เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยเลเซอร์ทำงานโดยการตรวจจับความร้อนผ่านเซ็นเซอร์อินฟราเรดพิเศษ ซึ่งทำหน้าที่ได้ดีที่สุดในช่วงความยาวคลื่น 8 ถึง 14 ไมโครเมตร ตรงข้ามกับความเชื่อของบางคน เลเซอร์ที่มองเห็นได้มีไว้เพื่อช่วยในการเล็งเป้าหมายเท่านั้น และไม่มีส่วนเกี่ยวข้องใดๆ กับการวัดอุณหภูมิจริง เมื่อเซ็นเซอร์เหล่านี้ตรวจจับพลังงานอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากพื้นผิว มันจะเปลี่ยนพลังงานดังกล่าวให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นอุปกรณ์จะประมวลผลสัญญาณเหล่านั้นเพื่อคำนวณหาค่าอุณหภูมิเฉลี่ยของตำแหน่งหรือพื้นที่เฉพาะเจาะจง ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์โดยพาร์กเกอร์และคณะในปี 2023 บางรุ่นระดับสูงมาพร้อมเทคโนโลยีความยาวคลื่นคู่ในตัว ซึ่งช่วยให้สามารถปรับค่าเพื่อชดเชยปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพอากาศในอากาศระหว่างเครื่องวัดอุณหภูมิกับวัตถุที่กำลังวัดอยู่ ด้วยคุณสมบัตินี้ โมเดลขั้นสูงเหล่านี้สามารถให้ค่าการอ่านที่เชื่อถือได้แม้ขณะวัดวัตถุที่อยู่ห่างกันถึง 300 เมตร แม้ว่าผลลัพธ์อาจแปรผันไปตามปัจจัยสภาพแวดล้อม
ลักษณะที่วัสดุปล่อยความร้อน ซึ่งเรียกว่าค่าการปล่อยพลังงานผิวสัมผัส มีความสำคัญอย่างมากต่อการได้มาซึ่งค่าอุณหภูมิที่ถูกต้อง โลหะส่วนใหญ่ที่ไม่ผ่านการบำบัดจะอยู่ในช่วงปลายต่ำของสเปกตรัม โดยมีค่าการปล่อยพลังงานระหว่าง 0.05 ถึง 0.2 ตามมาตรฐาน ASTM ปี 2022 วัสดุอินทรีย์ เช่น ไม้ มักมีความสามารถในการปล่อยพลังงานความร้อนได้ดีกว่ามาก โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 0.85 ถึง 0.95 ในเกณฑ์เดียวกันนี้ ค่าการปล่อยพลังงานต่ำหมายความว่าพื้นผิวดังกล่าวไม่ปล่อยรังสีที่ตรวจจับได้ออกมามากนัก ทำให้การวัดค่าอย่างแม่นยำทำได้ยาก โดยเฉพาะเมื่อทำการอ่านค่าจากตำแหน่งที่อยู่ไกลออกไป นั่นจึงเป็นเหตุผลที่เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์รุ่นใหม่ๆ มักมาพร้อมกับตัวเลือกปรับค่าการปล่อยพลังงานได้ตั้งแต่ 0.1 ถึง 1.0 ฟีเจอร์นี้ช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถปรับแต่งเครื่องมือของตนให้เหมาะสมกับสถานการณ์ที่มีวัสดุหลายชนิดปะปนกัน ทำให้การวัดค่ามีความน่าเชื่อถือมากขึ้น แม้จะทำงานที่ระยะทางเกิน 50 เมตร
เมื่อพิจารณาถึงหลักการทำงานของเครื่องวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด อัตราส่วนระยะทางต่อจุด (D:S) โดยพื้นฐานแล้วจะบ่งบอกถึงบริเวณที่เรากำลังวัด เทียบกับระยะห่างจากสิ่งที่ต้องการตรวจสอบ ตัวอย่างเช่น อัตราส่วน 30:1 หมายความว่า หากผู้ใช้ชี้เครื่องวัดอุณหภูมิไปยังเป้าหมายที่อยู่ห่างออกไป 30 เมตร พื้นที่ที่ได้รับการวัดจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 เมตร การรักษาระยะทางให้อยู่ภายในอัตราส่วนดังกล่าวมีความสำคัญมากต่อผลลัพธ์ที่แม่นยำ แต่หากเคลื่อนออกนอกช่วงนี้ ความแม่นยำจะลดลงอย่างรวดเร็ว โดยอาจคลาดเคลื่อนประมาณ ±2 องศาเซลเซียส ต่อทุกๆ เมตรที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอ้างอิงจากการทดสอบเมื่อปี ค.ศ. 2022 โดย NIST สถานการณ์จะยิ่งซับซ้อนมากขึ้นหากมีสิ่งรบกวน เช่น หมอกหรือฝุ่น เพราะอนุภาคเหล่านี้จะทำให้แสงอินฟราเรดที่เราอาศัยในการวัดเกิดการกระเจิง ส่งผลให้เครื่องมือมีความน่าเชื่อถือน้อยลง และเพิ่มโอกาสที่จะวัดอุณหภูมิจากบริเวณที่ไม่ได้ตั้งใจจะวัด
เลนส์เจอร์เมเนียมที่มีคุณภาพดีเมื่อรวมกับชั้นเคลือบป้องกันการสะท้อน จะช่วยลดการสูญเสียสัญญาณได้อย่างมาก ที่ระยะทางประมาณ 100 เมตร เลนส์พิเศษเหล่านี้สามารถรักษาระดับการลดทอนสัญญาณไว้ต่ำกว่า 2% ขณะที่เลนส์ทั่วไปอาจสูญเสียกำลังสัญญาณได้สูงถึง 15% อีกหนึ่งคุณสมบัติที่สำคัญคือ การประกอบเลนส์แบบหลายชิ้น (multi-element lens assemblies) ซึ่งช่วยแก้ปัญหาการเบลอของภาพจากความร้อน (thermal blooming) เมื่อทำงานในสภาวะอากาศร้อน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่อุปกรณ์ทำงานต่อเนื่อง ในการปรับปรุงล่าสุด ผู้ผลิตสามารถลดขนาดจุดวัดได้ประมาณหนึ่งในสี่ เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปี 2018 จุดที่เล็กลงหมายถึงความละเอียดเชิงออปติคัลที่ดีขึ้นโดยรวม ทำให้สามารถเล็งเป้าหมายที่มีรายละเอียดเล็กมากหรืออยู่ไกลออกไปได้อย่างแม่นยำ ซึ่งหากไม่ใช่เทคโนโลยีนี้จะแยกแยะได้ยาก
สภาพแวดล้อมมีผลกระทบอย่างมากต่อการวัดระยะทางไกล เมื่อความชื้นเกิน 60% สัญญาณอินฟราเรดจะกระเจิงเพิ่มขึ้นประมาณ 23% เมื่อเทียบกับปกติ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มากกว่า 10 องศาเซลเซียส ก็สามารถทำให้ค่าที่วัดได้คลาดเคลื่อนได้ราว 2 ถึง 4% ทุกๆ 15 เมตร ตามที่พบในการศึกษาเมื่อปีที่แล้วโดย Acuity Laser นอกจากนี้ยังมีสิ่งต่างๆ ในอากาศ เช่น หยดน้ำฝน หมอก หรือฝุ่นละออง ที่สามารถดูดซับหรือสะท้อนแสงอินฟราเรดกลับก่อนที่แสงจะไปถึงเซ็นเซอร์ได้ ปัญหาเหล่านี้จะยิ่งทวีความรุนแรงขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างวัตถุเพิ่มมากขึ้น ด้วยเหตุนี้ การควบคุมสภาพบรรยากาศให้มีเสถียรภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง หากต้องการให้ผลการวัดมีความหมายและเชื่อถือได้
สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้เทคโนโลยีอินฟราเรดในการตรวจจับคือ วัสดุที่สิ่งของนั้นทำขึ้นมาจากอะไร พื้นผิวโลหะที่มันวาวจะสะท้อนแสงอินฟราเรดกลับไปเกือบทั้งหมด ประมาณ 85 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ ตามการศึกษาของ Meskernel เมื่อปีที่แล้ว ในทางตรงกันข้าม พื้นผิวด้านสีเข้มจะดูดซับพลังงานอินฟราเรดที่ตกกระทบได้ราว 90% ซึ่งช่วยให้การวัดอุณหภูมิแม่นยำมากยิ่งขึ้น ปัญหาที่ยากคือวัสดุที่ไม่ค่อยปล่อยความร้อนออกมาเอง เช่น อลูมิเนียมหรือสแตนเลส การตั้งค่าค่าการปล่อยพลังงาน (emissivity) ผิดเพี้ยนไปเพียงเล็กน้อย เช่น 0.05 ก็อาจทำให้ผลการวัดที่ระยะ 20 เมตรคลาดเคลื่อนได้มากกว่า 10 องศาเซลเซียส ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์รุ่นใหม่ๆ จึงเริ่มเพิ่มฟีเจอร์ เช่น จุดเลเซอร์สองจุด และคู่มืออ้างอิงสำหรับวัสดุทั่วไปที่พบในสถานที่จริง เพื่อช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถตั้งค่าทุกอย่างได้อย่างถูกต้องโดยไม่ต้องคาดเดา
เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยเลเซอร์จะไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้องเมื่อพยายามวัดอุณหภูมิผ่านกระจกธรรมดาหรือไอน้ำร้อนหนาทึบ เหตุผลก็คือ กระจกสะท้อนรังสีอินฟราเรดกลับประมาณ 90% ซึ่งหมายความว่า สิ่งที่แสดงบนหน้าจอคืออุณหภูมิของตัวกระจกเอง ไม่ใช่อุณหภูมิของสิ่งที่อยู่ด้านหลังกระจก เมื่อต้องทำงานในพื้นที่ที่เต็มไปด้วยไอน้ำ สถานการณ์จะยิ่งแย่ลง เพราะหยดน้ำขนาดเล็กจำนวนมากที่ลอยอยู่ในอากาศจะรบกวนสัญญาณอินฟราเรดแบบสุ่มอย่างสิ้นเชิง ในสถานที่เช่นโรงงานที่มีการตรวจสอบหม้อต้มเป็นประจำ อาจทำให้ค่าอุณหภูมิที่วัดได้คลาดเคลื่อนจากความเป็นจริงถึง 15 องศาเซลเซียสหรือมากกว่านั้น ผู้ที่ใช้อุปกรณ์เหล่านี้จึงควรระลึกไว้เสมอว่า อย่าชี้เครื่องวัดไปยังวัสดุใส หรือเข้าไปในสภาพแวดล้อมที่มีไอความชื้นสูง หากต้องการผลลัพธ์ที่แม่นยำ
เพื่อให้ได้ค่าการวัดที่แม่นยำ ควรแน่ใจว่าเซ็นเซอร์กำลังชี้ตรงไปยังพื้นผิวที่ต้องการวัด โดย ideally ควรอยู่ในช่วงประมาณ 5 องศาทั้งสองด้านจากมุมตั้งฉากพอดี หากมุมเบี่ยงเบนจากศูนย์กลางประมาณ 30 องศา ค่าการอ่านแบบอินฟราเรดอาจลดลงได้ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งส่งผลให้การวัดผิดพลาดอย่างมาก นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่า อัตราส่วนระยะทางต่อจุด (distance-to-spot ratio) ซึ่งมีความสำคัญต่อขนาดของวัตถุที่เราสามารถวัดได้อย่างเหมาะสม ตัวอย่างเช่น เครื่องมือที่มีอัตราส่วน 30:1 ทั่วไป เมื่ออยู่ห่างออกไป 3 เมตร จะต้องมีพื้นที่เป้าหมายที่กว้างอย่างน้อย 10 เซนติเมตร เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง หากผู้ปฏิบัติงานไม่ปฏิบัติตามแนวทางเหล่านี้ พวกเขาจะได้รับรังสีพื้นหลังที่ไม่ต้องการเข้ามาปะปนกับสิ่งที่ต้องการวัดจริง ๆ ซึ่งจะทำให้ข้อมูลทั้งชุดเสียหายไป ข้อผิดพลาดส่วนใหญ่เกิดขึ้นเพราะผู้คนไม่ได้รับการฝึกอบรมอย่างเหมาะสมเกี่ยวกับการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ในสภาพแวดล้อมจริง
เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในหลายสถานประกอบการอุตสาหกรรมที่ความปลอดภัยถือเป็นข้อกังวลหลัก เครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้พนักงานสามารถตรวจสอบอุณหภูมิของชิ้นส่วนที่อันตรายต่อการสัมผัส หรือเข้าถึงได้ยากได้อย่างปลอดภัย สำหรับวิศวกรไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยชีวิตไว้ได้เมื่อต้องตรวจสอบเบรกเกอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าที่ยังมีกระแสไฟฟ้าโดยไม่ต้องเข้าใกล้เกินไป และเสี่ยงต่อการเกิดอาร์กไฟฟ้ารุนแรง ในโรงงาน ทีมบำรุงรักษาสามารถสแกนขดลวดมอเตอร์และแบริ่งสายพานลำเลียงได้แม้ขณะเครื่องจักรกำลังทำงานอยู่เต็มกำลัง ซึ่งหมายความว่าโรงงานไม่จำเป็นต้องหยุดเดินเครื่องบ่อยครั้งเพื่อการตรวจสอบ บางสถานที่รายงานว่าสามารถประหยัดเวลาหยุดทำงานได้ตั้งแต่ 30% ไปจนถึงเกือบครึ่งหนึ่ง เมื่อเทียบกับวิธีการสัมผัสแบบเดิมที่ต้องหยุดการทำงานทั้งหมด
ในปัจจุบัน ผู้ตรวจสอบพลังงานส่วนใหญ่ใช้เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์เพื่อตรวจหาตำแหน่งที่ความร้อนรั่วไหลออกจากตัวอาคาร และพื้นที่ที่ฉนวนกันความร้อนทำงานไม่เต็มประสิทธิภาพ การใช้อุปกรณ์นี้คู่กับการทดสอบประตูเป่าลม (blower door test) แบบดั้งเดิม จะช่วยให้สามารถตรวจจับการรั่วของอากาศได้อย่างแม่นยำสูงถึงประมาณ 94% อย่างที่หน่วยงานบางแห่งภายใต้กระทรวงพลังงานรายงานไว้ในปี 2023 สิ่งที่ทำให้ชุดอุปกรณ์นี้มีคุณค่า คือ ความสามารถในการสแกนพื้นผิวด้านนอกของอาคารทั้งหมดได้อย่างรวดเร็ว อุปกรณ์เหล่านี้สามารถตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิที่เล็กมากได้ จนถึงระดับประมาณ 1.8 องศาฟาเรนไฮต์ หรือราว 1 องศาเซลเซียส การพบจุดเหล่านี้จะช่วยให้ผู้รับเหมาสามารถเน้นการทำงานได้ตรงจุดที่ต้องการ ทำให้ประหยัดพลังงานได้สูงสุด
ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์แห่งหนึ่งในเขตมิดเวสต์สามารถลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาได้ประมาณ 60% หลังเปลี่ยนมาใช้เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์สำหรับตรวจสอบแผงจากระยะไกล ทีมช่างเทคนิคสามารถระบุพื้นที่ที่มีปัญหาได้เมื่อพบความแตกต่างของอุณหภูมิเกินประมาณ 28 องศาฟาเรนไฮต์ เมื่อเทียบกับแผงโดยรอบ ไม่จำเป็นต้องปีนขึ้นไปบนหลังคาเหล่านั้นอีกต่อไป ก่อนการเปลี่ยนแปลงนี้ พนักงานต้องใช้เวลาประมาณ 300 ชั่วโมงต่อปีในการดำเนินการตรวจสอบที่มีความเสี่ยงดังกล่าว ความปลอดภัยดีขึ้นอย่างแน่นอน และการทำงานโดยรวมก็ราบรื่นขึ้นเช่นกัน บางคนอาจโต้แย้งเกี่ยวกับเปอร์เซ็นต์การประหยัดที่แท้จริง แต่ทุกคนเห็นพ้องต้องกันว่า การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ชีวิตของเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาง่ายขึ้นมาก เพราะไม่ต้องเสี่ยงต่อการตกจากที่สูงเพียงเพื่อหาว่าแผงใดกำลังมีปัญหา
นักวิจัยด้านสัตว์ป่าเริ่มใช้เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์ในการตรวจสอบสัตว์โดยไม่ก่อให้เกิดความเครียด โดยเฉพาะเมื่อจัดการกับสายพันธุ์ที่หายากหรือได้รับการคุ้มครอง ตามรายงานการวิจัยที่เผยแพร่ในปี 2022 โดยนักสัตววิทยา อุปกรณ์เหล่านี้สามารถวัดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำภายในช่วงครึ่งองศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 0.28 องศาเซลเซียส) แม้อยู่ห่างออกไปถึง 100 ฟุต ความแม่นยำระดับนี้ช่วยให้สามารถตรวจพบไข้ในกลุ่มสัตว์ได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น ก่อนที่จะแพร่กระจายไปทั่วประชากร สิ่งที่ยอดเยี่ยมของการใช้วิธีนี้คือ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามโรคต่างๆ ได้โดยไม่รบกวนพฤติกรรมตามธรรมชาติของสัตว์ การสังเกตการณ์ลักษณะนี้ให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมของระบบนิเวศ และช่วยประเมินสถานะของประชากรสัตว์ต่างๆ ได้ตลอดช่วงเวลา
เครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสแตกต่างกันทั้งในด้านขอบเขตและการประยุกต์ใช้ เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์ให้ค่าการวัดจุดเดียว โดยอัตราส่วน D:S โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 10:1 ถึง 50:1 ในขณะที่กล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถบันทึกข้อมูลหลายพันจุดเพื่อสร้างแผนที่ความร้อนแบบเต็มรูปแบบ ความแตกต่างหลักสรุปไว้ด้านล่าง:
| คุณลักษณะ | เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์ | กล้องถ่ายภาพอินฟราเรด | 
|---|---|---|
| ความแม่นยำในการวัด | ±1% ของค่าที่อ่านได้ | ±2°C หรือ 2% ของค่าที่อ่านได้ | 
| ระยะประสิทธิภาพ | สูงสุด 100 เมตร | สูงสุด 1,000 เมตร | 
| ต้นทุน (ระดับเริ่มต้น) | $50 - $300 | $800 - $2,500 | 
กล้องถ่ายภาพความร้อนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวินิจฉัยรูปแบบความร้อนที่ซับซ้อนในระบบไฟฟ้าหรือเปลือกอาคาร ขณะที่เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับการวัดเฉพาะจุดอย่างรวดเร็วในระหว่างการบำรุงรักษาระยะสั้น (Thomasnet 2023)
ระบบอินฟราเรดในปัจจุบันกำลังผสานการเล็งเป้าหมายด้วยเลเซอร์เข้ากับเซ็นเซอร์ความร้อน เพื่อขจัดจุดอ่อนที่แต่ละเทคโนโลยีมีเมื่อใช้งานแยกกัน อุปกรณ์ไฮบริดรุ่นใหม่เหล่านี้มีเครื่องวัดระยะทางด้วยเลเซอร์ในตัว ซึ่งสามารถคำนวณระยะห่างของวัตถุจากจุดเป้าหมายได้ ส่งผลให้การวัดมีความแม่นยำเพิ่มขึ้นประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบจากการทดสอบในสนามจริง สำหรับโรงงานที่ใช้ระบบอุตสาหกรรมอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IIoT) การรวมกันนี้ช่วยให้สามารถตรวจสอบชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวต่างๆ เช่น อุปกรณ์หมุนและสายพานลำเลียง ได้ตลอดเวลา โดยไม่จำเป็นต้องมีเจ้าหน้าที่เฝ้าดูอยู่ตลอดเวลา มีรายงานจากโรงงานผลิตบางแห่งว่า ระบบตรวจสอบอัจฉริยะเหล่านี้ช่วยตรวจจับปัญหาที่อาจทำให้เกิดการเสียหายล่วงหน้าได้หลายวัน
เลือกใช้เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์เมื่อ:
จากผลสำรวจในปี 2023 พบว่า 68% ของผู้จัดการสถานที่ให้ความชอบเครื่องวัดอุณหภูมิด้วยเลเซอร์สำหรับการตรวจสอบตามปกติ เนื่องจากพกพาสะดวก ใช้งานง่าย และให้ผลลัพธ์อย่างรวดเร็ว
ไม่ได้ เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยเลเซอร์ไม่สามารถวัดค่าผ่านกระจกได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากกระจกสะท้อนรังสีอินฟราเรดประมาณ 90%
เครื่องวัดอุณหภูมิด้วยเลเซอร์มีระยะการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 100 เมตร
ค่าการปล่อยพลังงานความร้อนมีผลต่อวิธีที่พื้นผิวปล่อยรังสีความร้อน การตั้งค่าที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้การอ่านค่าอุณหภูมิผิดพลาด
ใช่ เทอร์โมมิเตอร์เลเซอร์มักถูกใช้ในการตรวจสอบอาคารเพื่อตรวจจับการรั่วของความร้อนและช่องว่างของฉนวนกันความร้อน