فهم عميق لمبدأ عمل مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
يتكون مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء من نظام بصري، وكاشف ضوئي، ومضخم إشارة، ومعالجة الإشارات، وإخراج العرض، ومكونات أخرى. يقوم النظام البصري بتجميع طاقة الأشعة تحت الحمراء للهدف ضمن مجال رؤيته، ويتم تحديد حجم مجال الرؤية من خلال المكونات البصرية ومواضعها لمقياس الحرارة. تركز طاقة الأشعة تحت الحمراء على الكاشف الضوئي ويتم تحويلها إلى إشارات كهربائية مقابلة. يتم تحويل الإشارة إلى قيمة درجة حرارة الهدف الذي تم اختباره بعد تضخيمها ومعالجتها بواسطة دائرة معالجة الإشارة، ويتم تصحيحها وفقًا لخوارزمية المعالجة الداخلية للجهاز وانبعاثية الهدف.
في الطبيعة، جميع الأجسام التي تبلغ درجات حرارتها أعلى من الصفر تبعث باستمرار طاقة الأشعة تحت الحمراء إلى الفضاء المحيط بها. يرتبط حجم وتوزيع الطول الموجي لطاقة الأشعة تحت الحمراء لجسم ما ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة سطحه. لذلك، من خلال قياس طاقة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الجسم نفسه، يمكن قياس درجة حرارة سطحه بدقة، وهو الأساس الموضوعي لقياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء.
الجسم الأسود هو مشع مثالي يمتص الطاقة الإشعاعية بكافة أطوالها الموجية دون أي انعكاس أو انتقال للطاقة. تبلغ انبعاثية سطحه 1. ومع ذلك، فإن جميع الأجسام الفعلية الموجودة في الطبيعة تقريبًا ليست أجسامًا سوداء. لفهم قانون توزيع الأشعة تحت الحمراء والحصول عليه، لا بد من اختيار نموذج مناسب في البحث النظري، وهو النموذج المذبذب الكمي لإشعاع تجويف الجسم الذي اقترحه بلانك. وهذا يؤدي إلى قانون إشعاع الجسم الأسود بلانك، وهو الإشعاع الطيفي للأجسام السوداء معبرًا عنه بالطول الموجي. هذه هي نقطة البداية لجميع نظريات الأشعة تحت الحمراء، ومن هنا جاء قانون إشعاع الجسم الأسود. لا تعتمد كمية الإشعاع لجميع الأجسام الفعلية على الطول الموجي للإشعاع ودرجة حرارة الجسم فحسب، بل تعتمد أيضًا على عوامل مثل نوع المادة وطريقة التحضير والعملية الحرارية وحالة السطح والظروف البيئية التي تشكل الجسم. هدف. لذلك، لكي ينطبق قانون إشعاع الجسم الأسود على جميع الأشياء العملية، من الضروري إدخال معامل تناسبي يتعلق بخصائص المواد وحالات السطح، ألا وهو الانبعاثية. ويمثل هذا المعامل القرب بين الإشعاع الحراري للجسم الفعلي وإشعاع الجسم الأسود، بقيمة تتراوح بين صفر وقيمة أقل من 1. ووفقا لقانون الإشعاع، طالما أن انبعاثية مادة ما معروفة، فإن الأشعة تحت الحمراء الخصائص الإشعاعية لأي جسم معروفة. تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على الابتعاثية نوع المادة، وخشونة السطح، والبنية الفيزيائية والكيميائية، وسمك المادة.
عند قياس درجة حرارة هدف ما باستخدام مقياس حرارة الأشعة تحت الحمراء، فإن الخطوة الأولى هي قياس الأشعة تحت الحمراء للهدف ضمن نطاق طوله الموجي، ومن ثم يقوم مقياس الحرارة بحساب درجة حرارة الهدف المقاس. يتناسب مقياس الحرارة أحادي اللون مع كمية الإشعاع داخل النطاق؛ يتناسب مقياس الحرارة ثنائي اللون مع نسبة الإشعاع في كلا النطاقين.
