專利名稱：新型改良紅外測溫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測量溫度的計(jì)量器具領(lǐng)域，尤其涉及一種能自動調(diào)零且具有高測量精度的新型改良紅外測溫儀。
背景技術(shù)：
測量溫度的方法很多，按照測量體是否與被測介質(zhì)接觸可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法兩大類。接觸式測溫法的特點(diǎn)是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度
值，接觸式測溫方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀可靠，缺點(diǎn)是感溫元件影響被測溫度場的分布，接觸不良等都會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對感溫元件的性能和壽命會產(chǎn)生不利影響。而非接觸測溫法的特點(diǎn)是感溫元件不與被測對象相接觸，其一般通過輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，便于測量運(yùn)動物體的溫度和快速變化的溫度，但這種非接觸測溫方法由于受物體的發(fā)射率、被測對象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他介質(zhì)的影響，一般測溫誤差較大。根據(jù)這兩種測溫方法，測溫儀表也可以分為接觸式測溫儀表和非接觸式測溫儀表。紅外測溫儀屬于非接觸式測溫的儀器，其通過探測物體的紅外輻射來測量物體溫度，常用的紅外測溫儀一般由物鏡，濾光片，敏感元件(光電轉(zhuǎn)換傳感器)，模擬放大器，A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)歸一化及線性校正，輸出部分組成，具有非接觸測量、強(qiáng)抗電磁干擾、量程范圍寬、使用方便等等優(yōu)勢，被廣泛的使用于工業(yè)生產(chǎn)，但其容易受到測量溫度的敏感元件(例如光電轉(zhuǎn)換傳感器)自身探測能力的影響，難以確保在不同的使用場合消除測量誤差，且量程范圍也容易受到敏感元件的限制，精度也容易受到影響。為此，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種新型改良紅外測溫儀，以克服上述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型改良紅外測溫儀，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能用于不同的使用場合，消除測量誤差或者弱信號分辨，可以更大程度的使用敏感元件的近極限參數(shù)，增加測溫儀的量程范圍，提高測量精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型公開了一種新型改良紅外測溫儀，該紅外測溫儀包含外殼、后蓋以及設(shè)置于外殼內(nèi)的測溫系統(tǒng)，其特征在于該外殼包含筒形本體、信號入口和開口，該信號入口為圓筒形入口，其位于筒形本體的一端且向外延伸，該信號入口的直徑小于本體的直徑從而形成階梯狀，該開口位于筒形本體的另一端且由后蓋覆蓋，該筒形本體的內(nèi)部設(shè)置有該測溫系統(tǒng)。[0010]其中該測溫系統(tǒng)包含控制系統(tǒng)、光纖二極管、分光鏡、光纖管和透鏡，所述透鏡設(shè)置于所述信號入口中，所述分光鏡傾斜設(shè)置于所述透鏡后方，所述光纖二極管連接于所述光纖管的一端，所述光纖管的另一端設(shè)置于所述分光鏡的后方，控制系統(tǒng)連接至光纖二極管以接收信號。其中該測溫系統(tǒng)還包含有激光器，所述激光器位于所述分光鏡的上方。其中該后蓋包含圓筒部、蓋部和插座，所述圓筒部的一端連接至所述筒形本體的開口，另一端由所述蓋部覆蓋，所述蓋部上設(shè)置有連接至外接電源以提供電力的插座，所述測溫系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)置于圓筒部內(nèi)。其中所述蓋部上還設(shè)置有顯示溫度數(shù)值的顯示區(qū)以及供使用者操作的按鍵操作區(qū)。通過上述結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果 I、采用了光纖束進(jìn)行信號過濾，該光纖束的使用可以使進(jìn)入的紅外熱能量被過濾，而不衰減信號，從而避免了光纖二極管由于溫度過高而導(dǎo)致的缺陷，保證了檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。2、在控制中引入了自動調(diào)零在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，而且測量環(huán)境溫度參數(shù)參與數(shù)據(jù)處理，進(jìn)一步提高探測器響應(yīng)度和準(zhǔn)確度；3、運(yùn)算放大器可調(diào)增益電路增強(qiáng)了設(shè)備的測量精度和抗干擾能力，擴(kuò)展了設(shè)備的測量范圍；4、本實(shí)用新型的紅外測溫設(shè)備可以配置成多種輸出模式，適用于各種環(huán)境。本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。

圖I顯示了本實(shí)用新型的新型改良紅外測溫儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示了本實(shí)用新型的新型改良紅外測溫儀的控制系統(tǒng)示意圖。圖3顯示了本實(shí)用新型的新型改良紅外測溫儀的處理流程圖。附圖標(biāo)記I測量模塊；2通訊模塊；3I2C電路；4光敏探測器；5調(diào)零模塊；6采樣電路；7處理器模塊；8顯不模塊；9按鍵處理模塊；10電源模塊；11繼電器；12激光器控制模塊；13輸出模塊；21外殼；22后蓋；23光纖二極管；24分光鏡；25光纖管；26透鏡；27激光器；211筒形本體；212信號入口；213開口；221圓筒部；222蓋部；223插座；224顯示區(qū)；225按鍵操作區(qū)。
具體實(shí)施方式
參見圖1，顯示了本實(shí)用新型的新型改良紅外測溫儀的結(jié)構(gòu)示意圖，該紅外測溫儀包含外殼21、后蓋22以及設(shè)置于外殼21內(nèi)的測溫系統(tǒng)。其中，該外殼21包含筒形本體211、信號入口 212和開口 213，該信號入口 212為圓筒形入口，其位于筒形本體211的一端且向外延伸,該信號入口 212的直徑小于本體211的直徑從而形成階梯狀，該開口 213位于筒形本體211的另一端且由后蓋22覆蓋，該筒形本體211的內(nèi)部設(shè)置有該測溫系統(tǒng)。其中，該測溫系統(tǒng)包含控制系統(tǒng)、光纖二極管23、分光鏡24、光纖管25、透鏡26以及激光器27，所述透鏡26設(shè)置于所述信號入口 211中，所述分光鏡24傾斜設(shè)置于所述透鏡26后方,所述激光器27位于所述分光鏡24的上方,所述光纖二極管23連接于所述光纖管25的一端，所述光纖管25的另一端設(shè)置于所述分光鏡24的后方，控制系統(tǒng)連接至光纖二極管23以接收信號。通過上述各結(jié)構(gòu)的設(shè)置，當(dāng)將本實(shí)用新型的信號入口 212對準(zhǔn)被測物體時(shí)，被測物體輻射的紅外光信號線通過所述透鏡26和所述分光鏡24，通過所述光纖管25進(jìn)行傳輸后由所述光纖二極管23接收，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行處理后，輸出線性的溫度-電壓(電流)信號，最終實(shí)現(xiàn)測量溫度的目的。而為了使測溫儀的信號入口 212能對準(zhǔn)被測物體，在對準(zhǔn)時(shí)，驅(qū)動激光器27產(chǎn)生激光(優(yōu)選可為紅色激光)，所述激光經(jīng)所述分光鏡24進(jìn)行匯聚后形成激光束，該激光束優(yōu)選為直徑為2mm的激光束，該激光束對準(zhǔn)被測物體后，即可達(dá)到使信號入口 212對準(zhǔn)被測物體的目的。同時(shí)，所述光纖束25在測溫儀中的使用，可以進(jìn)一步提高所述光纖二極管的探測 能力及穩(wěn)定性。在現(xiàn)有的紅外測溫系統(tǒng)中，通常的被測目標(biāo)的輻射的紅外信號直接通過透鏡匯聚后，紅外信號的能量匯聚在光纖二極管上，當(dāng)測量高溫(尤其是1500°C以上的溫度)時(shí)，光纖二極管由于熱噪聲的影響，導(dǎo)致其探測能力下降，電流增大，穩(wěn)定性變差。故本實(shí)用新型采用了光纖束進(jìn)行信號過濾，該光纖束的使用可以使進(jìn)入的紅外熱能量被過濾，而不衰減信號，從而避免了光纖二極管由于溫度過高而導(dǎo)致的缺陷，保證了檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。其中，該后蓋22包含圓筒部221、蓋部222、插座223和顯示區(qū)224，所述圓筒部221的一端連接至所述筒形本體211的開口 213，另一端由所述蓋部222覆蓋，所述蓋部222上設(shè)置有連接至外接電源以提供電力的插座223，且所述蓋部222上還設(shè)置有顯示溫度數(shù)值的顯示區(qū)224以及供使用者操作的按鍵操作區(qū)225，所述測溫系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)置于圓筒部221內(nèi)。參見圖2，顯示了本實(shí)用新型的新型改良紅外測溫儀的控制系統(tǒng)示意圖，該控制系統(tǒng)包含電源模塊、采樣模塊、輸出模塊、顯示控制模塊和處理器模塊。所述電源模塊10為系統(tǒng)提供電源，其將外部輸入的正24V電源轉(zhuǎn)換成為正負(fù)8V、正5V、正3. 3V電源，所述電源模塊10至少包含有A2412S、78M08、79L08、78L05和LM1117，所述A2412S用于將外部輸入的正24V電源轉(zhuǎn)換成正負(fù)12V，所述AS2412的輸出分別連接至78M08和79L08的輸入，所述78M08用于將A2412S輸出的正12V電壓轉(zhuǎn)換成正8V電源提供給AD采樣中的放大器使用，所述79L08用于將A2412S輸出的負(fù)12V電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)8V電源提供給AD采樣中的放大器使用。所述78L05的輸入連接至A2412S的輸出以將A2412S輸出的正12V電源轉(zhuǎn)換成正5V電源提供給AD420(輸出模塊)使用，所述LMl 117的輸入與78M08的輸出相連以將78M08產(chǎn)生的正8V電源轉(zhuǎn)換成正3. 3V電源，該電源提供給數(shù)字器件使用。所述采樣模塊至少包含有光敏探測器4、調(diào)零模塊5、采樣電路6和測量模塊I ;所述光敏探測器4將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，其輸出連接至調(diào)零模塊5的輸入，該調(diào)零模塊5由4個(gè)0P07的放大電路和2個(gè)4066模擬開關(guān)電路組成，其實(shí)現(xiàn)了對光敏探測器4生成的電信號的多級放大和對電路的調(diào)零，其中的第一個(gè)0P07的負(fù)輸入直接連接至光敏探測器4的輸出，從而將光電轉(zhuǎn)換的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電壓信號vl，所述測量模塊I包含有芯片ADT7301以獲取工作環(huán)境的溫度，處理器模塊根據(jù)所述工作環(huán)境的溫度計(jì)算調(diào)零電壓極性和大小，利用處理器模塊輸出一個(gè)調(diào)零電壓v2，所述調(diào)零模塊5的第二個(gè)0P07利用該調(diào)零電壓v2實(shí)現(xiàn)了對電路的調(diào)零工作，其原理為處理器模塊的調(diào)壓電壓v2輸入到第二個(gè)0P07的負(fù)輸入端，所述第二個(gè)0P07將此信號生成一個(gè)等大的反相信號v3，將該調(diào)零電壓v2和反相信號v3輸入到第一個(gè)4066模擬開關(guān)電路中，處理器模塊通過控制這個(gè)模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)給電路輸出一個(gè)可正可負(fù)的偏置信號v4，所述電壓信號vl和偏置信號v4進(jìn)入到由第三個(gè)0P07組成的加法電路中，實(shí)現(xiàn)了對電路的調(diào)零工作，并生成一個(gè)調(diào)零后電壓v5，所述調(diào)零后電壓v5進(jìn)入到由第四個(gè)0P07和第二個(gè)4066組成的一個(gè)可變增益放大電路中放大生成一個(gè)放大信號v6，所述放大信號v6輸送給采樣電路6進(jìn)行采樣，所述采樣電路是一個(gè)以ADS7825為核心的AD采樣電路，所述ADS7825將放大信號v6轉(zhuǎn)換成一個(gè)16位的數(shù)字量以提供給處理器模塊計(jì)算被測物體的溫度。所述輸出模塊13是一個(gè)以AD420為核心的DA電路，處理利用采樣模塊計(jì)算出溫度以后，使用所述輸出模塊13輸出一個(gè)模擬量。處理器模塊根據(jù)放大信號v6計(jì)算出的溫度以一個(gè)16位數(shù)據(jù)的形式通過SPI輸入到AD420中，AD420將此數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬信號。模擬信號包括0-5v、4-20ma、0-20ma和0_24ma四種形式。 所述顯示控制模塊由顯示模塊8、按鍵處理模塊9、繼電器11、激光器控制模塊12、I2C電路3和通訊模塊2組成。所述顯示模塊8由四位一體的數(shù)碼管組成以顯示溫度數(shù)值；按鍵處理模塊9包含多個(gè)按鍵以實(shí)現(xiàn)人工控制，繼電器11的控制引腳與處理器模塊的通用引腳直接相連以實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制；激光器控制模塊12的開關(guān)引腳與處理器模塊直接相連以實(shí)現(xiàn)發(fā)射激光用于瞄準(zhǔn)；I2C電路3包含24C02，所述24C02與處理器模塊的I2C復(fù)用引腳直接相連以實(shí)現(xiàn)保存數(shù)據(jù)的功能。其中，控制系統(tǒng)還可包含通訊模塊2，該通訊模塊2包含83485，所述通訊模塊2與處理器模塊的復(fù)用USART引腳直接相連以實(shí)現(xiàn)458通訊的功能。所述處理器模塊7主要負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的處理，該處理器模塊至少包含處理器芯片、復(fù)位電路和晶振電路，所述處理器芯片為STM32F103，所述處理器芯片與其他各模塊相連以實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)控制系統(tǒng)的目的。處理器芯片的復(fù)用SPI引腳與測量模塊I相連以測量工作環(huán)境的溫度，處理器芯片的通用引腳與按鍵處理模塊9相連以實(shí)現(xiàn)人工控制設(shè)備的功能，處理器芯片的通用引腳與顯示模塊8相連以實(shí)現(xiàn)顯示溫度數(shù)字的功能；處理器芯片的復(fù)用SPI引腳與輸出模塊13相連以輸出一個(gè)模擬量；處理器芯片的通用引腳與激光器控制模塊12相連以實(shí)現(xiàn)控制激光器的功能；處理器芯片的通用引腳與繼電器11相連以實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制的功能；處理器芯片的DA輸出引腳與調(diào)零模塊5相連以實(shí)現(xiàn)調(diào)零控制；處理器芯片的通用引腳與采樣電路6連接以實(shí)現(xiàn)讀取AD采樣值的功能。在處理器芯片上電復(fù)位后，處理器芯片初始化外設(shè)和系統(tǒng)參數(shù)，自動調(diào)零，顯示輸出。初始化外設(shè)的主要工作是初始化外設(shè)的工作狀態(tài)，包括輸出模擬量的模式，繼電器的開關(guān)，激光器的開關(guān)等。初始化系統(tǒng)參數(shù)主要是配置好系統(tǒng)在測溫過程中的工作參數(shù)，利用I2C電路3儲存系統(tǒng)參數(shù)，初始化時(shí)從I2C電路3中讀取系統(tǒng)參數(shù)，然后配置系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射率，濾波系數(shù)，工作模式等等。自動調(diào)零是利用模塊I測量工作環(huán)境的溫度，根據(jù)該溫度處理器判斷出調(diào)零電壓的極性和計(jì)算出調(diào)零電壓的大小，并利用處理器內(nèi)的DAC給采樣電路提供一個(gè)偏置電壓，從而減小溫度對測量精度的影響，增強(qiáng)了設(shè)備抗干擾能力。測量與輸出是利用光敏器件實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換得到電壓，并利用放大器進(jìn)行多級放大，最后使用采樣電路6將此電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字量，系統(tǒng)利用這個(gè)數(shù)字量計(jì)算出一個(gè)溫度，通過軟件濾波得到一個(gè)濾波溫度，并通過輸出模塊13輸出一個(gè)與濾波溫度相對應(yīng)的模擬量，然后使用顯示模塊8顯示濾波溫度。處理器程序流程圖如下(參見圖3)101 :上電復(fù)位；102 :初始化CPU，初始化硬件外設(shè)及系統(tǒng)參數(shù)；103:自動調(diào)零；104 :計(jì)算溫度；105 :顯不溫度,輸出模擬量。本實(shí)用新型的紅外測溫設(shè)備通過自動調(diào)零，可變放大增益，增強(qiáng)了設(shè)備的測量精度和抗干擾能力，擴(kuò)展了設(shè)備的測量范圍；而且，本實(shí)用新型的紅外測溫設(shè)備可以配置成多種輸出模式，適用于各種環(huán)境。顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本實(shí)用新型的公開內(nèi)容、應(yīng)用或使用。雖然已經(jīng)在實(shí)施例中描述過并且在附圖中描述了實(shí)施例，但本實(shí)用新型不限制由附圖示例和在實(shí)施例中描述的作為目前認(rèn)為的最佳模式以實(shí)施本實(shí)用新型的教導(dǎo)的特定例子，本實(shí)用新型的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權(quán)利要求的任何實(shí)施例。
權(quán)利要求1.ー種新型改良紅外測溫儀，該紅外測溫儀包含外殼、后蓋以及設(shè)置于外殼內(nèi)的測溫系統(tǒng)，其特征在于 該外殼包含筒形本體、信號入口和開ロ，該信號入ロ為圓筒形入ロ，其位于筒形本體的一端且向外延伸，該信號入ロ的直徑小于本體的直徑從而形成階梯狀，該開ロ位于筒形本體的另一端且由后蓋覆蓋，該筒形本體的內(nèi)部設(shè)置有該測溫系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求I所述的紅外測溫儀，其特征在于該測溫系統(tǒng)包含控制系統(tǒng)、光纖ニ極管、分光鏡、光纖管和透鏡，所述透鏡設(shè)置于所述信號入ロ中，所述分光鏡傾斜設(shè)置于所述透鏡后方，所述光纖ニ極管連接于所述光纖管的一端，所述光纖管的另一端設(shè)置于所述分光鏡的后方，控制系統(tǒng)連接至光纖ニ極管以接收信號。
3.如權(quán)利要求2所述的紅外測溫儀，其特征在于該測溫系統(tǒng)還包含有激光器，所述激光器位于所述分光鏡的上方。
4.如權(quán)利要求2或3所述的紅外測溫儀，其特征在于該后蓋包含圓筒部、蓋部和插座，所述圓筒部的一端連接至所述筒形本體的開ロ，另一端由所述蓋部覆蓋，所述蓋部上設(shè)置有連接至外接電源以提供電カ的插座，所述測溫系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)置于圓筒部內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的紅外測溫儀，其特征在于所述蓋部上還設(shè)置有顯示溫度數(shù)值的顯示區(qū)以及供使用者操作的按鍵操作區(qū)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型改良紅外測溫儀，該紅外測溫儀包含外殼、后蓋以及設(shè)置于外殼內(nèi)的測溫系統(tǒng)，該外殼包含筒形本體、信號入口和開口，該信號入口為圓筒形入口，其位于筒形本體的一端且向外延伸，該信號入口的直徑小于本體的直徑從而形成階梯狀，該開口位于筒形本體的另一端且由后蓋覆蓋，該筒形本體的內(nèi)部設(shè)置有該測溫系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能用于不同的使用場合，消除測量誤差或者弱信號分辨，可以更大程度的使用敏感元件的近極限參數(shù)，增加測溫儀的量程范圍，提高測量精度。
文檔編號G01J5/08GK202533180SQ201220150989
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者王保奎 申請人:武漢迪凱光電科技有限公司