紅外熱像儀原理及熱輻射

紅外線熱像儀原理來自于紅外輻射，這種輻射是所有溫度高于絕對零度的物體發(fā)出的，這也通常被稱為熱輻射。紅外輻射位于可見光和微波之間，波長范圍為0.7–1000μm。紅外光譜可分為幾個(gè)光譜區(qū)。在不同的科學(xué)領(lǐng)域有不同的分區(qū)方案，但有一個(gè)共同的方案如表1所示。

中長波紅外通常被稱為熱紅外（TIR）。因?yàn)闇囟确秶?90-1000K之間的物體在這個(gè)光譜范圍內(nèi)發(fā)射輻射。大氣只以一定的吸收大氣分子中其他波長而產(chǎn)生的波長。二氧化碳和水是紅外輻射吸收的主要來源。說明了透射輻射的百分比取決于波長，并說明了導(dǎo)致較大透射間隙的分子。由于大氣傳輸間隙在5到8μm之間，因此沒有理由使相機(jī)在該波段敏感。14μm以上的輻射也是如此，圖顯示了近紅外和熱相機(jī)的典型光譜范圍劃分。

圖為細(xì)分紅外光譜的電磁光譜

紅外線熱像儀原理公式可由物體的溫度T引起的輻射并根據(jù)普朗克的波長分布函數(shù)描述：

其中λ是波長，h是普朗克常數(shù)（6.626×10?34 Js），c是光速（299,792,458 m/s），kB是玻爾茲曼常數(shù)（1.3806503×10-23 J / K）。

隨著溫度升高，強(qiáng)度峰移動(dòng)到較短的波長，并且強(qiáng)度隨溫度升高。對于極熱的物體，輻射會(huì)延伸到可見光譜中，例如對于熾熱的鐵而言。強(qiáng)度峰的波長由維恩位移定律描述：

λmax= 2.898×10?3T

普朗克的波長分布函數(shù)描述了黑體發(fā)出的輻射。假定為實(shí)際應(yīng)用而研究的大多數(shù)材料被稱為所謂的灰體，其輻射的比例因子在0和1之間恒定。該因子稱為發(fā)射率。例如，拋光銀的發(fā)射率非常低（0.02），而人類皮膚的發(fā)射率非常接近1。其他材料（例如氣體）是選擇性發(fā)射器，在熱紅外光譜中具有特定的吸收和發(fā)射帶。類似于紅外線熱像儀原理所描述的，特定的吸收帶和發(fā)射帶都?xì)w因于輻射的性質(zhì)。