Principe théorique et application des thermomètres infrarouges
Dans la nature, lorsque la température d'un objet est supérieure au zéro absolu, il émet continuellement des ondes électromagnétiques vers l'environnement en raison du mouvement thermique interne. Ces ondes comprennent le rayonnement infrarouge dans la plage de longueurs d'onde allant de 0,75 µm à 100 µm. Une propriété caractéristique est qu’à une température et une longueur d’onde données, l’énergie rayonnante émise par un objet atteint un maximum. Une telle substance idéale est appelée corps noir, avec une émissivité fixée à 1. Toutes les autres substances, avec une émissivité inférieure à 1, sont appelées corps gris.
La puissance radiante spectrale P(λ,T) d'un corps noir suit la loi de Planck en fonction de la température absolue T. Cette loi décrit la puissance radiante par unité de surface d'un corps noir à la longueur d'onde λ et à la température absolue T.
À mesure que la température augmente, l’énergie rayonnante d’un objet devient plus forte. C'est le fondement de la théorie du rayonnement infrarouge et la base de conception des thermomètres infrarouges à bande unique.
À mesure que la température augmente, le pic de rayonnement se déplace vers des longueurs d'onde plus courtes (vers la gauche), obéissant à la loi de déplacement de Wien : la longueur d'onde maximale est inversement proportionnelle à la température absolue T. La ligne pointillée représente le lieu de ces valeurs maximales. Cette relation explique pourquoi les thermomètres à haute température fonctionnent principalement à des longueurs d'onde courtes, tandis que les thermomètres à basse température utilisent des longueurs d'onde plus longues.
Le taux de variation de l'énergie rayonnante par rapport à la température est plus élevé aux longueurs d'onde courtes qu'aux longueurs d'onde plus longues. En d’autres termes, les thermomètres fonctionnant à des longueurs d’onde plus courtes ont un rapport signal/bruit plus élevé (sensibilité plus élevée) et des performances anti-interférences plus fortes. Idéalement, les thermomètres devraient être conçus pour fonctionner près de la longueur d’onde maximale, en particulier pour les cibles à basse température et de petite taille, où ce facteur est particulièrement critique.
Deuxième partie
Un thermomètre infrarouge se compose d'un système optique, d'un détecteur photoélectrique, d'un amplificateur de signal, de circuits de traitement du signal et d'un module de sortie d'affichage. Le rayonnement de l'objet mesuré et d'une source de référence est modulé par un modulateur puis entré dans le détecteur infrarouge. La différence entre les deux signaux est amplifiée par un amplificateur inverse et utilisée pour contrôler la température de la source de référence, de sorte que son rayonnement spectral corresponde à celui de l'objet mesuré.
