非接触式红外测温仪)

成绩评价：传感器技术课程设计主题非接触温度计摘要在自然界中，温度在绝对零度以上的物体不断向周围的空间放出红外线能量。 物体的红外线放射能的大小和波长的分布与其表面温度有密切的关系。 因此，通过测定物体自身放射的红外能量，可以正确地测定其表面温度，这是成为红外放射测温依据的客观基础。光学系统收集视野内的目标红外线放射能，视野的大小由温度计的光学部件及其位置决定。 红外线能量聚焦于光电检测器，并被转换成对应的电信号。 该信号通过放大器和信号处理电路，基于设备内治疗的算法和目标辐射率校正，被转换为被测量目标的温度值。 此外，还必须考虑目标和温度计所处的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响和修正方法。关键词：红外线放射测温红外线传感器目录一、设计目的1二、设计任务和要求二2.1设计任务22.2设计要求2三、设计程序和原理分析33.1设计方法33.2设计步骤43.3设计原理分析5四、课程设计总结和体会6五、参考文献6传感器技术课程设计一、设计目的在人们日常生活中，测量温度一般使用水银温度计，反应慢，正确测量体温通常需要10分钟。 水银温度计需要接触身体皮肤，所以使用前需要严格消毒，不适合很多人进行连续的温度采集。 另外，水银泄漏时水银泄漏，污染环境，变成有毒。 近年来，国内外在温度传感器的研发领域取得了很大进步，非接触式红外线测温传感器技术越来越成熟。二、设计任务和要求2.1设计任务物体的温度达到绝对零度以上时，通过其内部的带电粒子的运动，以不同波长的电磁波的形式，向外放射能量，波长与紫外、可见、红外区域有关。 物体的红外线放射能的大小和不同波长的分布与其表面温度有密切的关系。 因此，红外线温度计通过测定物体自身放射的红外线能量，可以正确地测定其表面温度，是红外线放射温度测定的依据的客观基础。2.2设计要求红外线温度计由光学系统、光检测器、信号放大器和信号处理、显示输出等部分构成。 光学系统收集视野内的目标红外线放射能，视野的大小由温度计的光学部件和位置决定。 红外线能量聚焦光电探测器，转换成电信号。 该信号经由放大器和信号处理电路，基于设备内部的算法和目标放射率被校正，转换为被测定对象的温度值。 此外，使用红外温度计时，还必须考虑目标和温度计所处的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响和修正方法。3、设计程序和原理分析3.1设计方法用红外线温度计测量目标温度时，首先测量目标带宽范围内的红外线剂量，然后用温度计计算目标温度。 已知单色温度计与频带内的辐射量成比例的双色温度计和与两个波长频带的辐射量之比成比例的红外线温度计的测温原理是黑体辐射规律，自然界中绝对零度以上的物体不断向外辐射，向物体外辐射的能量的大小和各波长的分布与其表面温度有密切的关系，物体的温度越高黑体的光谱辐射度由普朗克公式确定下面的图1-1是不同温度下的黑体光谱放射度图从上图的图表可以看出，黑体辐射具有几个特征：在任何温度下，黑体的光谱放射度都根据波长连续变化，每条曲线只有一个极大值随着温度的升高，与光谱辐射度的极大值对应的波长变小。 这表明随着温度的上升，黑体辐射中短波长辐射的比例增加随着温度的升高，黑体辐射曲线全面升高，即在任何特定的波长，与高温度对应的光谱辐射度都变大，反之亦然。根据测温原理，红外线温度计的设计有五种方法：a .全辐射测温法：通过用黑体测量测量波长从0到无限大的全光谱范围内的物体的总辐射功率的装置来确定物体的温度。 其总辐射功率的大小与被测量对象温度的关系根据史蒂芬波兹曼定律进行了描述。b .亮度测温法：基于测定某波长K0附近的窄光谱范围的放射用黑体目标的测定器来确定物体的温度，适用于高温测定。c .双波段测温方法：适合于通过测量两个预定波长k-1和k-2的辐射功率比来确定物体的温度，并测量辐射率的变化和未知物体，但仅适合于测量辐射能量密度高的高温物体。 这三种方法都是根据普朗克定律描述的。d .多频带测温方法：顺序地获取多个带，通过计算这些带的辐射功率的复杂关系来确定物体的温度。e .最大波长测温法：根据维恩位移定律，使黑体放射峰值波长Kmax与绝对温度t之积一定，通过测定峰值波长Kmax来计算温度t。 这个方法一般测量极高温(2000 C以上)。 因此，非接触红外测温中，测量的温度值是测量对象的表面温度，必须用放射率进行校正，存在测量的复杂性增加的缺点，周围介质的影响引起测量误差。亮度测温法不需要环境温度补偿，辐射率误差小，测温精度高，但在短波波段只适合高温测量。 比色测温法的光学系统可以部分屏蔽，烟尘的影响小，测温误差小，但要选择合适的波段，使波段的辐射率有很大差异。 本论文用全辐射测温法计算被测物的温度，全辐射测温法根据全波长范围的全辐射保持恒温，得到物体的辐射温度。 选择该方法是因为中低温物体波长大，放射信号弱，且结构简单，成本低，但其测温精度稍差，物体放射率的影响大。3.2设计步骤红外线测温技术在生产过程中，在产品质量管理和监测、设备在线故障诊断和安全保护和节能等方面发挥着重要作用。 可以非接触检测运行中的设备，拍摄其温度场的分布，测量哪个部位的温度值，从而具有诊断各种外部和内部故障，实时、遥测、直观和定量测温等优点，对检测发电厂、变电站和输电线的运行设备和带电设备非常方便有效。 使用红外线温度计，可以连续诊断电子连接问题，寻找连接目标热点，检查设备的功能状态。 另外，还可以检查电池组和电力配电盘的连接端子、开关设备和保险丝连接，防止能量消耗。该红外线温度计的特征具有温度分辨率高、响应速度快、不扰乱被测量目标的温度分布场、测量精度高、稳定性好等优点。 这个设计方案主要包括软件设计部分和软件设计部分。a红外线温度计的硬件系统设计本红外温度计采用模块设计思想，其硬件结构由STC89C51单片机模块、红外温度测量模块、RS232转换电路模块、电源模块、键盘模块和LED显示模块组成。STC89C51单片机在本系统的控制中心，负责开始温度测量，接收测量数据，计算温度值，根据取得的关键值控制显示过程的红外线测温模块负责温度数据的收集、测量， 将收集到的数据通过数据端口转发给STC89C51单片机的RS232转换电路模块使单片机可以容易地与PC进行串行通信， 同时可以接收和传输外部发送来的资料的键盘模块，可以简单地进行测温和各种操作的LED显示模块，将测量的温度值以视觉方式显示给观察者的电源模块负责本红外线温度计的电源供给。 该红外线温度计系统的硬件结构框图如图a所示图a红外线温度计系统硬件设计框图b红外线温度计的应用软件系统的方案设计该红外温度计的软件设计也采用了模块设计思想，将整个系统分成几个模块来解决，包括主程序模块、红外温度计模块、键盘扫描模块和显示模块。主程序模块主要完成了系统初始化、温度检测、串行通信、键盘和显示器等功能。 其中系统初始化包括：小时中断的初始化、外部中断源的初始化、串行通信中断的初始化、LED显示的初始化。红外线测温模块获取温度数据并计算温度值。键盘扫描模块：获取密钥信息、处理密钥请求等。显示模块：获取并处理相应的温度数据在这种红外线温度计的软件系统设计中，时钟的设定非常重要，通过时钟的设定能获得良好的时钟频率，该时钟频率是整个软件系统能否正常有秩序地工作的关键。 具体的软件设计如下图b所示。图b红外线温度计系统软件设计框图3.3设计原理分析红外线温度计的测温原理是黑体辐射规律，已知自然界中绝对零度以上的物体不断向外辐射能量，物体外辐射能量的大小和各波长的分布与其表面温度有密切关系，物体的温度越高，红外线辐射能力越强。 黑体的光谱放射度由普朗克公式决定下图是不同温度下的黑体光谱辐射度图不同温度下的黑体光谱辐射度从上图的图表可以看出，黑体辐射具有几个特征：在任何温度下，黑体的光谱放射度都根据波长连续变化，每条曲线只有一个极大值随着温度的升高，与光谱辐射度的极大值对应的波长变小。 这表示随着温度的上升，黑体辐射中短波长辐射的比例增加随着温度的升高，黑体辐射曲线全面升高，即在任何特定的波长，与高温度对应的光谱辐射度都变大，反之也是相同的。四、课程设计的总结和体会本设计的任务是实现非接触式体温测量和记录，并在液晶屏幕上显示。 系统系统能应用于人们的日常生活生产，能迅速准确地测量体温，特别适合大型集在会议中测量多人的体温。 本文介绍了体温检测系统的硬件和软件的设计及其创新针对温度测量的特点，采用红外线温度传感器，不需要接触皮肤，而且反应速度快，弥补了传统体温计的不足这次设计经过自身的努力，进一步加深了传感器的认识和理解，将所学知识应用于实践中。 通过这次传感器技术课程的设计，我认识到了理论联系的重要性，在实践中扩大了知识面，不仅掌握了本专业知识，还了解了其他专业知识，从各方面提高了自己的综合素质。