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什么是红外辐射计？
红外辐射计 (IR radiometer) 是一种通过测量表面或物体发射的红外（热）辐射来获取非接触式温度信息的传感器。测量基于物体自然发射的热能。
它是如何工作的？
每个物体都会根据其温度发射红外辐射 (IR)。红外辐射计：
- 检测来自物体的热红外辐射
- 根据斯特藩-玻尔兹曼定律将该辐射转换为温度
- 进行非接触式测量
测量波长
- 通常为 8 – 14 µm（大气窗口）
该波段是大气吸收率低且温度测量最准确的范围。
它测量什么？
- 表面温度（植物叶片温度、土壤、水、沥青等）
- 热辐射通量
间接地：
- 植物水分胁迫
- 夜间冷却 / 霜冻风险
- 热岛效应
光谱范围 8–14 µm（微米）这一表述，指明了传感器检测到的电磁波长范围。 具体到该传感器，测量的是红外线 (infrared – IR) 辐射。
为什么是 8–14 µm？
该范围是地球表面、植物、动物、建筑等物体自然发射的热辐射达到峰值的区域。
- 热辐射（温度发射）由斯特藩-玻尔兹曼定律和普朗克曲线定义。
- 例如，如果一个物体的温度约为 20–30 °C，其最强辐射就在 8–12 µm 附近。
大气原因？
8–14 μm 范围被称为大气的“透明窗口”区域：
- 大气对这些波长的辐射吸收非常少。
- 因此，可以直接测量表面发出的热量。
- 在 14 μm 之后，CO₂ 和 H₂O 水蒸气会大量吸收辐射。
与地球辐射表的区别
| 特征 | 红外辐射计 (Infrared radiometer) | 地球辐射表 (Pyrgeometer) |
|---|---|---|
|
测量 |
表面温度 |
长波辐射 |
|
视角 |
窄（特定区域） |
宽（半球形） |
|
波长 |
8 – 14 µm |
4.5 – 50 µm |
|
用途 |
物体/植物温度 |
能量平衡 |
|
输出 |
°C |
W/m² |
视野 (Field of View)
Apogee SI-411 传感器具有 22° 半角。公式：
r = d × tan(θ)
区域直径 = 2r
其中：
- d = 传感器与目标表面之间的距离（例如 1 米）
- θ = 半角 (22°)
- 区域直径 = 2r
随着传感器远离表面，测量的区域会线性扩大。
对于 1 米外的表面：
r = 1 · tan(22°) ≈ 1 · 0.404 = 0.404 m
直径 = 2 × 0.404 = 0.808 m（约 81 cm）
也就是说，传感器在 1 米外测量一个直径为 81 cm 的圆形区域。
对于 2 米外的表面：
r = 2 · tan(22°) ≈ 2 · 0.404 = 0.808 m
直径 = 2 × 0.808 = 1.616 m
在 2 米距离处，覆盖约 1.6 米的区域。
摘要：
- 在 0.5 m 距离处 → 约 40 cm 直径
- 在 1 m 距离处 → 约 81 cm 直径
- 在 2 m 距离处 → 约 1.6 m 直径
- 在 5 m 距离处 → 约 4 m 直径
红外辐射计 (IR) 传感器在农业中的意义
红外传感器回答了这样一个问题： “植物现在处于胁迫状态吗？”
- 及早发现蒸腾作用的下降
- 在气温下降之前检测到霜冻风险
- 日夜进行连续测量
