紅外探測器的測溫原理

　　hbzhan內容導讀：自二十世紀九十年代以來，我國電力工業發展迅速，電網規模日益擴大。電力設備是電網和變電站的核心設備，它的運行狀況直接關系到系統的安全運行。隨著電壓等級的提高，電力設備的負荷也越來越大，由于電力設備自身的造價都比較昂貴，因電力設備故障所帶來的事故，造成的損失往往也是巨大的。
　　
　　而設備運行時所發出的紅外光譜的波長范圍是5～14um，屬于遠紅外光譜，這個波段內的光所對應的物體的溫度是介于0～500℃之間。溫度不是特別高，對儀器的損壞也不是特別大，因此，設計一種測量更準確，采樣波長介于此區間內的非接觸式遠紅外測溫儀來監測電力設備運行狀態，及時發現潛在故障，有著充分的必要性。
　　
　　紅外探測器一般由光學系統、敏感元件、前置放大器和信號調制器組成。光學系統是遠紅外探測器的重要組成部分。根據光學系統的結構分為反射式光學系統的遠紅外探測器和透射式光學系統的遠紅外探測器兩種。
　　
　　對于反射式光學系統的紅外探測器的結構，它由凹面玻璃反射鏡組成，其表面鍍金、鋁和鎳鉻等紅外波段反射率很高的材料構成反射式光學系統。為了減小像差或使用上的方便，常另加一片次鏡，使目標輻射經兩次反射聚集到敏感元件上，敏感元件與透鏡組合在一起，前置放大器接收熱電轉換后的電信號，并對其進行放大。
　　
　　紅外測溫的理論原理
　　
　　在自然界中，當物體的溫度高于零度時，由于它內部熱運動的存在，就會不斷的向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0.75μm~100μm的紅外線。他zui大的特點是在給定的溫度和波長下，物體發射的輻射能有一個zui大值，這種物質稱為黑體，并設定他的反射系數為1，其他的物質反射系數小于1，稱為灰體，由于黑體的光譜輻射功率P（λＴ）與溫度T之間滿足普朗克定。說明在溫度T下，波長λ處單位面積上黑體的輻射功率為P（λＴ）。根據這個關系可以得到圖1的關系曲線，從圖中可以看出：
　　
　　1隨著溫度的升高，物體的輻射能量越強。這是紅外輻射理論的出發點，也是單波段紅外測溫儀的設計依據。
　　
　　2隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動（向左），并且滿足維恩位移定理，峰值處的波長與溫度T成反比，虛線為處峰值連線。這個公式告訴我們為什么高溫測溫儀多工作在短波處，低溫測溫儀多工作在長波處。
　　
　　3輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長波處大，即短波處工作的測溫儀相對信噪比高（靈敏度高），抗干擾性強，測溫儀應盡量選擇工作在峰值波長處，特別是低溫小目標的情況下，這一點顯得尤為重要.