หลักการทำงาน การจัดประเภท และการประยุกต์ใช้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดในปัจจุบัน
หลักการวัดอุณหภูมิของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดคือการแปลงพลังงานการแผ่รังสีของรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุ (เช่น เหล็กหลอมเหลว) ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ขนาดของพลังงานรังสีอินฟราเรดจะสอดคล้องกับอุณหภูมิของวัตถุ (เช่น เหล็กหลอมเหลว) สามารถกำหนดอุณหภูมิของวัตถุ (เช่น เหล็กหลอมเหลว) ได้ เทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดได้รับการพัฒนาเพื่อสแกนและวัดอุณหภูมิของพื้นผิวที่มีการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน กำหนดภาพการกระจายของอุณหภูมิ และตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิที่ซ่อนอยู่ได้อย่างรวดเร็ว นี่คือตัวสร้างภาพความร้อนอินฟราเรด กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดถูกนำมาใช้ครั้งแรกในกองทัพ ใน 19 ปีที่ผ่านมา TI Corporation ของสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาระบบสอดแนมการสแกนอินฟราเรดระบบแรกของโลก หลังจากนั้น เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนด้วยอินฟราเรดก็ถูกนำมาใช้อย่างต่อเนื่องในเครื่องบิน รถถัง เรือรบ และอาวุธอื่นๆ ในประเทศตะวันตก ในฐานะที่เป็นระบบเล็งด้วยความร้อนสำหรับเป้าหมายการลาดตระเวน มันได้ปรับปรุงความสามารถในการค้นหาและโจมตีเป้าหมายอย่างมาก กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดที่ผลิตโดยบริษัท AGA ของสวีเดนนั้นอยู่ในตำแหน่งผู้นำด้านเทคโนโลยีพลเรือน อย่างไรก็ตาม จะทำอย่างไรให้เทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดใช้กันอย่างแพร่หลายยังคงเป็นปัญหา เป็นหัวข้อแอปพลิเคชันที่ควรค่าแก่การวิจัย
เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดประกอบด้วยระบบออปติคัล เครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก เครื่องขยายสัญญาณ การประมวลผลสัญญาณ เอาต์พุตจอแสดงผล และส่วนอื่นๆ ระบบออปติกจะรวบรวมพลังงานรังสีอินฟราเรดเป้าหมายในขอบเขตการมองเห็น และขนาดของขอบเขตการมองเห็นจะถูกกำหนดโดยส่วนออปติกของเทอร์โมมิเตอร์และตำแหน่งของเทอร์โมมิเตอร์ พลังงานอินฟราเรดจะโฟกัสที่ตัวตรวจจับแสงและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน สัญญาณจะผ่านแอมพลิฟายเออร์และวงจรประมวลผลสัญญาณ และแปลงเป็นค่าอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้หลังจากได้รับการแก้ไขตามอัลกอริทึมของการรักษาภายในของเครื่องมือและค่าการแผ่รังสีของชิ้นงาน
โดยธรรมชาติแล้ว วัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยพลังงานรังสีอินฟราเรดไปยังพื้นที่โดยรอบอย่างต่อเนื่อง ขนาดของพลังงานรังสีอินฟราเรดของวัตถุและการกระจายตามความยาวคลื่น - มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิพื้นผิว ดังนั้น ด้วยการวัดพลังงานอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากตัววัตถุเอง จึงสามารถกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นพื้นฐานวัตถุประสงค์สำหรับการวัดอุณหภูมิรังสีอินฟราเรด
วัตถุสีดำเป็นหม้อน้ำในอุดมคติ ซึ่งดูดซับพลังงานรังสีทุกความยาวคลื่น ไม่มีการสะท้อนและการส่งพลังงาน และมีค่าการแผ่รังสี 1 บนพื้นผิว อย่างไรก็ตามวัตถุที่ใช้งานได้จริงในธรรมชาตินั้นแทบจะไม่ใช่วัตถุสีดำ ชิงเหอได้รับกฎการกระจายของรังสีอินฟราเรด และในการวิจัยทางทฤษฎี จะต้องเลือกแบบจำลองที่เหมาะสม ซึ่งเป็นแบบจำลองการสั่นเชิงปริมาณของรังสีในโพรงร่างกายที่เสนอโดยพลังค์ และทำให้ได้กฎการแผ่รังสีของวัตถุดำของพลังค์ นั่นคือ วัตถุสีดำที่แสดงออกมาตามความยาวคลื่น การแผ่รังสีสเปกตรัม ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของทฤษฎีการแผ่รังสีอินฟราเรดทั้งหมด เรียกว่ากฎของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำ การแผ่รังสีของวัตถุจริงทั้งหมดไม่ได้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นรังสีและอุณหภูมิของวัตถุเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุ วิธีการเตรียม และกระบวนการทางความร้อนของวัตถุด้วย มันเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่าง ๆ เช่นสภาพพื้นผิวและสภาพแวดล้อม ดังนั้น เพื่อให้กฎของการแผ่รังสีของวัตถุดำใช้ได้กับวัตถุที่ใช้งานได้จริงทั้งหมด จะต้องแนะนำค่าสัมประสิทธิ์ตามสัดส่วนที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของวัสดุและสถานะพื้นผิว นั่นคือ ค่าการแผ่รังสี ค่าสัมประสิทธิ์นี้แสดงถึงความใกล้เคียงของการแผ่รังสีความร้อนของวัตถุจริงกับการแผ่รังสีของวัตถุสีดำ และค่าของมันอยู่ระหว่างศูนย์ถึงค่าที่น้อยกว่า 1 ตามกฎของการแผ่รังสี ตราบใดที่การแผ่รังสีของวัตถุมีค่าเท่ากับ รู้จักลักษณะการแผ่รังสีอินฟราเรดของวัตถุใด ๆ ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการแผ่รังสี ได้แก่ ประเภทของวัสดุ ความขรุขระของพื้นผิว โครงสร้างทางกายภาพและทางเคมี และความหนาของวัสดุ เมื่อใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบแผ่รังสีอินฟราเรดเพื่อวัดอุณหภูมิของชิ้นงาน อันดับแรกจำเป็นต้องวัดการแผ่รังสีอินฟราเรดของชิ้นงานภายในช่วงแถบ จากนั้นเทอร์โมมิเตอร์จะคำนวณอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้ ไพโรมิเตอร์แบบสีเดียวเป็นสัดส่วนกับปริมาณรังสีภายในแถบ ไพโรมิเตอร์สองสีเป็นสัดส่วนกับอัตราส่วนของปริมาณรังสีในสองแถบ
การวัดอุณหภูมิอินฟราเรดใช้วิธีการวิเคราะห์แบบจุดต่อจุด กล่าวคือ การแผ่รังสีความร้อนของพื้นที่เฉพาะของวัตถุจะมุ่งเน้นไปที่เครื่องตรวจจับเพียงตัวเดียว และพลังงานการแผ่รังสีจะถูกแปลงเป็นอุณหภูมิผ่านค่าการแผ่รังสีของวัตถุที่รู้จัก . เนื่องจากวัตถุที่ตรวจพบ ช่วงการวัด และโอกาสในการใช้งานที่แตกต่างกัน การออกแบบรูปลักษณ์และโครงสร้างภายในของเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดจึงแตกต่างกัน แต่โครงสร้างพื้นฐานโดยทั่วไปจะคล้ายกัน โดยส่วนใหญ่รวมถึงระบบออปติคัล เครื่องตรวจจับภาพ ตัวขยายสัญญาณและการประมวลผลสัญญาณ การแสดงผล และอื่นๆ ชิ้นส่วน รังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากหม้อน้ำ เมื่อเข้าสู่ระบบออปติก รังสีอินฟราเรดจะถูกมอดูเลตเป็นรังสีสลับโดยโมดูเลเตอร์ และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกันโดยเครื่องตรวจจับ สัญญาณจะผ่านแอมพลิฟายเออร์และวงจรประมวลผลสัญญาณ และแปลงเป็นค่าอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้หลังจากได้รับการแก้ไขตามอัลกอริทึมในเครื่องมือและค่าการแผ่รังสีของชิ้นงาน
