Infrapunalämpömittarien toimintaperiaate
Infrapunalämpömittari koostuu optisesta järjestelmästä, valoilmaisimesta, signaalivahvistimesta, signaalinkäsittelystä, näytön lähdöstä ja muista osista. Optinen järjestelmä kerää kohde-infrapunasäteilyenergian näkökenttään. Näkökentän koon määräävät lämpömittarin optiset osat ja niiden sijainnit. Infrapunaenergia kohdistetaan valoilmaisimeen ja muunnetaan vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi. Signaali kulkee vahvistimen ja signaalinkäsittelypiirin läpi ja muunnetaan mitatun kohteen lämpötila-arvoksi korjauksen jälkeen instrumentin sisäisen käsittelyalgoritmin ja kohteen emissiivisyyden mukaisesti.
Luonnossa kaikki esineet, joiden lämpötila on yli nollan, lähettävät jatkuvasti infrapunasäteilyä ympäröivään tilaan. Objektin infrapunasäteilyenergian määrä ja sen jakautuminen aallonpituuksittain liittyvät läheisesti sen pintalämpötilaan. Siksi mittaamalla itse kohteen säteilemää infrapunaenergiaa sen pintalämpötila voidaan mitata tarkasti. Tämä on objektiivinen perusta, johon infrapunasäteilyn lämpötilan mittaus perustuu.
Musta kappale on ihanteellinen säteilijä, joka absorboi säteilyenergiaa kaikilla aallonpituuksilla ilman energian heijastusta tai läpäisyä, ja sen pintaemissiivisyys on 1. Lähes kaikki luonnossa esiintyvät todelliset esineet eivät kuitenkaan ole mustia kappaleita. Infrapunasäteilyn jakautumissääntöjen selkeyttämiseksi ja saamiseksi teoreettisessa tutkimuksessa on valittava sopiva malli. Tämä on Planckin ehdottama kvantisoitu oskillaattorimalli kehon ontelosäteilystä. Johdettiin Planckin laki mustan kappaleen säteilystä, eli mustan kappaleen spektrisäteilystä ilmaistuna aallonpituudella. Tämä on kaikkien infrapunasäteilyteorioiden lähtökohta, joten sitä kutsutaan mustan kappaleen säteilylakiksi. Kaikkien todellisten esineiden säteilymäärä ei riipu pelkästään säteilyn aallonpituudesta ja kohteen lämpötilasta, vaan myös tekijöistä, kuten materiaalityypistä, valmistusmenetelmästä, lämpöprosessista, pinnan tilasta ja kohteen ympäristöolosuhteista. Siksi, jotta mustan kappaleen säteilylaki soveltuisi kaikkiin todellisiin esineisiin, on otettava käyttöön materiaalin ominaisuuksiin ja pinnan tilaan liittyvä suhteellinen kerroin eli emissiivisyys. Tämä kerroin ilmaisee, kuinka lähellä todellisen kohteen lämpösäteily on mustan kappaleen säteilyä ja sen arvo on nollan ja arvon välillä alle 1. Säteilylain mukaan infrapunasäteilyn ominaisuudet niin kauan kuin materiaalin emissiokyky tunnetaan mistä tahansa esineestä voidaan tietää. Tärkeimmät emissiivisuuteen vaikuttavat tekijät ovat: materiaalityyppi, pinnan karheus, fysikaalinen ja kemiallinen rakenne sekä materiaalin paksuus.
Kun infrapunasäteilylämpömittaria käytetään kohteen lämpötilan mittaamiseen, on ensin mitattava kohteen infrapunasäteilyn määrä sen kaistan alueella, minkä jälkeen lämpömittari laskee mitatun kohteen lämpötilan. Yksivärinen lämpömittari on verrannollinen säteilyn määrään kaistan sisällä; kaksivärinen lämpömittari on verrannollinen näiden kahden vyöhykkeen säteilyn määrän suhteeseen.
