短波与长波 

根据普朗克定律，物体温度越高，其发射的红外能量就越多，且辐射光谱的峰值随温度升高向短波方向偏移。从实际应用角度来看，高温目标在短波红外范围内的辐射比例更大，从而使短波测温仪能获得更强的信号。在任何给定温度下，辐射能量随测量波长的缩短呈指数级增长，这使得短波探测器的传感器响应曲线更加陡峭。相比之下，长波测温仪的信号随温度增长较为平缓，因为它们工作的光谱区域对温度变化的依赖性不那么剧烈。这意味着短波测温仪在高温水平下反应极其灵敏；而当物体温度较低时，大部分辐射会向长波段偏移——导致短波测温仪几乎接收不到信号。

这些原理阐明了为什么短波传感器在测量高温时表现卓越，而长波传感器对于精确测量低温物体通常是必不可少的。

图 1 展示了由 10% 的发射率误差引起的测量偏差。在以对数轴表示的 Y 轴上，可以看到温度偏差非常显著。而在较短的波长下，这种偏差会呈指数级减小。

短波红外传感器具有多重优势，尤其是在高温或具有挑战性的测量条件下：

• 对发射率误差的敏感度较低：短波测量受目标温度的影响占据主导地位，因此发射率设置不正确对准确性的影响较小。在短波红外（SWIR）范围内，温度带来的指数级影响远超发射率的影响，这意味着由于发射率不确定性导致的测量误差要低得多。
• 对发射率波动的鲁棒性更强：由于短波段受发射率的影响较小，即便在目标发射率未知或发生变化的情况下，这些传感器仍能保持较高的测量准确度。因此，在那些发射率无法精确定义或在操作过程中可能发生波动的应用场景中，短波传感器更加可靠。
• 在金属表面具有更佳的测量表现：许多金属和高反光材料在短波红外波段具有更高的发射率。因此，短波测温仪能够更可靠地读取金属目标的温度；相比之下，长波传感器在抛光金属表面上给出的读数可能会不稳定或偏低。
• 高温下的高信号强度：在物体温度极高时，短波传感器能接收到更强的红外信号。由于高温物体的大部分热辐射都集中在较短的波段，这使得短波探测器在该波段内拥有更高的输出信号。

短波测温仪与热像仪的优势

长波红外传感器在特定场景下也有其独特的优势：

• 测量低温目标：长波探测器能够测量比短波传感器温度更低的目标。由于低温物体的热辐射大部分集中在较长的红外波长范围内，因此长波传感器在这些工况下能接收到更强的信号。
• 适用于发射率特性明确的情况：如果目标的发射率较高、稳定且已知，长波传感器可以表现良好，且误差极小。在需要进行低温测量且材料发射率特性已明确掌握的受控环境下，选择长波测量仪器是十分合适的。

测温仪与热像仪波长的选择策略

在选择短波或长波测温仪或热像仪时，权衡测量波长与探测器起始温度之间的关系至关重要。这里的起始温度是指设备能够产生可靠读数的最低温度。短波热像仪或测温仪固有的起始温度限制较高——它们无法检测极低的温度，因为低温物体在短波红外波段发射的能量微乎其微。这意味着红外热像仪或测温仪的测量范围，必须起始于工艺流程中预期的最低温度之下。如果工艺或目标在任何阶段可能变得非常冷，则可能需要使用长波传感器来捕捉这些低温读数。

通常而言，最佳方案是选择波长尽可能短的红外热像仪或测温仪，只要其起始量程刚好低于应用场景的最低温度即可；为了获得更好的重复性和整体精度，甚至可以牺牲低温端的测量能力。切记不要仅仅为了涵盖稍低一点的温度而盲目选择长波型号——使用超出实际需求的波长会降低测量精度，并增加设备对发射率误差的敏感度。

请选择在能够覆盖完整温度范围的前提下，尽可能短的波长，以最大限度地提高测量的准确性与鲁棒性！