CN100585350C - 红外线扫描测温仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外线扫描测温仪，包括红外扫描探头盒、信号处理盒，红外扫描探头盒与信号处理盒之间由光导纤维和电缆连接。红外扫描探头盒由一个带开盖和扫描通道的密封盒体构成，密封盒体内部川字形布局：两边设有透明玻璃密封窗的冷却水槽，中间设有一体化旋转扫描反射镜组件，扫描反射镜组件一端与步进电机转轴相连接，另一端面向红外集光系统。水槽下面设有空气吹扫通道；该测温仪结构优化，体积小，安装和使用维护方便，系统运行可靠性高，设备和运行成本低。

Description

红外线扫描测温仪

技术领域

本发明涉及一种工业非接触温度测量仪，尤其是一种红外线测温仪。

背景技术

红外线扫描测温仪，主要用于工业浮法玻璃生产、钢板热轧、彩涂以及转窑等较大形移动面积的温度分布测量。类似用途的有：英国Land、法国HGH、美国IRCON和Raytek、日本Chino公司生产的扫描仪(Linescanner)。

扫描仪核心部件之一是旋转反射镜，反射镜面对被测量的目标物，扫描角≤±45°(根据红外辐射原理：在0°到45°之内，认为被测面的热辐射系数不变)。反射镜旋转时，顺时扫描被测面上的各点(区域)，并把点上的热辐射能量反射到仪器的测温传感器上，获得一维温度曲线。当被测面移动时，就类似电视的行扫描和帧扫描成象原理，可生成一幅二维或三维的热图(依靠嵌入式微处理器或计算机按测量顺序安排测温点在热图上的X、Y坐标位置，并以不同的颜色或高度表示温度的高低)。

现有技术的不足和缺点：

a.扫描探头箱内除含扫描镜和驱动旋转的电机外，还有红外测温传感器和信号处理电路等等，结构比较复杂。与外围水冷保护层之间的空间间隙较大；带水冷和气扫装置后，无法做成方便的可开盖的盒式结构；安装、维护不方便。运行期间，除非故障报警，一般不会开箱查看、维护。在水、气供给不正常时，使用场合的高温、水气、烟尘容易使扫描探头发生故障。

b.扫描探头的光学通道口安装固定的密封保护窗。有的采用长条平面材料，不同角度的扫描线透过时会有不同的透过率和折射。有的采用半柔性有机材料弯成的弧形保护窗，表面硬度低，容易起毛；热稳定性差，容易变形；热隔离性能差，仪器内部容易受热。要维持保护窗外侧的清洁，对气扫系统的要求很高，气压要稳定、气源要干净；如果外侧窗面吸附油污、灰尘；除非停产大修，日常，维护人员无法查看和清洁。

c.扫描镜是一个带45°反射斜面的圆柱体，只有中心孔与电机转轴连接。高速旋转时电机转轴负荷较大，电机容易发热。

d.扫描镜360°旋转，90°面对目标。被测面上的两条扫描线之间，有容纳三条扫描线的空白间隔。提高扫描频率可缩小间隔距离，同时又意味着缩短了测量响应和采样时间，对传感器和系统提出更高的时间响应要求；实现并不容易。否则，系统的实际温度测量性能就降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种红外线扫描测温仪，该测温仪结构优化，体积小，安装和使用维护方便，系统运行可靠，设备和运行维护成本低。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种红外线扫描测温仪，包括红外扫描探头盒、信号处理盒。红外扫描探头盒与信号处理盒由光导纤维和高温电缆连接；信号处理盒与客户上位机通讯；

红外扫描探头盒由一个带开盖和扫描通道的密封盒体构成，密封盒体内部川字形布局：两边设有透明玻璃密封窗的冷却水槽，中间长条设有一体化旋转扫描反射镜组件，扫描反射镜组件一端与步进电机转轴相连接，另一端面向红外集光系统；

红外扫描探头盒的水槽下面设有空气吹扫通道，扫描通道两边的斜面上设有吹扫气出口气隙狭缝；

扫描反射镜组件包括一体化旋转件和旋转体基座；一体化旋转件的45°反射镜在入射窗和出射窗处各设有平面密封保护窗，并通过两端轴承嵌装在旋转体基座内，构成旋转体组件；旋转体基座上面设有玻璃后窗盖；旋转体基座与探头盒扫描通道的安装结合面密封连接；

信号处理盒由带开盖的密封盒体构成，盒内安装有红外测温传感器，嵌入式微处理器，液晶显示器，步进电机控制驱动器和系统电源；光导纤维将扫描探头采集的红外光信号传送给信号处理盒中的红外测温传感器。

所述红外扫描探头盒和信号处理盒的密封盒体与各自的开盖之间均由铰链连接，盒盖和盒体四角用螺丝拧紧闭合密封。

所述驱动扫描的步进电机的转速和转向可调。

所述旋转体基座上设有一个0°位修正光电对射开关，旋转件的旋转轴带有一枚处于光电对射开关中间的0°位指针。

所述红外集光系统带有瞄准目镜。

所述45°反射镜、入射窗、出射窗和0°位指针构成一体化的旋转件通过安装在基座中间的轴承一起旋转。

所述红外扫描探头盒内部呈川字形布局的两边冷却水槽之间的长条空间顺着长条紧夹着步进电机、一体化旋转扫描反射镜组件和红外集光系统。

所述空气吹扫气流出口气隙是位于扫描通道的两个斜面上的二条狭缝。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)探头与信号处理盒分体，由于探头内部无红外测温传感器和信号处理电路，扫描反射镜旋转体有两端轴承支承，步进电机驱动时负荷小、不会发热，电机本身耐温高，因此使探头的冷却保护要求降低；光导纤维传送探头采集的红外光信号给信号处理盒，使盒内的红外测温传感器和处理电路能远离热源、改善整个系统的耐热和抗干扰性能。

(2)自带平面密封窗和清洁维护后窗的一体化旋转扫描反射镜组件，使任何角度的扫描线在穿过保护窗时的折射和透过率是一样的；套装旋转体的基座，有一个扫描通道开口和一个玻璃观察后窗；玻璃观察后窗便于观察入射窗片是否需要清洁。

(3)一个独立于扫描反射镜组件的一体化红外集光系统，接受前者反射的目标辐射能量、聚焦并通过光纤传送给信号处理盒中的测温传感器；因此，便于电子系统的远离热源安装和测温系统的拆换修理及送法定计量检定。

(4)内部紧凑的水冷和气扫系统设计布局，使整个扫描探头能做成盖可随时开启的盒式结构；体积小，便于安装和日常查看维护。

附图说明

图1是本发明系统框图；

图2是本发明实施例的扫描探头剖视图；

图3是图2的左剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种红外线扫描测温仪，包括红外扫描探头盒100、信号处理盒加200，红外扫描探头盒100与信号处理盒200由光导纤维40和电缆30连接。

红外扫描探头盒100内安装有步进电机50，扫描组件60，红外集光系统52。

红外扫描探头盒100由一个带开盖53和扫描通道6的密封盒体构成，密封盒体内部两边设有透明玻璃密封窗的冷却水槽33，水槽33下面设有空气吹扫通道32；中间设有一体化旋转扫描反射镜组件60，扫描反射镜组件60一端与步进电机50转轴相连接，另一端面向红外集光系统52。信号处理盒200由带开盖53的密封盒体构成，盒内安装有红外测温传感器，嵌入式微处理器，液晶显示器，步进电机控制驱动器和系统电源。

如图2，3所示，扫描反射镜组件60包括一体化旋转件51和旋转件基座4；一体化旋转件51由45°反射镜1和入射平面密封保护窗2和出射平面密封保护窗7组成，并通过两端轴承3与旋转体基座4连接构成扫描反射镜旋转体组件60；旋转体基座4上面设有玻璃后窗盖5；旋转体基座4与探头盒扫描通道6的安装结合面密封连接。

本发明的具体特征为：

(1)自带平面密封窗和清洁维护后窗的一体化旋转扫描反射镜组件

如图2所示：45°反射镜1由小口径平面入射窗2和出射窗7密封保护，组成两端有轴承3的旋转件51。保护窗采用石英或氟化钙等性能稳定的材料；任何角度的扫描线在穿过保护窗时的折射和透过率是一样的。套装旋转体的基座4和盒体结合部位有一个扫描通道6，通道两边斜面带吹扫出口气隙61。基座4还有一个玻璃后窗，观察后窗，可知入射窗片是否需要清洁。日常维护很方便：切断电源，拧下后窗盖，用手指轻拨旋转体，使入射窗面向维护者，用酒精棉清洁即可。

(2)步进电机驱动

合理设定步进电机50的运动参数(转速和转向)，可兼顾单位时间的扫描线数和温度采集的响应时间。例如：可以360°快速旋转，也可以在+30°和-25°之间折返，减慢速度、增加扫描线密度。为了使定位准确，安装了一个0°指针11和0°光电开关9；当扫描旋转件51转轴上的指针11划过光电开关9的缝隙时，发出0°位修正信号；使扫描点定位始终准确。步进电机50驱动尤其适合需要慢扫描或折返扫描以及变速扫描的场合。步进电机的转速和转向控制信号由信号处理盒中的微处理器或客户上位机设定、发送。

(3)一体化红外集光系统和红外传送光纤

一个独立于扫描反射镜组件60的一体化红外集光系统52，接受前者反射的目标辐射能量、聚焦并通过光纤传送给信号处理盒中的测温传感器。因此，便于电子系统的远离热源安装和测温系统的拆换修理及送法定计量检定。扫描反射镜组件的反射率高且固定，在生产标定时可预先测知；它的修正补偿很方便：

系统的辐射修正系数＝被测物的辐射系数×反射镜组件的总反射率。

集光系统52带有瞄准目镜8；与激光瞄准相比，调试时更有利于高亮度环境或高温度目标物的观察。

(4)川字形布局的内冷却水槽

探头盒100内的两边水槽33将集光组件52、扫描反射镜组件60和驱动电机50紧夹在中间，形成川字形布局，冷却效果好。水槽透明的玻璃密封窗31可查看水流状况。两边紧夹式水槽布局，使扫描探头紧凑、小巧；并可做成可开盖的盒式，方便查看维护。

本发明实施例：

如图1所示：红外线扫描测温仪系统分三个部分(不包括客户上位机)。

(1)扫描探头盒100：

一个带开盖和扫描通道的密封盒体，内部两边是有透明玻璃密封窗的冷却水槽33，水槽33下有空气吹扫通道32；中间是一个一体化旋转扫描反射镜组件60和步进电机50转轴连接，另一端面向红外测温的集光系统52，集光系统52带有瞄准目镜8。旋转体基座4上有玻璃后窗盖5。基座4与探头盒扫描通道6的安装结合面用高温胶密封。整个扫描探头盒100的外型体积：276×215×101mm。

(2)信号处理盒200：

一个带开盖的密封盒体，红外测温传感器，嵌入式微处理器，液晶显示器，步进电机控制驱动器和系统电源都安装在盒内。体积：276×215×90mm。

(3)中间连接的光纤40和高温电缆30：

高温电缆30用于传输扫描探头和信号处理盒之间的电信号；相同长度的光导纤维40(例如10～20米)，将扫描探头采集的红外信号传送给信号处理盒中的双色红外测温传感器和嵌入式微处理器。

Claims (8)

1.一种红外线扫描测温仪，包括红外扫描探头盒(100)、信号处理盒(200)，其特征在于，所述红外扫描探头盒(100)与信号处理盒(200)由光导纤维(40)和高温电缆(30)连接；信号处理盒(200)与客户上位机通讯；

所述红外扫描探头盒(100)由一个带开盖(53)和扫描通道(6)的密封盒体构成，密封盒体内部呈川字形布局：两边设有透明玻璃密封窗的冷却水槽(33)，中间长条设有一体化旋转扫描反射镜组件(60)，扫描反射镜组件(60)一端与步进电机(50)转轴相连接，另一端面向红外集光系统(52)；

所述红外扫描探头盒(100)的水槽(33)下面设有空气吹扫通道(32)，扫描通道(6)两边的斜面上设有吹扫气出口气隙狭缝(61)；

所述扫描反射镜组件(60)包括一体化旋转件(51)和旋转体基座(4)；一体化旋转件(51)的45°反射镜(1)在入射窗(2)和出射窗(7)处各设有平面密封保护窗，并通过两端轴承(3)与旋转体基座(4)连接，构成旋转体组件(60)；旋转体基座(4)上面设有玻璃后窗盖(5)；旋转体基座(4)与探头盒扫描通道(6)的安装结合面密封连接；

所述信号处理盒(200)由带开盖的密封盒体构成，盒内安装有红外测温传感器，嵌入式微处理器，液晶显示器，步进电机控制驱动器和系统电源；所述光导纤维(40)将扫描探头采集的红外光信号传送给信号处理盒(200)中的红外测温传感器。

2.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，所述红外扫描探头盒(100)和信号处理盒(200)的密封盒体与各自的开盖(53)之间均由铰链连接，盒盖和盒体四角用螺丝拧紧闭合密封。

3.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，驱动扫描的步进电机(50)的转速和转向可调。

4.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，所述旋转体基座(4)上设有一个0°位修正光电对射开关(9)，旋转件(51)的旋转轴带有一枚处于光电对射开关(9)中间的0°位指针(11)。

5.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，所述红外集光系统(52)带有瞄准目镜(8)。

6.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，所述的45°反射镜(1)、入射窗(2)、出射窗(7)和0°位指针(11)构成一体化的旋转件(51)通过安装在基座(4)中间的轴承(3)一起旋转。

7.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，所述红外扫描探头盒(100)内部呈川字形布局的两边冷却水槽(33)之间的长条空间顺着长条紧夹着步进电机(50)、一体化旋转扫描反射镜组件(60)和红外集光系统(52)。

8.根据权利要求1所述的红外线扫描测温仪，其特征在于，所述空气吹扫气流出口气隙(61)是位于扫描通道(6)的两个斜面上的二条狭缝。

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