红外测温技术

       红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，凡是存在于自然界的物体，如人体、火焰、冰等都会放射出红外线，只是波长不同而已。人体的温度为，所放射的红外线波长为（属于远红外线区）；加热到的物体，其放射出的红外线波长为（属于中红外线区）。红外线传感器（Infra-red sensor）可以检测到这些物体发射的红外线，用于测量、成像或控制。

   1. 认识红外技术             

   红外技术是研究红外辐射（Infra-red radiation）的产生、传播、转化、测量及其应用的技术。红外辐射俗称红外线，是一种不可见光。由于它是位于可见光中红色光线以外的光线，所以被称为红外线。它的波长在 之间，一般按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，但划分的方法因学科或技术领域不同而异。红外辐射在电磁波普中的位置如图2-39所示。

   在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量及波长的测量，便能测定辐射体的表面温度。红外测温示意图如图2-40所示。

   物体在温度较低时，辐射的是不可见光。温度升高到时，开始辐射一部分暗红色的光。从，辐射光的变化是：逐渐从红外红色橙色黄色蓝色白色。如果温度再升高，例如达到时，辐射光谱的上限已超过蓝色、紫色，进入紫外线区域，已无法用常规的温度传感器（比如热电偶）来测量。所以高温测量多采用辐射原理的温度计。

    辐射温度计可以分为高温辐射温度计、高温比色温度计、红外辐射温度计等。

 2. 红外辐射温度计

         红外辐射温度计（又称红外测温仪）既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以它是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围为，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外辐射温度计的外形如图2-41所示。

        红外辐射温度计由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由温度计的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。电信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后，得到被测目标的温度值。除此之外，还应该考虑目标和温度计所在的环境条件，如湿度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。红外辐射温度计测温的工作原理图如图2-42所示。

        测试时，按下红外测量仪辐射温度计的开关，“枪口”即射出一束低功率的红色激光，仅用于瞄准被测物的表面位置。该位置被测物表面发出的红外辐射能量准确地聚焦在红外辐射温度计“枪口”内部的光电池上。红外辐射温度计内部的微处理器根据距离、被测物表面黑度辐射系数、水蒸气及粉尘吸收修正系数、环境温度以及被测物辐射出来的红外光强度等诸多参数，计算出被测物体的表面温度。其相应时间只需0.2ms，有峰值、平均值显示及保持功能，可与计算机串行通信。

        红外辐射温度计广泛应用于铁路机车轴温检测，冶金、化工、高压输变电设备、热加工流水线的表面温度检测，还可快速检测人体体表温度。

3. 红外热释电传感器

某些电介质如压电陶瓷锆钛酸钳、铁电陶瓷灯，当其表面温度发射变化时，在电介质的表面就会产生电荷，这种现象称为热释电效应，利用具有这种效应的电介质制成元件称为热释电元件。热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。

红外热释电传感器如图2-43所示。它由滤光片、热释电红外敏感元件、高输入阻抗放大器等组成。通常采用金属封装，3根引脚分别为电源端D、输出端S和接地端GND。

   热释电传感器用于红外防盗器时，必须在表面再罩上一块由一组平行的棱柱形透镜所组成的菲涅尔透镜。当人体在透镜总的监视范围（视野约70）中运动时，热释电元件对运动物体一会儿“看得见”，一会儿又变得“看不见”，如此循环往复。所以人体的红外辐射以光脉冲的形式不断改变两个热释电元件的温度，使它输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。

   红外热释电传感器的优点是本身不产生任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。缺点是容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡；环境温度和人体温度接近时，探测的灵敏度明显下降，甚至会造成失灵。