子型探測器（如紅外二極管、紅外電荷耦合器件 CCD）：通過紅外線光子撞擊探測器材料中的電子，直接產(chǎn)生光電流，電流大小與光子數(shù)量（即紅外能量）直接相關(guān)；

  → 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快、靈敏度高、測量精度高，適合高溫場景（如工業(yè)熔爐、發(fā)動(dòng)機(jī)測溫）；缺點(diǎn)：需低溫冷卻（如液氮冷卻）、成本較高。

3. 信號(hào)處理單元：放大、修正電信號(hào)

• 信號(hào)放大：通過放大器將微弱電信號(hào)放大到可計(jì)算的量級(jí)；

• 噪聲過濾：通過濾波電路去除環(huán)境溫度波動(dòng)、電路干擾等 “雜信號(hào)”，確保信號(hào)純凈；

• ** emissivity（發(fā)射率）修正 **：這是提升精度的關(guān)鍵步驟 —— 不同物體的 “發(fā)射率” 不同（即物體輻射紅外線的能力，黑體的發(fā)射率為 1，實(shí)際物體如金屬約 0.1-0.6、皮膚約 0.95）。若不修正，會(huì)導(dǎo)致測量偏差，因此測溫儀會(huì)允許用戶手動(dòng)設(shè)置發(fā)射率，或內(nèi)置常見材料的發(fā)射率數(shù)據(jù)庫自動(dòng)修正。

4. 數(shù)據(jù)計(jì)算與顯示：輸出最終溫度值

• 斯特藩 - 玻爾茲曼定律明確：物體輻射的總能量與溫度的 4 次方成正比（公式：$E=\epsilon \sigma T^4$，其中$E$為輻射能量，$\epsilon$為發(fā)射率，$\sigma$為斯特藩常數(shù)，$T$為物體絕對(duì)溫度）；

• 微處理器通過反向推導(dǎo)該公式，將 “修正后的電信號(hào)強(qiáng)度” 轉(zhuǎn)化為物體的實(shí)際表面溫度，并通過顯示屏（LCD/LED）實(shí)時(shí)顯示。

補(bǔ)充：紅外測溫儀的核心優(yōu)勢與局限性

• 優(yōu)勢：非接觸測量（避免污染 / 燙傷，如測高溫管道、傳染病患者）、響應(yīng)速度快（毫秒級(jí)）、體積小易便攜；

• 局限性：僅測表面溫度（無法測物體內(nèi)部溫度）、受環(huán)境影響大（如煙霧、灰塵會(huì)遮擋紅外線，強(qiáng)光會(huì)干擾探測器）、測量距離有限（距離越遠(yuǎn)，需測的目標(biāo)面積越大，即 “距離系數(shù) D:S”—— 如 D:S=10:1 表示距離 10cm 時(shí)，目標(biāo)面積需≥1cm2）。