一、非接触测温仪器简介

    最初的辐射式温度计都是高温计，有单色辐射、全辐射和比色高温计，它们又可分为光学计和光电计两种。光学高温计不能连续测温，在工业生产的应用中受到限制，光电高温计可自动测温、自动记录和远距离传送，利于参数集中检测，使用方便。

    随着辐射式温度计测量范围向中温（100～700℃）和低温（＜100℃）方向扩展，在2000K以下的辐射大部分能量已不是可见光而是红外线了，因而近些年来，红外测温得到了迅猛的发展和应用。红外测温的手段不仅有红外点温仪、红外测温仪，还有红外电视和红外成像系统等设备，除可以显示物体某点的温度外，还可实时显示出物体的二维温度场，且空间分辨率和温度分辨率都达到了相当高的水平。尤其是红外成像系统除带有黑白、彩色监视器外，并有多功能处理器、录像机、实时记录器、软盘记录仪等，可灵活配用，使用十分方便，可广泛应用于各种工业生产流程、科学实验、医疗等行业。

    二、红外测温仪器分类

    红外测温仪器主要由精密光学系统和红外探测器两部分组成。

    光学系统用于收集处于视场内的辐射源发射的红外辐射功率，再把它聚集到探测器响应平面上；它与红外探测器一起决定测温设备的视场和空间分辨率。该系统可以是透射式的，也可以是反射式的，根据视场大小和像质要求，可以由不同透镜组成。

    作为红外测温敏感器件的红外探测器，是把入射的红外辐射能转变成其他能量的转换器，或者是转换成另一种便于测量的物理量的传感器。通常红外探测器分为热敏和光电探测器两大类。

       
    三、红外探测器

    1．热敏探测器

    热敏探测器是利用物体接收红外辐射使温度升高，从而引起一些参数变化的器件。它的响应时间比较长，约在毫秒级以上，对入射的各种波长辐射线基本上都具有相同的响应率。

    热敏探测器常用的有热敏电阻型、热电偶型、气动型和热释电型。

    热敏电阻型探测器的响应时间在1～10ms之间，比光电探测器差。热电偶型探测器响应时间达30～50ms，响应时间更长。

    热释电探测器是利用铁电体类电介质加上电压后，它的一个表面带正电，相反的表面带负电（电极化现象），电压除去后仍然保持极化状态，但极化强度与温度有关，温度升高，极化强度降低。当红外辐射照射到已极化的铁电体上时，使它的温度升高，其表面电荷减少，通过放大器将此变化转变成输出电压。只有温度变化引起电荷变化，才会有输出信号；温度不变，输出信号等于零。

    另外，还有气动式红外探测器，又称“高莱管”，它的响应时间约20ms。

    2．光电探测器

    光电探测器是利用某些物体中的电子因吸收红外辐射而改变其运动状态的原理工作的。它的响应时间比热敏探测器短得多，一般是微秒级，最短可达纳秒级。常用的光电探测器有光敏电阻型和光电池型。

    当红外辐射照到光敏电阻上时，它的电导率猛增，随着辐射入射功率的变化，其电导率也变化。光敏电阻探测器就是利用这种性质来测量红外辐射的。目前常用的光敏电阻有硫化铅、硒化铅、碲镐汞及砷化锢、锑化锢等。光敏电阻的探测率较热敏型高，有的可高出2-3个数量级，并且响应时间短，在微秒级。

   光电池被红外辐射照射后，就有电压输出，其电压大小与入射辐射功率有关。光电池的材料有砷化锢、锑化锢、碲镉汞及碲锡铅等，其响应时间比光敏电阻型还短。

    3.红外探测器的特性参数

    为便于选择比较不同探测器的性能，应当首先了解一些探测器的性能参数。

    (1)探测器材料。

    (2)工作类型：热敏电阻型、热电阻型、气动型、热释电型、光敏电阻型、光电池型等。

    (3)工作温度。

    (4)工作波段。

    (5)探测率D：当单位功率的红外辐射人射在具有单位探测面积的探测器上时，所能获得的单位带宽的信噪比。

    (6)响应时间。

    (7)响应率：探测器的输出信号电压（或电流）与输入的辐射功率之比。为了便于测量，避免探测器噪声和背景辐射的影响，通常输入的红外辐射功率都是经过调制的，输入与输出都是指调制成某一正弦频率分量的均方根值和平均值。

    4.探测器的噪声源

    由于红外辐射的光子能量较低，对可见光灵敏的各种探测器件对红外光一般都不灵敏。虽然红外辐射是使用普通温度计发现的，但对于测量准确度较高的场合，必须寻找对红外辐射灵敏（即对低能光子灵敏）的探测器来探测红外光。与此相应，各种噪声的影响就显得特别突出，这也正是红外测量过程中遇到的特殊问题。
红外探测器的噪声源有如下四个方面：

    (1)探测器本身；

    (2)放大器及其他电子线路；

    (3)周围环境热辐射的涨落；

    (4)被探测信号本身的涨落。

    四、红外仪器简介

    红外检测仪器按其检测物体的点、线和面可依次分为：红外点温仪（又称红外测温仪）、红外行扫仪、红外热电视和红外热像仪。

    红外点温仪常用于测量物体的一个点（即相对较小的面积）的温度，这种红外仪器每次只能测量物体较小一部分，当需要检测物体大面积的温度时，必须进行人工扫描，即按一定的方向和路线在被检测区域内选择多点，实施多次测量才能完成，比较麻烦。但由于红外点温仪的价格低廉、轻巧便携、坚固耐用、使用方便，因而成为现场检测的常用手段，是进行红外简易诊断的主要工具，是实施红外诊断技术的基础和必备手段。

    红外行扫仪可以检测物体一条线上的温度，它往往是通过与被检目标本身的规律运动，或通过飞机携载的方式合作完成对被检目标的全面扫描检测。因此，红外行扫仪的应用不够普遍。

    红外热电视可以对被检目标进行二维温度场检测，它的检测效率要大大超过红外点温仪，而价格又比热像仪低得多。虽然它的技术指标无法达到高性能热像仪的水平，但它不需要制冷，而且性能指标正在不断提高。对于生产现场设备的大面积普测来说，在红外点温仪日常检测的基础上，再配合使用红外热电视，对提高现场简易诊断的水平和层次比较有效。

    红外热像仪发展到目前已是第二代产品了。第一代红外热像仪是光机扫描热像仪，它是通过机械光学系统将被测目标进行二维扫描，达到对目标温度的面检。光机扫描热像仪的成像清晰度相当好，获得的热信息相当丰富，再加上微机技术的发展，使光机扫描热像仪在红外诊断技术的发展中发挥了相当出色的作用。但由于光机扫描热像仪扫描系统复杂，制造和使用维护都十分不便，为此又研制出第二代红外热像仪，其特点是取消了高速运动的机械扫描机构，采用自扫描的固体器件做成凝视型的红外焦平面热像仪。到目前为止，红外焦平面热像仪还在发展当中，且不断地从军用转向民用。