CN102162752B

CN102162752B - 阵列式红外测温仪

Info

Publication number: CN102162752B
Application number: CN2010105860970A
Authority: CN
Inventors: 魏臻; 姜啸宇; 钟声; 张岷; 樊秀梅; 闫富荣; 王树雨; 张海伟; 郭富; 赵圣
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: CN102162752A

Abstract

一种阵列式红外测温仪，属于非接触红外测温及图像处理领域。该仪器包括前端数据采集部分、控制装置以及连接该前端数据采集部分和控制装置之间的数据接口；其中，所述前端数据采集部分包括红外光学系统、阵列式红外探测器等；所述控制装置包括摄像头、无线通讯模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块、温度报警模块、按键模块、供电模块、存储模块等。本发明可以实时测量物体表面温度分布情况，同时可以使物体的红外温度分布与被测实物对应，并可显示被测物温度的实时变化情况；通过实时定标可以直接测出被测对象的实际温度，从而大大提高了物体表面红外温度监测的分析效果。

Description

阵列式红外测温仪

技术领域

本发明属于非接触红外测温及图像处理领域，具体涉及一种测量高温段的面阵红外测温仪。

背景技术

在现代工业生产过程中，为了保障工艺设备的正常运行以及保证生产环境在所要求的环境温度范围内，经常需要对工艺设备及产品进行温度监测，以往这种监测一般采取红外点温仪对温度信息进行采集，但红外测温仪每次只能测量被测物某一个小面积的平均温度值，不能反映被测物整体的温度分布，从而很大的降低了红外温度分析的效果，不能对物体整个表面的温度信息进行实时采集分析，而红外热像仪可以做到这一点，但由于红外热像仪利用所在环境温度定标，所以对高温段物体的测量误差较大，同时它只能显示被测物各点的相对温度，不能准确反应各点温度的绝对值，且价格昂贵。本发明正是基于红外点温仪和红外热像仪各自的技术优点进行研发创新的。

发明内容

本发明的目的是提供一种阵列式红外测温仪，它能够实时测量物体表面多点的温度。

本发明的阵列式红外测温仪，包括前端数据采集部分、控制装置以及连接该前端数据采集部分和控制装置之间的数据接口；其中，所述前端数据采集部分包括红外光学系统、阵列式红外探测器、显示器以及连接并处理该所述阵列式红外探测器和显示器的多路模拟信号处理单元；所述控制装置包括摄像头、无线通讯模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块、温度报警模块、按键模块、供电模块、存储模块、以及连接并控制该所述括摄像头、无线通讯模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块、温度报警模块、按键模块、供电模块、存储模块的ARM控制模块。

所述的阵列式红外探测器的每一阵元单独与一路模拟信号处理单元通过导线相连接，所有多路模拟信号处理单元采集、处理的信号通过数据接口以数据总线的模式连接到控制装置，控制装置分别通过单独的数据控制线连接括摄像头、存储模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块，供电模块导线为控制装置供电，控制装置通过内部电压调节器调节接收到的供电模块电压，通过导线为多路模拟信号处理单元供电。

所述的阵列式红外探测器为阵列化的多晶硅材料探测器。

所述的显示器为面阵显示器，显示与实物照片相对应的二维整体温度分布。

摄像头拍摄的可见光图像与物体的二维整体温度分布相融合，并进行辐射率修正，提高测温的精度。

环境温度测量模块测量阵列式红外测温仪周围的环境温度，并显示在显示器中。

温度报警模块在所测量的温度大于所设定的温度阈值时启动。

无线通讯模块将显示器中的信息通过无线网络上传到服务器当中。

所述的阵列式红外测温仪的应用，应用于非接触红外测温领域。

所述的阵列式红外探测器的测温范围500至2000摄氏度。

由上述方案可知，本发明涉及的阵列式红外测温仪同时具备了点式测温仪较高的测温精度的优势和热像仪能对物体表面多点进行测温的特性，因此它不但可以完全对红外点温仪形成替代而且可以部分承担红外热像仪的功能。本发明涉及的阵列式红外测温仪测温范围500至2000摄氏度，探测灵敏度不低于1毫秒，相应波长900至1100纳米。

本发明中使用的阵列式红外探测器将热辐射能转换为电信号，处理系统采用ARM微处理器，将处理后的各点的温度信息送至显示装置进行显示；利用C语言编程实现对阵列红外测温仪的系统控制，最终得到被测物体温度分布，并与物体的实际图像相融合，从而大大提高了红外温度实时监测的分析效果。

在本发明中，阵列式红外探测器采集被测对象表面二维的表面温度，通过多路信号处理单元将采集到的温度数据进行转换并于显示器中显示，同时将处理后的温度数据通过数据接口上传给控制装置；而控制装置则在控制模块的控制下启动摄像头对实际物体进行图像拍摄；并将物体的实际图像与测得的物体表面温度相拟合，同时输出到显示器当中。此外，对于存储于存储模块中的数据可通过无线通讯模块进行无线传输。

它能够实时测量物体表面多点的温度，从而达到对物体表面温度分布的测定，并使物体的红外温度分布与被测实物对应，并可连续获得数据，得到被测物体表面各点绝对温度分布图；通过实时定标可以直接测出被测对象的实际温度，不再需要做“辐射率修正”，从而大大提高了物体表面红外温度监测的分析效果。

附图说明

图1为本发明所述阵列式红外测温仪的原理框图；

图2为本发明所述阵列式红外测温仪中各组成部分的连接框图；

图3为本发明所述阵列式红外测温仪中所述阵列式探测器原理图。

具体实施方式

本发明所述阵列式红外测温仪采用了高性能阵列化的多晶硅材料探测器，可以测量物体表面的二维温度场、且结合图像同步采集技术、可视化图像融合技术、嵌入式智能分析技术、数据流无线上传技术，从而使得用户可以在不同地点都能在第一时间远程监控到采集信息及所处理的结果。

参见图1中所示，本发明中所述阵列式红外测温仪为包括前端数据采集部分10、控制装置20、以及连接该前端数据采集部分10和控制装置20之间的数据接口30。其中，所述前端数据采集部分10为包括红外光学系统100、阵列式红外探测器101、显示屏102以及连接并处理阵列红外探测器101输出信号的多路信号处理单元103，所述红外光学系统100用于滤除可见光的干扰，所述阵列红外探测器101为用以探测目标物的表面二维温度以及所述显示屏102为用以显示温度和物体图像融合后的信息；所述控制装置20为包括摄像头200、无线通讯模块201、环境温度测量模块202、图像融合软件模块203、温度报警模块204、按键模块205、供电模块206、存储模块207以及连接并控制该所述摄像头200、无线通讯模块201、环境温度测量模块202、图像融合软件模块203、温度报警模块204、按键模块205、供电模块206、存储模块207的ARM控制模块208；所述摄像头200为用以对目标物进行图像或动画拍摄；所述无线通讯模块201为用以将数据无线上传，所述环境温度测量模块202用以对目标物环境温度进行测量；所述图像融合软件模块203用以读取目标物表面二维温度分布场域物体的实际图像相融合，所述温度报警模块204用来当目标温度高于所设定的阈值是，启动报警模块，所述按键模块205可以很方便的对该前端数据采集部分10进行调试，所述供电模块206提供工作电压给控制装置20以及所述列式前端数据采集部分10；所述存储模块207用以存储数据；所述数据接口30为用以将控制装置20中供电模块202提供的工作电压传递给前端数据采集部分10，同时将前端数据采集部分10探测的温度数据传递给控制装置20。

此外，参见图2中所示，所述控制装置20还可包括触摸屏209、标识控制装置20状态的LED灯210、USB接口211。

结合图1和图2中所示，在本发明中，所述前端数据采集部分10为通过红外探测器101去采集红外光学系统100所收集到得红外辐射量，且通过多路信号处理单元103将采集到的温度数据进行转换，同时，所述控制装置20在ARM控制模块208的控制下启动摄像头200对目标的图像、动画进行拍摄，传输到ARM控制模块208中，并通过图像融合软件模块203将目标的表面二维温度分布场与目标的实际图像相融合后于显示器102中显示出来。从而实现了对目标物的温度以及图像的同时采集、同时显示。

结合上述，且参见图1、图2和图3中所示，下面对本发明在实际应用中作详细介绍：

所述阵列式红外探测器101采用离子注入的技术，在N型单晶硅片上通过1号掩膜版，采用离子注入技术注入硼离子实现P型掺杂，形成阵列式PN结。在阵列式PN结上通过2号掩膜版，将PN结之外区域沉积上Si3N4绝缘介质膜。Si3N4膜可以采用PECVD法进行沉积。在阵列式PN结上通过3号掩膜版，在PN结上沉积透明导电氧化物薄膜ZnO膜，ZnO薄膜起到电极的作用，将光生载流子引出。ZnO膜可以采用LPCVD、溅射法或MOCVD法进行沉积。在ZnO引脚上焊上铜引脚，使两者形成欧姆接触，便是阵列式红外探测器的主要部分。

所述ARM控制装置208用三星公司的ARM9处理器S3C2440作为数字信号处理的核心。该处理器的最高运行频率为400MHz，具有较大的内存和丰富的外围接口，并将采用WinCE嵌入式操作系统，此系统的界面和Windows较为类似，易于被用户接受。此系统的稳定性较高，并且通过一些自检和报警机制，可以保障测温仪长时间连续稳定工作。我们将在此系统的平台上编写相应的应用程序，来控制测温仪的工作。

所述多路信号处理单元103主要分为微弱电信号的放大、A/D转换、数字信号处理、数据的显示。在电路设计中，首先要保证有足够大的增益，使得微弱信号变为能够被ADC采集的信号，同时要尽量抑制电路中产生的噪声，并保证多路放大链路的一致性。同时选用AD7656作为A/D转化的核心部件。AD7565内部具有6个采样保持器和6路独立的AD转换器，从而可以实现对6路模拟信号同时采集并同时转换为数字信号。AD7565的最高分辨率为16位，已满足温度测量的精度。其采样率最高为250kSPS，即每秒钟采样250000次，也超出了系统对采样率的要求。故AD7565能够完全胜任作为本测温仪的模数转换器。

所述数据的存储模块207选用S3C2440芯片并自身带有SD卡或USB接口，设计将测试数据及设备状态实时地存储到SD卡或优盘中，以便日后查询。同时用户可以定期通过即插即用设备随时备份数据，实现探测数据的易保存、易转移的特性，并可以进行更高级的数据处理。

所述显示器102用于显示最终处理结果。在WinCE的操作系统之上，编写符合测温仪功能的人性化操作界面，此界面具有显示直观、操作简便的特点。同时结合如前所述的图像融合技术将被测目标的表面温度和实际照片融合后的图像在显示器102中显示出来。并通过无线通讯模块201采集到的结果传输到所在网域的服务器上。

Claims

1.一种阵列式红外测温仪，其特征在于，该阵列式红外测温仪包括前端数据采集部分、控制装置以及连接该前端数据采集部分和控制装置之间的数据接口；其中，所述前端数据采集部分包括红外光学系统、阵列式红外探测器、显示器以及连接并处理所述阵列式红外探测器和显示器的多路模拟信号处理单元；所述控制装置包括摄像头、无线通讯模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块、温度报警模块、按键模块、供电模块、存储模块、以及连接并控制所述摄像头、无线通讯模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块、温度报警模块、按键模块、供电模块、存储模块的ARM控制模块；所述的阵列式红外探测器的每一阵元单独与一路模拟信号处理单元通过导线相连接，所有多路模拟信号处理单元采集、处理的信号通过数据接口以数据总线的模式连接到控制装置，控制装置分别通过单独的数据控制线连接摄像头、存储模块、环境温度测量模块、图像融合软件模块，供电模块为控制装置供电，控制装置通过内部电压调节器调节接收到的供电模块电压，通过导线为多路模拟信号处理单元供电。

2.根据权利要求1所述的阵列式红外测温仪，其特征在于，所述的阵列式红外探测器为阵列化的多晶硅材料探测器。

3.根据权利要求1所述的阵列式红外测温仪，其特征在于，所述的显示器为面阵显示器，显示与实物照片相对应的二维整体温度分布。

4.根据权利要求1所述的阵列式红外测温仪，其特征在于，摄像头拍摄的可见光图像与物体的二维整体温度分布相融合，并进行辐射率修正。

5.根据权利要求1所述的阵列式红外测温仪，其特征在于，环境温度测量模块测量阵列式红外测温仪周围的环境温度，并显示在显示器中。

6.根据权利要求1所述的阵列式红外测温仪，其特征在于，温度报警模块在所测量的温度大于所设定的温度阈值时启动。

7.根据权利要求1所述的阵列式红外测温仪，其特征在于，无线通讯模块将显示器中的信息通过无线网络上传到服务器当中。

8.一种权利要求1所述的阵列式红外测温仪的应用，其特征在于，阵列式红外探测器应用于非接触红外测温领域。

9.如权利要求8所述的阵列式红外测温仪的应用，其特征在于，所述的阵列式红外探测器的测温范围为500至2000摄氏度。