如何才能測量高速移動(dòng)或溫度驟變物體的熱量？傳統(tǒng)的測溫工具，比如熱電偶或點(diǎn)溫儀，無法提供能完全顯示高速熱應(yīng)用特征所需的分辨率或速度。這些工具在用于對(duì)移動(dòng)中物體進(jìn)行測溫時(shí)并不實(shí)用，至少來說，并不能完整提供物體的熱屬性信息。

相比之下，紅外熱像儀可以測量整個(gè)場景中的溫度，捕捉每一像素的熱數(shù)據(jù)。紅外熱像儀能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確、非接觸的溫度測量。通過為相關(guān)應(yīng)用選擇正確的熱像儀類型，你便能夠收集到可靠的高速測溫?cái)?shù)據(jù)，生成定格的熱圖像，并給出具有說服力的研究數(shù)據(jù)。

點(diǎn)測溫與區(qū)域測溫

測量一個(gè)區(qū)域內(nèi)的溫度，而非逐個(gè)點(diǎn)、逐個(gè)點(diǎn)的進(jìn)行測量，可以幫助研究人員和工程師對(duì)其正在測試的系統(tǒng)做出更好的之情決策。

由于熱點(diǎn)偶和熱敏電阻都需要通過接觸才能進(jìn)行測溫，因此它們智能一次提供一個(gè)位置的溫度數(shù)據(jù)。而且，小的測試目標(biāo)一次只能安裝少數(shù)熱電偶。貼在其上，實(shí)際上熱電偶會(huì)散熱，而可能改變溫度讀數(shù)。

傳統(tǒng)熱電偶的熱圖像

非接觸式的測溫可能采用點(diǎn)溫儀（也稱為紅外測溫儀），但如同熱電偶一樣，點(diǎn)溫儀只能測量單點(diǎn)的溫度。

紅外熱像儀能對(duì)絕對(duì)零度以上物體發(fā)出的熱輻射生成熱圖像。通過提供每一個(gè)像素的溫度測量值，研究人員可以以非接觸的方式對(duì)某一場景進(jìn)行觀察和測溫。由于紅外熱像儀提供的數(shù)據(jù)比熱電偶或點(diǎn)溫儀要多，而且可以追蹤隨時(shí)間推移所發(fā)生溫度變化，所以他們非常適合用于研究和工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

制冷型與非制冷型紅外探測器

紅外探測器大體可分為兩類：一類是熱探測器，另一類是量子探測器。

熱探測器，比如微測輻射熱計(jì)，會(huì)對(duì)射入的輻射能產(chǎn)生反應(yīng)，加熱像素，通過電阻的變化來反映出溫度的變化。此類紅外熱像儀不需要制冷，且成本比量子探測器紅外熱像儀低。制冷型量子探測器采用銻華銦（InSb）、銦鎵砷（InGaAs）或應(yīng)變超晶格制成。這類探測器為光電探測器，即光子撞擊像素點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)于積分電容器的電子。像素采用的電子快門，通過斷開或短路積分電容器來控制快門。

銻化銦(InSb)探測器熱像儀，比如FLIR X6900sc，在測量-20 ?C至350 ?C之間的物體溫度時(shí)，其典型的積分時(shí)間可能低至0.48μs。如此短的“快照速度”可以定格畫面，準(zhǔn)確測量非?？斓乃矔r(shí)變化。

FLIR銻化銦制冷型熱像儀拍攝的FA-18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)的定格畫面

相反，非制冷型熱像儀，比如FLIR T1030sc，它的像素由隨溫度產(chǎn)生明顯電阻變化的材料組成。而且，每一個(gè)像素的溫度都會(huì)升高或降低。其電阻隨溫度的變化而變化，并可測量其數(shù)值，同時(shí)通過校準(zhǔn)流程映射至目標(biāo)溫度。

現(xiàn)今配備的微測輻射熱計(jì)紅外熱像儀的快照速度或“時(shí)間常數(shù)”一般為8-12ms。但這并不意味著傳感器像素點(diǎn)以每8-12ms進(jìn)行讀取。一般的經(jīng)驗(yàn)是：處理躍階輸入信號(hào)的一階系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間是時(shí)間常數(shù)的5倍。

時(shí)間常數(shù)與思維實(shí)驗(yàn)

以下的思維實(shí)驗(yàn)有助于方便理解微測輻射熱計(jì)的時(shí)間常數(shù)概念和其影響高速測溫的方式。

假想有兩桶水：一桶是裝滿已攪拌均勻的0 ?C冰水，另一桶是快速沸騰的100 ?C沸水。讓微測輻射熱計(jì)紅外熱像儀先對(duì)準(zhǔn)冰水測溫，然后馬上對(duì)準(zhǔn)沸水(100 ?C的躍階輸入)，記錄這一過程的測溫結(jié)果。