浅谈红外测温仪的设计文献综述课件资料

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文献综述

浅谈红外测温仪的设计

院（系）名称信息工程学院

专业名称电子信息工程

学生姓名

指导教师

2013年 2 月28 日

浅谈红外测温仪的设计

摘要

09年大规模爆发甲型H1N1流感,它的前期症状是高烧38℃以上（少数长期病患者除外）,大部分人口集中地区均对进出人员进行测体温来排查感染者。传统的温度计面对突如其来的流感对于测温技术的快速准确等要求明显比较乏力。红外测温仪可为防止甲型H1N1流感的扩散和传播提供了快速、非接触测量手段,可广泛、有效地用于人群的体温排查，通过非接触红外测温仪就可以很快得到体温。红外测温打破了传统的接触式测温模式,它根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度,不与被测物体接触,具有不扰动被测物体温度分布场,温度分辨率高、响应速度快、测温范围广,稳定性好、可同时测量环境温度和目标温度的特点[1]。近年来在汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。这里列举几种实现红外测温的方案并比较其优缺点。

关键词:51单片机、红外测温、非接触

1 红外测温系统

1.1 红外测温系统概述

一般来说，测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响；非接触红外测温仪采用红外技术可快速测得温度读数。只需瞄准、按动触发器，在显示屏上读出温度数据。红外测温仪重量轻、体积小、使用方便，并能可靠地测量热的，危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数，而接触测温仪每秒测量就需要若干分钟的时间。

红外测温作为一门新技术和新方法，它的出现是红外技术的发展结果。红外技术是研究红外辐射的产生、传输、转换、探测并付诸应用的一门科学技术。近20年来，红外测温技术在产品质量控制和监测！设备在线故障诊断安全保护以及节约能源等方面发挥了或正在发挥着重要作用，逐渐被广泛应用于电力，食品加工。冶金、石化、医疗、科研等多种行业中[2]。

由于红外热像仪价格昂贵，这大大限制了它的推广应用，而点式红外测温仪价格相比较来说还是较低的，就测温精度来说，点式红外测温仪和红外热像仪相比精度相当，并且很多应用场合精度要求不是很高，可以采取一定措施弥补其缺点，而又不太大的增加其成本。

1.2红外测温原理

一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性：辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着密切的关系，因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，使能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。发射率是表征物体辐射红外线的能力，它是相同温度和波长下的实际物体与黑体的单色辐射出度之比，所以亦称比辐射率，它是表征物体辐射本领的重要热物性参数，发射率越大，物体表面的辐射率越强。大部分有机物或金属氧化物表面的发射率都在0.85-0.98之间，光洁的金属表面或抛光的物体发射率很低，所以，材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度都是影响发射率的主要因素[3]。

1.3 红外测温仪的分类

红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列。

红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪。

1.4 红外测温的应用

红外测温，由于是非接触式，而且可测得温度的低温为负的温度，高温可达3000℃，因此，在工业部门的钢铁、水泥、化工、石油、轻工食品加工、空调制冷、汽车检测、沥青路面、玻璃制造、设备诊断、造纸、消防等等部门都可以广泛应用。由于红外测温是测量物体的表面温度，故测量结果与被测目标的表面状况有关系，因此，在应用技术上要注意以下问题：

1）正确设定辐射系数

前面介绍的普朗克定律是对黑体而言的，黑体的发射系数1，而自然界中存在的物体，几乎都不是黑体，它们的辐射系数都小于1.如何正确选择被测物体的发射率呢？一般有几种方法：

a)参考厂家说明书中给出的不同材料的发射率来选定。

b）在低于260℃的物体，可在被测物体上一块标准发射率的纸，在温度达到平衡时，用测温仪分别测量覆盖和紧邻的未覆盖部分的温度，便可求出被测物体的发射率。

c）用热电偶或其他方法先测出物体的真实温度，用此温度来校准红外测温仪。即细节测温仪的发射率值，使指示的温度与真实温度一致，此时的发射率就是被测物体的发射率。

2) 正确选择距离系数

用D表示测温仪到目标的距离，S表示目标的直径，距离系数为D:S.此系数越大，表示光学分辨率越高。当D:S=12:1时，距离为900mm时，目标直径必须大于86mm，这样才不会引起测量误差，目标直径必须充满现场，而且最好有115倍的余量[4]。

2 红外测温仪的实现方案

方案一运用嵌入式控制系统作为核心处理模块，这种方法由于运作成本较高，而且嵌入式系统程序控制较为复杂，所以这种方法不常被人们所采用。

方案二选用透射式光学系统汇聚辐射红外线，核心处理通过8031，用8位常见型

AD0809进行模数转换，由于8031内部没有程序存储器，需要扩展，使系统变得复杂且增加了成本，而8位的AD0809无法满足系统要求，所以放弃该方案。

方案三选用多视场菲涅尔透镜将红外线能量集聚起来，以扩大其探测距离；采用LN074B型的二元红外探测头进行光电转换，提高干扰能力。采用内部带有程序存储器的8051作为核心处理模块，A/D转换器则用12位11通道的TLC2543来实现，可增加系统的精度。

综上所述，比较红外测温仪的三种实现方案，方案三较其他两种方案有着成本较低，控制单元简单，精度较高等多种优点[5]。

3 红外测温仪整体系统构架

红外热释电效应测温仪的整体系统构架功能模块框图如图3.1所示。

图3.1 整体系统功能模块框图

3.1红外光学系统

红外测温仪光学系统的作用是重新改善光束的分布，更有效地利用光能。红外光学系统的使用可大大提高灵敏面上的照度，从而提高仪器的信噪比，增大系统的探测能力。

常用的红外光学系统有三种结构形式，即透射式光学系统（辐射束通过其中的折射介质）；反射式光学系统（辐射束受到其中一个或几个反射镜的反射）；组合式光学系统（由透射式和反射式系统组合而成）[6]。