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红外测温探头的设计有三种方法，
通过测量辐射物体的全波长的热辐射来确定物体的辐射温度的称为全辐射测温法；通过测量物体在一定波长下的单色辐射亮度来确定它的亮度温度的称为亮度测温法；如果是通过被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化来定温的称为比色测温法。
亮度测温法无需环境温度补偿，发射率误差较小，测温精度高，但工作于短波区，只适于高温测量。比色测温法的光学系统可局部遮挡，受烟雾灰尘影响小，测温误差小，但必须选择适当波段，使波段的发射率相差不大。一般选用全辐射测温法来计算被测量物体的温度，全辐射测温法是根据所有波长范围内的总辐射而定温，得到的是物体的辐射温度。选用这种方法是因为中低温物体的波长较大，辐射信号很弱，而且结构简单，成本较低，但它的测温精度稍差，受物体辐射率影响大。
常用的有以下三种：
(1)利用无线电波反射特性来测量飞行高度的方法，是将高度测量转换为对时间的测量。电磁波在空中以光速c传播且碰到地面能够反射。因此，装在飞机上的无线电发射机将电磁波发射到地面后，机上接收机的天线经△t时间收到反射波，根据△t可测出飞机的真实飞行高度H。
(2)通过加速度红外线测温仪来测量飞机垂直地面运动的线加速度来测量飞行高度。
(3)通过红外线测温仪测量大气参数来测量飞行高度，在重力场内大气的压力、大气密度均随高度增高而减小，尽管各自的变化规律不同，但却都是有规律可循的，于是，可以通过红外线测温仪来测量大气压力或大气密度来间接测量飞行高度。
（2）测量精度：测量精度是保证测量是否准确的指标，也是确定红外测温仪性能好坏的关键指标。精度通常用±X℃或±X%表示，数值越小，准确度越高。
（3）显示分辨率：显示分辨率为温度显示的后一位数，通常为0.1℃或0.1℉。
（4）光学分辨率：光学分辨率由是测温仪到目标之间的距离D与测量光斑直径S之比，即距离与光点直径比D;S，D:S越大，精准测温距离越大。为了获得的温度读数，测温仪与测试目标之间的距离必须在合适的范围之内。如果由于环境条件限制测温仪必须在远离目标之处测量，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。距离系数比越高，红外测温仪的成本也越高。
（5）发射率：一切温度高于零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。发射率是一个物体在特定的温度下辐射出的能量和在同样温度下一个理想的辐射体所放射出的能量的比率，用来衡量物体放射或吸收能量的能力，不同的物体具有不同的发射率。有的红外测温仪的发射率为固定值0.95，而有的则是可调的。
（6）响应时间：响应时间为红外测温仪到达后读数的95%能量所需要的时间，表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度。新型红外测温仪响应时间甚至可达1ms。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。
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