Σύντομη περιγραφή της αρχής λειτουργίας των υπέρυθρων θερμομέτρων
Ένα υπέρυθρο θερμόμετρο αποτελείται από ένα οπτικό σύστημα, φωτοανιχνευτή, ενισχυτή σήματος, κύκλωμα επεξεργασίας σήματος, οθόνη και μονάδα εξόδου. Το οπτικό σύστημα συλλέγει ενέργεια υπέρυθρης ακτινοβολίας από τον στόχο εντός του οπτικού του πεδίου. Το μέγεθος του οπτικού πεδίου καθορίζεται από τα οπτικά στοιχεία του θερμομέτρου και τη διάταξή τους. Η υπέρυθρη ενέργεια εστιάζεται στον φωτοανιχνευτή και μετατρέπεται σε αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα. Αφού περάσει από τον ενισχυτή και το κύκλωμα επεξεργασίας σήματος, το σήμα μετατρέπεται στην τιμή θερμοκρασίας του μετρούμενου στόχου, βαθμονομημένη από τον ενσωματωμένο αλγόριθμο και την ικανότητα εκπομπής στόχου.
Στη φύση, όλα τα αντικείμενα με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπουν συνεχώς υπέρυθρη ακτινοβολία στον περιβάλλοντα χώρο. Το μέγεθος της υπέρυθρης ακτινοβολίας ενός αντικειμένου και η κατανομή του μήκους κύματός του έχουν στενή σχέση με τη θερμοκρασία της επιφάνειάς του. Επομένως, η θερμοκρασία της επιφάνειας ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια ανιχνεύοντας την υπέρυθρη ενέργεια που εκπέμπεται από το ίδιο το αντικείμενο. Αυτό αποτελεί την αντικειμενική βάση της θερμομετρίας υπέρυθρης ακτινοβολίας.
Ένα μαύρο σώμα είναι ένα ιδανικό καλοριφέρ. Απορροφά την ενέργεια ακτινοβολίας όλων των μηκών κύματος χωρίς ανάκλαση ή μετάδοση, και η επιφανειακή του εκπομπή ισούται με 1. Ωστόσο, σχεδόν όλα τα πραγματικά αντικείμενα στη φύση δεν είναι μαύρα σώματα. Για να μελετηθούν οι νόμοι της κατανομής της υπέρυθρης ακτινοβολίας, πρέπει να υιοθετηθεί ένα κατάλληλο θεωρητικό μοντέλο. Ο Planck πρότεινε το μοντέλο κβαντισμένου ταλαντωτή για την ακτινοβολία κοιλότητας, το οποίο εξήγαγε τον νόμο του Planck για την ακτινοβολία μαύρου σώματος, δηλαδή τη φασματική ακτινοβολία ενός μαύρου σώματος που εκφράζεται ως συνάρτηση του μήκους κύματος. Αυτό είναι το σημείο εκκίνησης όλων των θεωριών υπέρυθρης ακτινοβολίας και είναι γνωστό ως νόμος της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος.
Η ακτινοβολούμενη ποσότητα πραγματικών αντικειμένων εξαρτάται όχι μόνο από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας και τη θερμοκρασία του αντικειμένου, αλλά και από τον τύπο του υλικού, τη μέθοδο κατασκευής, τη θερμική ιστορία, την κατάσταση της επιφάνειας και τις συνθήκες περιβάλλοντος. Επομένως, για να εφαρμοστεί ο νόμος της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος σε πραγματικά αντικείμενα, πρέπει να εισαχθεί ένας αναλογικός συντελεστής που σχετίζεται με τις ιδιότητες του υλικού και την κατάσταση της επιφάνειας, δηλαδή την εκπομπή. Αυτός ο συντελεστής δείχνει πόσο κοντά η θερμική ακτινοβολία ενός πραγματικού αντικειμένου πλησιάζει εκείνη ενός μαύρου σώματος, που κυμαίνεται από 0 έως λιγότερο από 1. Σύμφωνα με τους νόμους της ακτινοβολίας, τα χαρακτηριστικά υπέρυθρης ακτινοβολίας οποιουδήποτε αντικειμένου μπορούν να προσδιοριστούν μόλις γίνει γνωστή η εκπεμπόμενη του υλικού. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την εκπομπή είναι ο τύπος του υλικού, η τραχύτητα της επιφάνειας, η φυσική και χημική δομή και το πάχος του υλικού.
Κατά τη μέτρηση της θερμοκρασίας στόχου με ένα θερμόμετρο υπέρυθρης ακτινοβολίας, το όργανο ανιχνεύει πρώτα την ποσότητα υπέρυθρης ακτινοβολίας του στόχου εντός της φασματικής ζώνης του και στη συνέχεια υπολογίζει τη θερμοκρασία στόχο. Για θερμόμετρα ενός χρώματος, η ένδειξη είναι ανάλογη με την ποσότητα ακτινοβολίας εντός της ζώνης. Για θερμόμετρα δύο χρωμάτων, η ένδειξη είναι ανάλογη με την αναλογία ακτινοβολούμενων μεγεθών από δύο φασματικές ζώνες.
