Infrapunatermomeetrite tööpõhimõtte põhjalik ülevaade
Infrapunatermomeeter koosneb optilisest süsteemist, fotodetektorist, signaalivõimendist, signaalitöötlusseadmest, kuvarist ja väljundmoodulist. Optiline süsteem kogub oma vaateväljas olevalt sihtmärgilt infrapunakiirguse energiat. Vaatevälja suuruse määravad termomeetri optilised komponendid ja nende paigutus. Infrapunaenergia fokuseeritakse fotodetektorile ja muundatakse vastavaks elektrisignaaliks. See signaal läbib võimendi ja signaalitöötlusahela. Pärast sisseehitatud algoritmidel ja sihtmärgi kiirgusvõimel põhinevat kalibreerimist teisendatakse see mõõdetud sihtmärgi temperatuuriväärtuseks.
Looduses kiirgavad kõik objektid, mille temperatuur on üle absoluutse nulli, ümbritsevasse ruumi pidevalt infrapunakiirgust. Objekti infrapunakiirguse energia suurus ja jaotus lainepikkustel on tihedas korrelatsioonis selle pinnatemperatuuriga. Seetõttu saab objekti pinnatemperatuuri täpselt mõõta, tuvastades objekti enda poolt kiiratava infrapunaenergia. See moodustab infrapunakiirguse termomeetria objektiivse aluse.
Must korpus on ideaalne radiaator. See neelab kõigi lainepikkustega kiirgusenergiat ilma peegelduse või ülekandeta ning selle pinnakiirguse võime on 1. Siiski ei ole peaaegu kõik reaalsed looduses esinevad objektid mustad kehad. Infrapunakiirguse jaotuse seaduspärasuste uurimiseks tuleb vastu võtta sobiv teoreetiline mudel. Planck pakkus välja õõnsuskiirguse kvantiseeritud ostsillaatori mudeli, mis viis Plancki musta keha kiirguse seaduseni - musta keha spektraalse kiirguse lainepikkuse funktsioonina. See on kõigi infrapunakiirguse teooriate alus ja seda tuntakse musta keha kiirguse seadusena.
Reaalsete objektide kiirgushulk ei sõltu mitte ainult kiirguse lainepikkusest ja objekti temperatuurist, vaid ka materjali tüübist, valmistamismeetodist, termilisest ajaloost, pinna seisundist ja ümbritsevast keskkonnast. Seetõttu tuleb musta keha kiirgusseaduse rakendamiseks reaalsetele objektidele kasutusele võtta materjali omaduste ja pinna olekuga seotud proportsionaalne koefitsient, nimelt kiirgusvõime. See koefitsient näitab, kui täpselt reaalse objekti soojuskiirgus läheneb musta keha soojuskiirgusele, jäädes vahemikku 0 kuni vähem kui 1. Kiirgusseaduste kohaselt saab iga objekti infrapunakiirguse omadusi määrata, kui materjali kiirgusvõime on teada. Peamiste emissioonitegurite hulka kuuluvad materjali tüüp, pinna karedus, füüsikaline ja keemiline struktuur ning materjali paksus.
Infrapunakiirguse termomeetriga sihttemperatuuri mõõtmisel tuvastab seade esmalt sihtmärgi infrapunakiirguse koguse oma spektriribas, seejärel arvutab sihttemperatuuri. Ühevärviliste termomeetrite puhul on näit võrdeline kiirguse kogusega sagedusalas. Kahevärviliste termomeetrite puhul on näit võrdeline kahe spektririba kiirguskoguste suhtega.
