Funktionsprinzip, Klassifizierung und moderne Anwendung des Infrarot-Thermometers
Das Temperaturmessprinzip des Infrarot-Thermometers besteht darin, die Strahlungsenergie der vom Objekt (z. B. geschmolzenen Stahl) emittierten Infrarotstrahlen in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Größe der Infrarotstrahlungsenergie entspricht der Temperatur des Objekts (z. B. geschmolzenen Stahls) selbst. , kann die Temperatur eines Objekts (z. B. geschmolzener Stahl) bestimmt werden. Die Infrarot-Temperaturmesstechnologie wurde entwickelt, um die Temperatur der Oberfläche mit thermischen Veränderungen zu scannen und zu messen, ihr Temperaturverteilungsbild zu bestimmen und versteckte Temperaturunterschiede schnell zu erkennen. Dies ist die Infrarot-Wärmebildkamera. Infrarot-Wärmebildkameras wurden erstmals im Militär eingesetzt. In 19 Jahren entwickelte die TI Corporation aus den USA das weltweit erste Infrarot-Scanning-Aufklärungssystem. Danach wurde die Infrarot-Wärmebildtechnik sukzessive in Flugzeugen, Panzern, Kriegsschiffen und anderen Waffen in westlichen Ländern als thermisches Visiersystem für Aufklärungsziele eingesetzt und hat die Fähigkeit, Ziele zu suchen und zu treffen, erheblich verbessert. Die Infrarot-Wärmebildkamera des schwedischen Unternehmens AGA nimmt eine führende Position in der zivilen Technologie ein. Allerdings ist es immer noch ein Problem, wie die Infrarot-Temperaturmesstechnik weit verbreitet werden kann. Es handelt sich um ein forschungswürdiges Anwendungsthema.
Das Infrarot-Thermometer besteht aus einem optischen System, einem fotoelektrischen Detektor, einem Signalverstärker, einer Signalverarbeitung, einem Anzeigeausgang und anderen Teilen. Das optische System sammelt die Infrarotstrahlungsenergie des Ziels in seinem Sichtfeld, und die Größe des Sichtfelds wird durch die optischen Teile des Thermometers und seine Position bestimmt. Infrarotenergie wird auf einen Fotodetektor fokussiert und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal durchläuft den Verstärker und die Signalverarbeitungsschaltung und wird in den Temperaturwert des gemessenen Ziels umgewandelt, nachdem es entsprechend dem Algorithmus der internen Behandlung des Instruments und dem Emissionsgrad des Ziels korrigiert wurde.
In der Natur geben alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt ständig Infrarotstrahlungsenergie an den umgebenden Raum ab. Die Größe der Infrarotstrahlungsenergie eines Objekts und ihre Verteilung entsprechend der Wellenlänge stehen in einem sehr engen Zusammenhang mit seiner Oberflächentemperatur. Daher kann durch die Messung der vom Objekt selbst abgestrahlten Infrarotenergie seine Oberflächentemperatur genau bestimmt werden, was die objektive Grundlage für die Messung der Infrarotstrahlungstemperatur darstellt.
Ein schwarzer Körper ist ein idealisierter Strahler, der alle Wellenlängen der Strahlungsenergie absorbiert, keine Energiereflexion und -übertragung aufweist und auf seiner Oberfläche einen Emissionsgrad von 1 aufweist. Praktische Objekte in der Natur sind jedoch fast keine schwarzen Körper. Qinghe hat das Verteilungsgesetz der Infrarotstrahlung erhalten, und in der theoretischen Forschung muss ein geeignetes Modell ausgewählt werden, nämlich das von Planck vorgeschlagene quantisierte Oszillatormodell der Körperhöhlenstrahlung, und so das Gesetz der Schwarzkörperstrahlung von Planck abgeleitet, das heißt Schwarzer Körper, ausgedrückt durch die Wellenlänge Die spektrale Strahlungsdichte, die den Ausgangspunkt aller Infrarotstrahlungstheorien bildet, wird als Gesetz der Schwarzkörperstrahlung bezeichnet. Die Strahlung aller realen Objekte hängt nicht nur von der Strahlungswellenlänge und der Temperatur des Objekts ab, sondern auch von der Art des Materials, der Herstellungsmethode und dem thermischen Prozess des Objekts. Es hängt mit Faktoren wie dem Oberflächenzustand und den Umgebungsbedingungen zusammen. Um das Gesetz der Schwarzkörperstrahlung auf alle praktischen Objekte anwendbar zu machen, muss daher ein proportionaler Koeffizient eingeführt werden, der sich auf Materialeigenschaften und Oberflächenzustände bezieht, nämlich den Emissionsgrad. Dieser Koeffizient gibt an, wie nahe die Wärmestrahlung eines tatsächlichen Objekts an der Strahlung eines schwarzen Körpers liegt, und sein Wert liegt zwischen Null und einem Wert kleiner als 1. Nach dem Strahlungsgesetz gilt, solange der Emissionsgrad des Materials gleich ist bekannt, sind die Infrarotstrahlungseigenschaften jedes Objekts bekannt. Die Hauptfaktoren, die den Emissionsgrad beeinflussen, sind: Materialtyp, Oberflächenrauheit, physikalische und chemische Struktur sowie Materialdicke. Wenn ein Infrarotstrahlungsthermometer zum Messen der Temperatur eines Ziels verwendet wird, muss zunächst die Infrarotstrahlung des Ziels innerhalb seines Bandbereichs gemessen werden. Anschließend wird die Temperatur des gemessenen Ziels vom Thermometer berechnet. Monochromatische Pyrometer sind proportional zur Strahlungsmenge innerhalb eines Bandes; Zweifarbenpyrometer sind proportional zum Verhältnis der Strahlungsmenge in den beiden Bändern.
Bei der Infrarot-Temperaturmessung wird eine Punkt-für-Punkt-Analysemethode verwendet, d. h. die Wärmestrahlung eines lokalen Bereichs des Objekts wird auf einen einzelnen Detektor fokussiert und die Strahlungsleistung wird durch den Emissionsgrad des bekannten Objekts in Temperatur umgewandelt . Aufgrund der unterschiedlichen erkannten Objekte, Messbereiche und Verwendungszwecke unterscheiden sich das Erscheinungsbild und die interne Struktur von Infrarot-Thermometern, die Grundstruktur ist jedoch im Allgemeinen ähnlich und umfasst hauptsächlich optisches System, Fotodetektor, Signalverstärker und Signalverarbeitung, Anzeigeausgang und anderes Teile. Von einem Strahler abgegebene Infrarotstrahlung. Beim Eintritt in das optische System wird die Infrarotstrahlung vom Modulator in Wechselstrahlung moduliert und vom Detektor in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal durchläuft den Verstärker und die Signalverarbeitungsschaltung und wird in den Temperaturwert des gemessenen Ziels umgewandelt, nachdem es entsprechend dem Algorithmus im Instrument und dem Emissionsgrad des Ziels korrigiert wurde.
