專利名稱：一種提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法。
背景技術(shù)：
在紅外測溫儀器或系統(tǒng)中，信號的流程一般為被測對象紅外輻射一紅外傳感器(探頭)一信號電路一模數(shù)轉(zhuǎn)換一數(shù)據(jù)一程序根據(jù)紅外傳感器(探頭)輸出特性曲線計算一顯示輸出，紅外傳感器(探頭)的輸出與被測對象溫度的對應(yīng)關(guān)系曲線即為紅外傳感器(探頭)輸出特性曲線。由此可見，紅外傳感器(探頭)標(biāo)定精度與紅外傳感器(探頭)輸出特性曲線是影響測溫準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。特別是紅外測溫儀器長期使用過程中或更換紅外傳感器(探頭)后，通過標(biāo)定減小測溫誤差、提高精度顯得尤為重要。紅外傳感器(探頭)是被測對象信號輸入的源端，紅外傳感器(探頭)均由紅外元件、前置放大電路、信號處理電路、電源電路等構(gòu)成，紅外元件與被測對象的溫度對應(yīng)關(guān)系·是非線性的，因此紅外傳感器(探頭)的輸出特性曲線也是非線性的。通常情況下，紅外測溫儀器或系統(tǒng)內(nèi)置的紅外傳感器(探頭)的輸出特性曲線往往是以線性曲線設(shè)定的，標(biāo)定時以一個或幾個特定的溫度設(shè)定出線性的輸出特性曲線，在整個測溫范圍內(nèi)輸出特性曲線與實際往往不一致，這種方法極大程度上影響了測溫精度。紅外元件多采用感溫性元件，通過熱電變化來探測紅外輻射，自身特性以及信號電路工作點也都會受到工作溫度的影響，不同工作溫度下紅外傳感器(紅外探頭)的輸出特性曲線并不一致，且使用的環(huán)境溫度差別很大。不區(qū)分工作環(huán)境溫度而在一個標(biāo)準(zhǔn)溫度下標(biāo)定，也是影響測溫精度的一個重要因素。斯蒂芬-波爾茲曼定律是紅外測溫技術(shù)的理論依據(jù)，物體輻射功率Μ(λ,Τ)=ε σ T4, ε為發(fā)射系數(shù)，它是影響測溫精度的另一個因素。而被測對象的發(fā)射系數(shù)是有差別的，從O I差別很大，通常情況下紅外測溫儀器或系統(tǒng)內(nèi)置的是固定發(fā)射率或有限的幾檔，與被測對象的實際發(fā)射率有相當(dāng)大的差距，針對特定檢測對象需要較高精度時，難以滿足應(yīng)用需要。中國專利CN 101181902Α披露了一種提高調(diào)制探頭測溫精度的方法，其特征是根據(jù)探頭輸出電壓對參考對象的溫度作出探頭響應(yīng)曲線，然后對響應(yīng)曲線進行平移校正。但是該方法并未涉及提聞紅外傳感器的標(biāo)定精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法。針對特定或有限檢測對象、已知工作環(huán)境溫度范圍、需要較高的檢測精度時，采用本發(fā)明提供的標(biāo)定方法，通過綜合考慮被測對象的發(fā)射系數(shù)、工作環(huán)境溫度、分段劃分紅外傳感器輸出特性曲線能夠較大程度上減小誤差、提高測溫精度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟
步驟一選擇黑體源；步驟二 設(shè)定紅外傳感器的工作環(huán)境溫度范圍；
步驟三記錄各工作環(huán)境溫度下對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)黑體溫度的紅外傳感器輸出電壓或電流的數(shù)據(jù)，形成紅外傳感器輸出特性數(shù)據(jù)表；
步驟四根據(jù)步驟三所得數(shù)據(jù)制作紅外傳感器輸出特性的回歸方程和曲線。所述步驟一中黑體源是通過查詢或測定被測對象的發(fā)射系數(shù)，選擇與其發(fā)射系數(shù)相同或相近的黑體。所述步驟二中紅外傳感器的工作環(huán)境溫度是通過使用環(huán)境溫度箱或空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)定時環(huán)境溫度，具體是根據(jù)紅外傳感器測溫使用的環(huán)境溫度范圍，劃分出多個檔次的環(huán)境溫度區(qū)間，使紅外傳感器的標(biāo)定環(huán)境接近于實際應(yīng)用工作環(huán)境。所述步驟三中紅外傳感器輸出電壓或電流的數(shù)據(jù)表是在設(shè)定的工作環(huán)境溫度條件下標(biāo)定紅外傳感器，采用聯(lián)機測試系統(tǒng)或儀器記錄紅外傳感器輸出的電壓或電流值獲得，紅外傳感器的溫度與輸出有對應(yīng)關(guān)系。 所述步驟四中紅外傳感器輸出特性的回歸方程和曲線是對各工作環(huán)境溫度下的紅外傳感器輸出電壓或電流值，采用分段線性或非線性回歸獲得。將獲得的紅外傳感器輸出特性回歸方程或曲線輸入儀器內(nèi)置測試系統(tǒng)中，并通過重復(fù)步驟二至步驟四，進一步提高標(biāo)定精度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法的優(yōu)點在于
I.本發(fā)明在于對紅外傳感器分段(包括1°C步進)標(biāo)定、輸出特性曲線采取分段線性或非線性劃分的方法，使得紅外傳感器輸出特性曲線能夠更接近實際應(yīng)用，克服了常規(guī)采用一條特性曲線造成標(biāo)定誤差大的缺陷，能夠提高標(biāo)定精度。2.本發(fā)明在于考慮到工作環(huán)境溫度對輸出特性曲線的影響，并在標(biāo)定時預(yù)先設(shè)定并記錄該溫度，從而能夠得到不同工作環(huán)境溫度下的紅外傳感器輸出特性曲線，通過程序內(nèi)置曲線能夠精確的計算溫度。3. 本發(fā)明在于考慮到當(dāng)特定或有限被測對象時，采用與被測對象發(fā)射系數(shù)相同或近似的黑體進行標(biāo)定，能夠提高測溫精度。


圖I為本發(fā)明提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法示意 圖2為本發(fā)明提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法流程 圖3為劃分9檔的紅外傳感器輸出特性曲線；
圖4為采用本方法與未采用本方法的測量誤差對比 圖中1.環(huán)境溫度箱2.黑體源3.紅外傳感器4.信號處理電路5.控制計算機。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明涉及一種提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法，在標(biāo)定紅外傳感器時，首先選擇與被測物體發(fā)射系數(shù)相同或相近的黑體源，再根據(jù)使用紅外傳感器工作時的環(huán)境溫度范圍，劃分多個檔次的環(huán)境溫度區(qū)間，通過環(huán)境溫度箱或空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定紅外傳感器工作的環(huán)境溫度，在設(shè)定的環(huán)境溫度條件下標(biāo)定紅外傳感器，采用聯(lián)機測試系統(tǒng)或儀器記錄紅外傳感器輸出的電壓或電流值，得到各檔環(huán)境溫度下對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)黑體溫度的紅外傳感器輸出電壓或電流的數(shù)據(jù)表，將數(shù)據(jù)進行回歸分析，制作紅外傳感器輸出特性回歸方程和曲線，將此輸出特性代入測試系統(tǒng)，在標(biāo)定狀態(tài)下檢查標(biāo)定誤差，若誤差超出精度要求，重新標(biāo)定。該方法能夠減小誤差，提高標(biāo)定精度，避免工作環(huán)境溫度的影響。實施例I :
參見附圖I、圖2，本發(fā)明實施以標(biāo)定使用環(huán)境溫度為-20 50°C，測溫范圍為-20 60°C的水泥混凝土路面，輸出-2000 2000mv的紅外傳感器為例。包括如下步驟
步驟一通過查詢資料，水泥混凝土發(fā)射系數(shù)為O. 95，選擇發(fā)射系數(shù)O. 95、精度±0. 15% (滿量程)、溫度分辨率0. 01°C、溫度范圍-20 70°C的HFY-302C型低溫型黑體源。
步驟二 按照紅外傳感器測溫使用的環(huán)境溫度-20 50°C范圍，以每10°C間隔劃分出7檔的環(huán)境溫度區(qū)間(見表1)，每個區(qū)間選中位值作為代表，選擇合適的環(huán)境溫度試驗箱分別設(shè)定工作環(huán)境溫度。表I根據(jù)環(huán)境溫度劃分的檔位及設(shè)定溫度
權(quán)利要求
1.一種提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一選擇黑體源； 步驟二 設(shè)定紅外傳感器的工作環(huán)境溫度范圍； 步驟三記錄各工作環(huán)境溫度下對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)黑體溫度的紅外傳感器輸出電壓或電流的數(shù)據(jù)，形成紅外傳感器輸出特性數(shù)據(jù)表； 步驟四根據(jù)步驟三所得數(shù)據(jù)制作紅外傳感器輸出特性的回歸方程和曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟一中黑體源是通過查詢或測定被測對象的發(fā)射系數(shù)，選擇與其發(fā)射系數(shù)相同或相近的黑體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟二中紅外傳感器的工作環(huán)境溫度是通過使用環(huán)境溫度箱或空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)定時環(huán)境溫度，具體是根據(jù)紅外傳感器測溫使用的環(huán)境溫度范圍，劃分出多個檔次的環(huán)境溫度區(qū)間，使紅外傳感器的標(biāo)定環(huán)境接近于正常工作環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟三中紅外傳感器輸出電壓或電流的數(shù)據(jù)表是在設(shè)定的工作環(huán)境溫度條件下標(biāo)定紅外傳感器，采用聯(lián)機測試系統(tǒng)或儀器記錄紅外傳感器輸出的電壓或電流值獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟四中紅外傳感器輸出特性的回歸方程和曲線是對各工作環(huán)境溫度下的紅外傳感器輸出電壓或電流值，采用分段線性或非線性回歸獲得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高紅外傳感器標(biāo)定精度的方法，在標(biāo)定紅外傳感器時，首先選擇與被測物體發(fā)射系數(shù)相同或相近的黑體源，再根據(jù)使用紅外傳感器工作時的環(huán)境溫度范圍，劃分多個檔次的環(huán)境溫度區(qū)間，通過環(huán)境溫度箱或空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定紅外傳感器工作的環(huán)境溫度，在設(shè)定的環(huán)境溫度條件下標(biāo)定紅外傳感器，采用聯(lián)機測試系統(tǒng)或儀器記錄紅外傳感器輸出的電壓或電流值，得到各檔環(huán)境溫度下對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)黑體溫度的紅外傳感器輸出電壓或電流的數(shù)據(jù)表，將數(shù)據(jù)進行回歸分析，制作紅外傳感器輸出特性回歸方程和曲線，將此輸出特性代入測試系統(tǒng)，在標(biāo)定狀態(tài)下檢查標(biāo)定誤差，若誤差超出精度要求，重新標(biāo)定。該方法能夠減小誤差，提高標(biāo)定精度，避免工作環(huán)境溫度的影響。
文檔編號G01J5/00GK102818635SQ20121030474
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月25日
發(fā)明者劉廷國, 侯曙光, 岳學(xué)軍, 李忠玉, 史紀(jì)村, 王軍革 申請人:河南省高遠公路養(yǎng)護技術(shù)有限公司