据麦姆斯咨询报道，美国国家标准与技术协会（NIST）的研究人员近期声称，他们已显著改进了科研级红外热成像测温仪和传感器，尤其是针对现场环境的传感器，该研究已发表至Opt. Express期刊，论文地址为https://doi.org/10.1364/OE.27.014246。该研究的关键改进之一是：实现设备自身温度的智能控制。
拥有跨度200°C的最佳温度范围
自20世纪60年代以来红外热成像测温仪就开始使用，其工作原理是探测远距离物体发出的红外辐射。最常见的红外测温仪以及NIST新研发的红外测温仪工作波谱均在8~14μm的中波红外波段。根据美国光学学会（OSA）成员、NIST工程师Howard Yoon（该篇论文第一作者）所述，这一波谱范围对应于-50°C至150°C的物体温度，该范围也是地球上测量温度的最佳范围。
Howard Yoon在NIST研究随附的新闻稿中表示：“新型测温仪拥有200°C的温度跨度‘几乎覆盖了地球上所有自然发生的温度’。如果设备本身的温度对测量该范围内物体产生重大影响，就是很严重的问题。”这种非接触式测温仪的应用非常广泛：涉及设备诊断、临床医学、食品评估、海洋表面温度和气候等方方面面的测量。
温度的影响
大多数红外热成像测温仪拥有相对简单的设计，主要由聚焦红外辐射的透镜和将聚焦热能转化为电信号的热释电传感器。但这种简单的设计也成了此类器件的致命弱点。
首先，沿测温计的温度变化会使设备不稳定，导致误差增大和精度降低。其次，这些简单的设计也容易由于衍射、散射和其他光学效应而产生较大的“源尺寸”效应误差，而这些光学效应还会导致设备标称视场以外的部分辐射到达探测器，从而干扰温度读数。
当然，其中的一些稳定性问题可利用实验室设备，通过频繁的重新校准和调整得到补偿。但是对于现场测温工作，设备精度须保持在千分之几度范围内，必须保持设备的长期稳定性。
透镜、光阑以及切光器
为了达到这种稳定性，NIST团队设计了一款长60cm的原型。首先，由焦距为150mm的50mm平凸硒化锌透镜将红外辐射集中到由视场光阑控制大小的孔径中。其次，“切光器”盘在视场光阑前，将红外辐射分离成可被热释电探测器吸收的脉冲尺寸，“切光器”盘外覆反射铝带，以降低自身的发射率，并以4Hz转速旋转。再次，这些脉冲进入长30cm的绝热中央腔，该中央腔包括另外的ZeSe透镜和大孔径Lyot光阑。最后，将脉冲流聚焦到热释电探测器上进行温度测量。
为了控制可能会影响器件精度的沿轴温度变化，NIST团队在设备30厘米长的中央气缸上安装了温度计、热电冷却器和热敏电阻。这些控制装置均被连接到一个智能反馈回路中，该回路可以不断地调节设备温度，使设备的各处温度始终保持在23°C的适宜温度。使用可阻止杂散辐射的Lyot光阑，可帮助保护仪器免受辐射源效应的影响。
典型优势应用：现场应用
在对该仪器的测试中（使用接触式温度计校准后），Yoon与其团队发现：在测量室温物体时，该仪器可在无需任何低温冷却条件下产生亚毫开（sub-millikelvin）级测量分辨率。他们还证实：该系统在单次调整后可在数周内保持稳定，这对现场应用来说是个明显优势。
在这些应用中，Yoon特别提到了与天气和气候研究有关的应用。他在NIST的新闻发布会上表示:“想象一下，如果将NIST的设计作为移动式辐射温度计用于现场应用，就可以精确地测量陆地和海洋表面温度等变量。那么它可以作为一种‘校准卫星红外传感器并验证用于预测飓风路径和强度等的大型气象科学项目’的可靠方法。”
