專利名稱：陣列式紅外測(cè)溫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非接觸紅外測(cè)溫及圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量高溫段的面陣紅外測(cè)溫儀。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保障工藝設(shè)備的正常運(yùn)行以及保證生產(chǎn)環(huán)境在所要求的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，經(jīng)常需要對(duì)工藝設(shè)備及產(chǎn)品進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，以往這種監(jiān)測(cè)一般采取紅外點(diǎn)溫儀對(duì)溫度信息進(jìn)行采集，但紅外測(cè)溫儀每次只能測(cè)量被測(cè)物某一個(gè)小面積的平均溫度值，不能反映被測(cè)物整體的溫度分布，從而很大的降低了紅外溫度分析的效果，不能對(duì)物體整個(gè)表面的溫度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，而紅外熱像儀可以做到這一點(diǎn)，但由于紅外熱像儀利用所在環(huán)境溫度定標(biāo)，所以對(duì)高溫段物體的測(cè)量誤差較大，同時(shí)它只能顯示被測(cè)物各點(diǎn)的相對(duì)溫度，不能準(zhǔn)確反應(yīng)各點(diǎn)溫度的絕對(duì)值，且價(jià)格昂貴。本發(fā)明正是基于紅外點(diǎn)溫儀和紅外熱像儀各自的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種陣列式紅外測(cè)溫儀，它能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量物體表面多點(diǎn)的溫度。本發(fā)明的陣列式紅外測(cè)溫儀，包括前端數(shù)據(jù)采集部分、控制裝置以及連接該前端數(shù)據(jù)采集部分和控制裝置之間的數(shù)據(jù)接口 ；其中，所述前端數(shù)據(jù)采集部分包括紅外光學(xué)系統(tǒng)、陣列式紅外探測(cè)器、顯示器以及連接并處理該所述陣列式紅外探測(cè)器和顯示器的多路模擬信號(hào)處理單元；所述控制裝置包括攝像頭、無線通訊模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊、溫度報(bào)警模塊、按鍵模塊、供電模塊、存儲(chǔ)模塊、以及連接并控制該所述括攝像頭、無線通訊模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊、溫度報(bào)警模塊、按鍵模塊、供電模塊、存儲(chǔ)模塊的ARM控制模塊。所述的陣列式紅外探測(cè)器的每一陣元單獨(dú)與一路模擬信號(hào)處理單元通過導(dǎo)線相連接，所有多路模擬信號(hào)處理單元采集、處理的信號(hào)通過數(shù)據(jù)接口以數(shù)據(jù)總線的模式連接到控制裝置，控制裝置分別通過單獨(dú)的數(shù)據(jù)控制線連接括攝像頭、存儲(chǔ)模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊，供電模塊導(dǎo)線為控制裝置供電，控制裝置通過內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)接收到的供電模塊電壓，通過導(dǎo)線為多路模擬信號(hào)處理單元供電。所述的陣列式紅外探測(cè)器為陣列化的多晶硅材料探測(cè)器。所述的顯示器為面陣顯示器，顯示與實(shí)物照片相對(duì)應(yīng)的二維整體溫度分布。攝像頭拍攝的可見光圖像與物體的二維整體溫度分布相融合，并進(jìn)行輻射率修正，提高測(cè)溫的精度。環(huán)境溫度測(cè)量模塊測(cè)量陣列式紅外測(cè)溫儀周圍的環(huán)境溫度，并顯示在顯示器中。溫度報(bào)警模塊在所測(cè)量的溫度大于所設(shè)定的溫度閾值時(shí)啟動(dòng)。無線通訊模塊將顯示器中的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器當(dāng)中。
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所述的陣列式紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用，應(yīng)用于非接觸紅外測(cè)溫領(lǐng)域。所述的陣列式紅外探測(cè)器的測(cè)溫范圍500至2000攝氏度。由上述方案可知，本發(fā)明涉及的陣列式紅外測(cè)溫儀同時(shí)具備了點(diǎn)式測(cè)溫儀較高的測(cè)溫精度的優(yōu)勢(shì)和熱像儀能對(duì)物體表面多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫的特性，因此它不但可以完全對(duì)紅外點(diǎn)溫儀形成替代而且可以部分承擔(dān)紅外熱像儀的功能。本發(fā)明涉及的陣列式紅外測(cè)溫儀測(cè)溫范圍500至2000攝氏度，探測(cè)靈敏度不低于1毫秒，相應(yīng)波長(zhǎng)900至1100納米。本發(fā)明中使用的陣列式紅外探測(cè)器將熱輻射能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，處理系統(tǒng)采用ARM 微處理器，將處理后的各點(diǎn)的溫度信息送至顯示裝置進(jìn)行顯示；利用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列紅外測(cè)溫儀的系統(tǒng)控制，最終得到被測(cè)物體溫度分布，并與物體的實(shí)際圖像相融合，從而大大提高了紅外溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的分析效果。在本發(fā)明中，陣列式紅外探測(cè)器采集被測(cè)對(duì)象表面二維的表面溫度，通過多路信號(hào)處理單元將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并于顯示器中顯示，同時(shí)將處理后的溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口上傳給控制裝置；而控制裝置則在控制模塊的控制下啟動(dòng)攝像頭對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行圖像拍攝；并將物體的實(shí)際圖像與測(cè)得的物體表面溫度相擬合，同時(shí)輸出到顯示器當(dāng)中。 此外，對(duì)于存儲(chǔ)于存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)可通過無線通訊模塊進(jìn)行無線傳輸。它能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量物體表面多點(diǎn)的溫度，從而達(dá)到對(duì)物體表面溫度分布的測(cè)定，并使物體的紅外溫度分布與被測(cè)實(shí)物對(duì)應(yīng)，并可連續(xù)獲得數(shù)據(jù)，得到被測(cè)物體表面各點(diǎn)絕對(duì)溫度分布圖；通過實(shí)時(shí)定標(biāo)可以直接測(cè)出被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度，不再需要做“輻射率修正”， 從而大大提高了物體表面紅外溫度監(jiān)測(cè)的分析效果。


圖1為本發(fā)明所述陣列式紅外測(cè)溫儀的原理框圖；圖2為本發(fā)明所述陣列式紅外測(cè)溫儀中各組成部分的連接框圖；圖3為本發(fā)明所述陣列式紅外測(cè)溫儀中所述陣列式探測(cè)器原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述陣列式紅外測(cè)溫儀采用了高性能陣列化的多晶硅材料探測(cè)器，可以測(cè)量物體表面的二維溫度場(chǎng)、且結(jié)合圖像同步采集技術(shù)、可視化圖像融合技術(shù)、嵌入式智能分析技術(shù)、數(shù)據(jù)流無線上傳技術(shù)，從而使得用戶可以在不同地點(diǎn)都能在第一時(shí)間遠(yuǎn)程監(jiān)控到采集信息及所處理的結(jié)果。參見圖1中所示，本發(fā)明中所述陣列式紅外測(cè)溫儀為包括前端數(shù)據(jù)采集部分10、 控制裝置20、以及連接該前端數(shù)據(jù)采集部分10和控制裝置20之間的數(shù)據(jù)接口 30。其中，所述前端數(shù)據(jù)采集部分10為包括紅外光學(xué)系統(tǒng)100、陣列式紅外探測(cè)器101、顯示屏102以及連接并處理陣列紅外探測(cè)器101輸出信號(hào)的多路信號(hào)處理單元103，所述紅外光學(xué)系統(tǒng)100 用于濾除可見光的干擾，所述陣列紅外探測(cè)器101為用以探測(cè)目標(biāo)物的表面二維溫度以及所述顯示屏102為用以顯示溫度和物體圖像融合后的信息；所述控制裝置20為包括攝像頭 200、無線通訊模塊201、環(huán)境溫度測(cè)量模塊202、圖像融合軟件模塊203、溫度報(bào)警模塊204、 按鍵模塊205、供電模塊206、存儲(chǔ)模塊207以及連接并控制該所述攝像頭200、無線通訊模塊201、環(huán)境溫度測(cè)量模塊202、圖像融合軟件模塊203、溫度報(bào)警模塊204、按鍵模塊205、供電模塊206、存儲(chǔ)模塊207的ARM控制模塊208 ；所述攝像頭200為用以對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行圖像或動(dòng)畫拍攝；所述無線通訊模塊201為用以將數(shù)據(jù)無線上傳，所述環(huán)境溫度測(cè)量模塊202 用以對(duì)目標(biāo)物環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量；所述圖像融合軟件模塊203用以讀取目標(biāo)物表面二維溫度分布場(chǎng)域物體的實(shí)際圖像相融合，所述溫度報(bào)警模塊204用來當(dāng)目標(biāo)溫度高于所設(shè)定的閾值是，啟動(dòng)報(bào)警模塊，所述按鍵模塊205可以很方便的對(duì)該前端數(shù)據(jù)采集部分10進(jìn)行調(diào)試，所述供電模塊206提供工作電壓給控制裝置20以及所述列式前端數(shù)據(jù)采集部分10 ；所述存儲(chǔ)模塊207用以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)接口 30為用以將控制裝置20中供電模塊202提供的工作電壓傳遞給前端數(shù)據(jù)采集部分10，同時(shí)將前端數(shù)據(jù)采集部分10探測(cè)的溫度數(shù)據(jù)傳遞給控制裝置20。此外，參見圖2中所示，所述控制裝置20還可包括觸摸屏209、標(biāo)識(shí)控制裝置20狀態(tài)的 LED 燈 210、USB 接口 211。結(jié)合圖1和圖2中所示，在本發(fā)明中，所述前端數(shù)據(jù)采集部分10為通過紅外探測(cè)器101去采集紅外光學(xué)系統(tǒng)100所收集到得紅外輻射量，且通過多路信號(hào)處理單元103將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)，所述控制裝置20在ARM控制模塊208的控制下啟動(dòng)攝像頭200對(duì)目標(biāo)的圖像、動(dòng)畫進(jìn)行拍攝，傳輸?shù)紸RM控制模塊208中，并通過圖像融合軟件模塊203將目標(biāo)的表面二維溫度分布場(chǎng)與目標(biāo)的實(shí)際圖像相融合后于顯示器102中顯示出來。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)物的溫度以及圖像的同時(shí)采集、同時(shí)顯示。結(jié)合上述，且參見圖1、圖2和圖3中所示，下面對(duì)本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中作詳細(xì)介紹所述陣列式紅外探測(cè)器101采用離子注入的技術(shù)，在N型單晶硅片上通過1號(hào)掩膜版，采用離子注入技術(shù)注入硼離子實(shí)現(xiàn)P型摻雜，形成陣列式PN結(jié)。在陣列式PN結(jié)上通過2號(hào)掩膜版，將PN結(jié)之外區(qū)域沉積上Si3N4絕緣介質(zhì)膜。Si3N4膜可以采用PECVD法進(jìn)行沉積。在陣列式PN結(jié)上通過3號(hào)掩膜版，在PN結(jié)上沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜ZnO膜， ZnO薄膜起到電極的作用，將光生載流子引出。ZnO膜可以采用LPCVD、濺射法或MOCVD法進(jìn)行沉積。在ZnO引腳上焊上銅引腳，使兩者形成歐姆接觸，便是陣列式紅外探測(cè)器的主要部分。所述ARM控制裝置208用三星公司的ARM9處理器S3C2440作為數(shù)字信號(hào)處理的核心。該處理器的最高運(yùn)行頻率為400MHz，具有較大的內(nèi)存和豐富的外圍接口，并將采用 WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，此系統(tǒng)的界面和Windows較為類似，易于被用戶接受。此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，并且通過一些自檢和報(bào)警機(jī)制，可以保障測(cè)溫儀長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作。我們將在此系統(tǒng)的平臺(tái)上編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，來控制測(cè)溫儀的工作。所述多路信號(hào)處理單元103主要分為微弱電信號(hào)的放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)據(jù)的顯示。在電路設(shè)計(jì)中，首先要保證有足夠大的增益，使得微弱信號(hào)變?yōu)槟軌虮籄DC 采集的信號(hào)，同時(shí)要盡量抑制電路中產(chǎn)生的噪聲，并保證多路放大鏈路的一致性。同時(shí)選用 AD7656作為A/D轉(zhuǎn)化的核心部件。AD7565內(nèi)部具有6個(gè)采樣保持器和6路獨(dú)立的AD轉(zhuǎn)換器，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)6路模擬信號(hào)同時(shí)采集并同時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。AD7565的最高分辨率為16位，已滿足溫度測(cè)量的精度。其采樣率最高為250kSPS，即每秒鐘采樣250000次，也超出了系統(tǒng)對(duì)采樣率的要求。故AD7565能夠完全勝任作為本測(cè)溫儀的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊207選用S3C2440芯片并自身帶有SD卡或USB接口，設(shè)計(jì)將測(cè)試數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)到SD卡或優(yōu)盤中，以便日后查詢。同時(shí)用戶可以定期通過即插即用設(shè)備隨時(shí)備份數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)的易保存、易轉(zhuǎn)移的特性，并可以進(jìn)行更高級(jí)的數(shù)據(jù)處理。 所述顯示器102用于顯示最終處理結(jié)果。在WinCE的操作系統(tǒng)之上，編寫符合測(cè)溫儀功能的人性化操作界面，此界面具有顯示直觀、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合如前所述的圖像融合技術(shù)將被測(cè)目標(biāo)的表面溫度和實(shí)際照片融合后的圖像在顯示器102中顯示出來。 并通過無線通訊模塊201采集到的結(jié)果傳輸?shù)剿诰W(wǎng)域的服務(wù)器上。
權(quán)利要求
1.一種陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，該儀器包括前端數(shù)據(jù)采集部分、控制裝置以及連接該前端數(shù)據(jù)采集部分和控制裝置之間的數(shù)據(jù)接口 ；其中，所述前端數(shù)據(jù)采集部分包括紅外光學(xué)系統(tǒng)、陣列式紅外探測(cè)器、顯示器以及連接并處理該所述陣列式紅外探測(cè)器和顯示器的多路模擬信號(hào)處理單元；所述控制裝置包括攝像頭、無線通訊模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊、溫度報(bào)警模塊、按鍵模塊、供電模塊、存儲(chǔ)模塊、以及連接并控制該所述括攝像頭、無線通訊模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊、溫度報(bào)警模塊、按鍵模塊、供電模塊、存儲(chǔ)模塊的ARM控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，所述的陣列式紅外探測(cè)器的每一陣元單獨(dú)與一路模擬信號(hào)處理單元通過導(dǎo)線相連接，所有多路模擬信號(hào)處理單元采集、處理的信號(hào)通過數(shù)據(jù)接口以數(shù)據(jù)總線的模式連接到控制裝置，控制裝置分別通過單獨(dú)的數(shù)據(jù)控制線連接攝像頭、存儲(chǔ)模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊，供電模塊導(dǎo)線為控制裝置供電，控制裝置通過內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)接收到的供電模塊電壓，通過導(dǎo)線為多路模擬信號(hào)處理單元供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，所述的陣列式紅外探測(cè)器為陣列化的多晶硅材料探測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，所述的顯示器為面陣顯示器，顯示與實(shí)物照片相對(duì)應(yīng)的二維整體溫度分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，攝像頭拍攝的可見光圖像與物體的二維整體溫度分布相融合，并進(jìn)行輻射率修正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，環(huán)境溫度測(cè)量模塊測(cè)量陣列式紅外測(cè)溫儀周圍的環(huán)境溫度，并顯示在顯示器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，溫度報(bào)警模塊在所測(cè)量的溫度大于所設(shè)定的溫度閾值時(shí)啟動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀，其特征在于，無線通訊模塊將顯示器中的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器當(dāng)中。
9.一種權(quán)利要求1所述的陣列式紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用，其特征在于，陣列式紅外探測(cè)器應(yīng)用于非接觸紅外測(cè)溫領(lǐng)域。
10.如權(quán)利要求9所述的陣列式紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用，其特征在于，所述的陣列式紅外探測(cè)器的測(cè)溫范圍500至2000攝氏度。
全文摘要
一種陣列式紅外測(cè)溫儀，屬于非接觸紅外測(cè)溫及圖像處理領(lǐng)域。該儀器包括前端數(shù)據(jù)采集部分、控制裝置以及連接該前端數(shù)據(jù)采集部分和控制裝置之間的數(shù)據(jù)接口；其中，所述前端數(shù)據(jù)采集部分包括紅外光學(xué)系統(tǒng)、陣列式紅外探測(cè)器等；所述控制裝置包括攝像頭、無線通訊模塊、環(huán)境溫度測(cè)量模塊、圖像融合軟件模塊、溫度報(bào)警模塊、按鍵模塊、供電模塊、存儲(chǔ)模塊等。本發(fā)明可以實(shí)時(shí)測(cè)量物體表面溫度分布情況，同時(shí)可以使物體的紅外溫度分布與被測(cè)實(shí)物對(duì)應(yīng)，并可顯示被測(cè)物溫度的實(shí)時(shí)變化情況；通過實(shí)時(shí)定標(biāo)可以直接測(cè)出被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度，從而大大提高了物體表面紅外溫度監(jiān)測(cè)的分析效果。
文檔編號(hào)G08C17/02GK102162752SQ20101058609
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者姜嘯宇, 張岷, 張海偉, 樊秀梅, 王樹雨, 趙圣, 郭富, 鐘聲, 閆富榮, 魏臻 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)