红外测温系统研究

2020/5/11•1.引言•2.红外测温仪测温原理介绍•3.红外测温仪的工作原理•4.红外测温仪的光学系统•5.红外测温仪的电路设计•6.总结•致谢2020/5/111.引言•温度是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。•传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在使用过程中存在一定的使用局限。红外测温仪属于非接触的实时测温装置。2020/5/112.红外测温仪的原理•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。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便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。2020/5/11根据斯特藩—玻耳兹曼定理黑体的辐出度Pb(Τ)与温度Τ的四次方成正比，即：式中，Pb(T)—温度为T时，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能，称为总辐射度；σ—斯特藩—玻耳兹曼常量；T—物体温度。式（2）中黑体的热辐射定律正是红外测温技术的理论基础。如果在条件相同情况下，物体在同一波长范围内辐射的功率总是小于黑体的功率，即物体的单色辐出度Pb(Τ)小于黑体的单色黑度ε(λ)，即实际物体接近黑体的程度。ε(λ)=P(T)/Pb(T)考虑到物体的单色黑度ε(λ)是不随波长变化的常数，即ε(λ)=ε，称此物体为灰体。它是随不同物质而值不同，即使是同一种物质因其结构不同值也不同，只有黑体ε=1，而一般灰体0ε1，由式(2)可得：所测物体的温度为：式(4)正是物体的热辐射测温的数学描述。41TPT4TTPb4TTPb2020/5/113.红外测温仪工作原理热辐射体光学系统调制盘热释电红外探测器显示器调制盘电子放大器工作原理为辐射体发出的红外辐射，进入光学系统，经调制器把红外辐射调制成交变辐射，由探测器转变成为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值，并显示在液晶屏上。2020/5/114.红外测温仪的光学系统•红外测温仪的光学系统由菲涅尔光学透镜和滤光片组成。将该光学透镜置于红外热释电传感器上。•菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当被测物从透镜前经过时，发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。滤光片2020/5/11热释电探测器热释电红外探测器的结构通常由热释电晶体、氧化膜、滤光镜片、结型场效应管FET和电阻等部分组成。当交变的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时才发生电荷的变化，从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。采用双探测元热释电红外传感器，其结构如图所示。该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联，用来防止其他红外光引起传感器误动作。另外，当环境温度改变时，两个晶体的参数会同时发生变化，这样可以相互抵消，避免出现检测误差。该传感器使用时，D端（漏极）接电源正极，G端（栅极）接电源负极，s端（源极）为信号输出。2020/5/115.红外测温仪的电路设计热释电传感器与温度仪的连接框图：将传感器的D、S、E分别与测量电路中标的D、S、E连接起来即可。滤光片滤光片被测物放大器A1滤波器A2积分器A3A/D转换器LCD显示器DESRE200B2020/5/11测量电路D、S、E端分别对应了热释电探测器的D、S、G，其中D为场效应管漏极接+12V的电源，S为经过热释电探测器转换后的电信号输出，E为场效应管的负极接地。由S端输入的信号经过A1放大电路，A2滤波电路，A3积分电路，通过输出端口输入后续的积分显示电路。2020/5/11积分显示电路显示部分由多位液晶显示驱动器ICL7106和标准段式液晶显示屏EDS801及其他一些元器件组成。经过测量电路处理过的信号，经过输入端口进入A/D转换电路，ICL7106进行A/D转换，再与标准段的EDS801显示屏显示出被测物的温度。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Aug-2012SheetofFile:E:\牛佳佳作业\各种作业\光电探测\PREVIO~1.DDBDrawnBy:D1S2E3J1PM611R21KR7300ΩR110KR4100KR3220KR6220KR5100KR8100KC1100uFC310uFC247uFC50.12uFC40.22uFD1ZENER3A1A2A3123482184321843VD5IN4001E12VTTRANS11234UBRIDGE1+12SC947uF/16VC110.1uFC10470uF/25V220V～2A/50V+12V+1D12C13B14A15F16G17E18D29C210B211A212F213E214D315B316F317E318AB419POL20BP21G322A323C324G225V-26INI27BUF28COS29IN-30IN+31COM32CMF-33CMF+34UMF-35UMF+36IES137OSC338OSC239OSC140ICL7106R13100KR1424KR1647KR151MC7100pFC80.1uFC90.1uFC1010uFC110.02uFC130.22uFC120.47uF+12R910KR11100KR121KR10100KIN+IN+IN+IN+红外测温系统电路原理图测量部分电路LCD显示电路电源电路2020/5/116.总结红外测温技术随着现代技术的发展日趋完善,以其非接触和快速测温的优点，在工业、农业、医疗和科学研究方面都有着广泛的用途。开发更新型的红外测温技术，完善红外测温仪的性能是时代发展的要求。2020/5/11谢谢各位评委老师！