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简述医用红外测温仪的工作原理

2020年03月05日 09:09 次阅读

(文章来源:激光网)

红外测温仪由光学系统、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,视场的大小由测温仪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。该信号经过放大器和信号处理电路,并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

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的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

黑体是一种理想化的辐射体,它吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,其表面的发射率为 1 .但是,自然界中存在的实际物体,几乎都不是黑体,为了弄清和获得红外辐射分布规律,在理论研究中必须选择合适的模型,这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型,从而导出了普朗克黑体辐射的定律,即以波长表示的黑体光谱辐射度,这是一切红外辐射理论的出发点,故称 黑体辐射定律 .所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外,还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。

简述医用红外测温仪的工作原理

因此,为使黑体辐射定律适用于所有实际物体,必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数,即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在零和小于 1 的数值之间。根据辐射定律,只要知道了材料的发射率,就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因素在:材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量,然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例;双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。

红外测温采用逐点分析的方式,即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上,并通过已知物体的发射率,将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场合不同,红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同,但基本结构大体相似,主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。辐射体发出的红外辐射。进入光学系统,经调制器把红外辐射调制成交变辐射,由探测器转变成为相应的电信号。该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转变为被测目标的温度值。

红外线测温仪三大分类:(1)人用红外线测温仪:额温型红外线体温计是一种利用红外接收原理测量人体的测温计。使用时,只须方便的将探测窗口对准额头位置,就能快速、准确的测得人体温度。(2)工业红外测温仪:工业红外测温仪测量物体的表面温度,其光传感器辐射、反射并传输能量,然后能量由探头进行收集、聚焦,再由其它的电路将信息转化为读书显示在机上,本机配备的激光灯更有效对准被测物及提高测量精度。(3)畜牧业动物红外测温仪测温仪:兽用红外线非接触体温计根据普朗克原理,通过准确测定动物体表特定部位的体表温度,修正体表温度与实际温度的温差,便能准确显示出动物的个体体温。

确定波长范围:目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。在高温区,测量金属材料的最佳波长是近红外,可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的,红外能量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和3.9μm波长;测量玻璃内部温度选用5.0μm波长;测低区区选用8-14μm波长为宜;再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长,聚醋类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长。

确定响应时间:响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。新型红外测温仪响应时间可达1ms.这要比接触式测温方法,快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外测温仪,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

(责任编辑:fqj)

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