CN104764530A - 能够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了能够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法，由聚焦组件将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上；之后红外接收器根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压；再由主控芯片根据环境温度和所述电压计算液体温度，本发明通过将液体发射的聚焦至PCB板的红外接收器上，能准确测量容器内食物的实际温度，而适合肠胃敏感的人群(如婴儿)使用。

Description

能够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法

技术领域

本发明涉及容器内液体的测温技术，特别涉及一种能够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法。

背景技术

现有利用红外接收器测温的方法和装置中，通常在测得热电堆的环境温度和热电堆产生的电压后，根据斯特藩-玻尔兹曼定律来计算被测物体的温度。然而，测温的外界环境并不是理想的常温环境，外界温度通常是时刻变化的，而且，热电堆在测温时自身也会往外辐射能量，这些都会影响到测温的准确性。

测量的温度不准确，青少年影响不明显，但对温度比较敏感的婴幼儿而言，牛奶的温度特别重要，饮用的牛奶过冷或过热都会引起肠胃不适，甚至造成疾病传染，严重影响婴幼儿的健康成长。目前，市场上具有测量功能的奶瓶均是通过在奶瓶套上安装温度传感器测量奶瓶本体的温度，并不能真正测量奶瓶本体内食物的温度。因此，有必要研究一种能够测量液体实际温度的测温装置。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种能够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法，能够测量容器内的液体的实际温度。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种能够测量容器内的液体温度的测温装置，包括：PCB板，所述PCB板上设置有用于将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上的聚焦组件，用于根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压的红外接收器和用于根据所述电压获取液体温度的主控芯片；所述聚焦组件罩设于所述红外接收器上，所述红外接收器连接所述主控芯片。

所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置中，所述主控芯片包括：

参数获取模块，用于获取红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压；

校准模块，用于根据所述环境温度和电压，校准测温参数；

处理模块，用于根据所述环境温度、电压和校准后的测温参数，计算被测物体的实际温度。

所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置中，所述处理模块具体用于：

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算整个测温过程的系统参数S：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热电堆自身的热辐射V_OS：

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热红外辐射过来的量值f(V_OBJ)：

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

根据红外接收器的环境温度、热红外辐射过来的量值和系统参数，计算被测物体的实际温度T_OBJ：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述a₁、a₂和c₂为常数，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，所述V_OBJ为红外接收器产生的电压，T_DIE为红外接收器的环境温度，所述T_REF为常温，公式中温度的单位均为开尔文。

所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置中，所述聚焦组件包括支架，所述支架的一端设置有菲涅尔透镜，所述支架的另一端具有缘边，所述缘边贴附在所述PCB板上；所述红外接收器位于菲涅尔透镜的正下方。

所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置中，所述菲涅尔透镜的焦距为4-5mm。

一种测温装置的测温方法，其包括如下步骤：

A、由聚焦组件将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上；

B、红外接收器根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压；

C、主控芯片根据环境温度和所述电压计算液体温度。

所述的测温方法中，所述步骤C包括：

C1、获取红外接收器所处的环境温度和红外接收器产生的电压；

C2、根据所述环境温度和电压校准测温参数；

C3、根据所述环境温度、电压和校准后的测温参数，计算被测物体的实际温度。

所述的测温方法中，所述步骤C3包括：

C1、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算整个测温过程的系统参数S：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

C2、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热电堆自身的热辐射V_OS：

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

C3、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热红外辐射过来的量值f(V_OBJ)：

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

C4、根据红外接收器的环境温度、热红外辐射过来的量值和系统参数，计算被测物体的实际温度T_OBJ：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述a₁、a₂和c₂为常数，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，所述V_OBJ为红外接收器产生的电压，T_DIE为红外接收器的环境温度，所述T_REF为常温，公式中温度的单位均为开尔文。

所述的测温方法中，所述步骤C2包括：

C21、将红外接收器的测温参数的初始值设置为：

b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，s₀＝6×e-14；

C22、根据红外接收器产生的电压V_OBJ，红外接收器的环境温度T_DIE，和公式 $T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)},$ 计算得出f(V_OBJ)的值；

C23、依计算得到的f(V_OBJ)的值和公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，计算得出热电堆自身的热辐射V_OS；

C24、根据公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]，对V_OS和(T_DIE-T_REF)进行二项式拟合，得出测温参数b₀、b₁、b₂的值；

C25、根据计算得出的测温参数b₀、b₁、b₂的值，由公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]重新计算出V_OS的值；

C26、根据公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，重新计算出f(V_OBJ)的值；

C27、根据公式f(V_OBJ)＝(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S和公式S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，得出公式(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S₀＝f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，对(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)和f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]进行一次线性拟合，得出新的测温参数S₀；

C28、循环步骤C22-C27进行迭代计算40次，逐步逼近计算出最优化的测温参数b₀、b₁、b₂和S₀。

所述的测温方法中，所述常数a₁、a₂和c₂的具体值为：a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，c₂＝13.4。

相较于现有技术，本发明提供的能够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法，由聚焦组件将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上；之后红外接收器根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压；再由主控芯片根据环境温度和所述电压计算液体温度，本发明通过将液体发射的聚焦至PCB板的红外接收器上，能准确测量容器内食物的实际温度，而不是奶瓶的瓶壁温度，适合肠胃敏感的人群(如婴儿)使用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的能够测量容器内的液体温度的测温装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的能够测量容器内的液体温度的测温装置中底座的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的能够测量容器内的液体温度的测温装置中主控芯片的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的测温装置的测温方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种够测量容器内的液体温度的测温装置及其测温方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，其为本发明实施例提供的能够测量容器内的液体温度的测温装置的结构示意图。如图1所示，本发明的液体温度的测温装置包括：PCB板10，所述PCB板10上设置有聚焦组件20、红外接收器30和主控芯片(图中未示出)。所述聚焦组件20罩设于所述红外接收器30上。

所述聚焦组件20用于将液体发射的红外线聚焦至红外接收器30上，所述红外接收器30用于根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压，所述红外接收器30连接所述主控芯片，将检测的电压反馈给主控芯片，所述主控芯片用于根据所述电压获取液体温度。

具体的，所述红外接收器30为红外热电堆传感器，具有高精度、高灵敏度、低反应时间等特点，可运用在各种环境的测温中。所述红外接收器30中，热电堆吸收在感测范围内被测物体发出的红外能量(热量)，热电堆产生的电压代表了红外能量。故可以通过热电堆产生的电压经过一系列计算后，得出被测物体的温度。

请继续参阅图1，所述聚焦组件20包括支架202，所述支架202的一端设置有菲涅尔透镜201，所述支架202的另一端具有缘边203，所述缘边203贴附在所述PCB板10上；所述红外接收器30位于菲涅尔透镜201的正下方。本发明通过在支架202的另一端设置缘边203，便于将聚焦组件20固定在PCB板10上，结合宝宝容易摔奶瓶的特点，提高测温装置的抗摔性能。

并且，本发明采用菲涅尔透镜201，其焦距短，且比传统透镜的材料用量更少、重量与体积更小，从而能使智能奶瓶套轻薄化，便于婴幼儿自己手持喝奶。

具体地，所述菲涅尔透镜201采用HDPE(High Density Polyethylene，高密度聚乙烯)菲涅尔透镜201，所述菲涅尔透镜201的焦距L1为4-5mm，菲涅尔透镜201的厚度为0.4-1mm。较佳的，所述菲涅尔透镜201的焦距为4.5mm，镜片的厚度为0.6mm。所述菲涅尔透镜201为黑色菲涅尔透镜201或乳白色菲涅尔透镜201。其中，黑色吸光效果较好，乳白色透光效果较好，综合环境温度、光线，测量装置本体等因素的影响，本发明优先采用乳白色菲涅尔透镜201。

请一并参阅图2，本发明的测温装置还包括底座40，所述PCB板10装设于所述底座40中，在所述底座40上设置有用于夹持容器的夹持组件50。所述底座40的顶面上设置有用于供聚集组件穿过的通孔，使聚集组件紧贴容器的底部，提升测量精度。其中，所述夹持组件50用于夹紧容器(如奶瓶，杯子等)，采用硅胶壳，硅胶材质柔软、环保、有弹性、抗震性好。所述底座40的直径和夹持组件50的规格与标准口径奶瓶或者宽口径奶瓶的尺寸匹配。

请一并参阅图3，所述主控芯片包括：参数获取模块601，用于获取红外接收器30的环境温度和红外接收器30产生的电压；校准模块602，用于根据所述环境温度和电压，校准测温参数；处理模块603，用于根据所述环境温度、电压和校准后的测温参数，计算被测物体的实际温度。

其中，所述环境温度为红外接收器30自身的温度，具体为红外热电堆传感器中热电堆的温度。红外热电堆传感器产生的电压为被测物体放置在红外接收器30正上方后，热电堆接收到被测物体辐射的能量后产生的电压。

具体实施时，所述处理模块603具体用于：

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算整个测温过程的系统参数S：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热电堆自身的热辐射V_OS：

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热红外辐射过来的量值f(V_OBJ)：

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

根据红外接收器的环境温度、热红外辐射过来的量值和系统参数，计算被测物体的实际温度T_OBJ：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述a_1、a₂和c₂为常数，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，所述V_OBJ为红外接收器产生的电压，T_DIE为红外接收器的环境温度，所述T_REF为常温，公式中温度的单位均为开尔文。

所述处理模块运用的计算公式的理论依据是：斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)：一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度或能量通量密度)与黑体本身的热力学温度T(又称绝对温度)的四次方成正比。设被测物体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量为E_Red，则根据斯特藩-玻尔兹曼定律有：其中，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，σ＝5.7×10^-12W/cm²/K⁴。ε为被测物体的发射率，指被测物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比，又称为黑度。

所述V_OBJ为红外接收器热电堆产生的电压，V_OBJ近似等于红外接收器热电堆吸收的全部热量减去自身辐射的热量，需要说明的是，热电堆吸收的全部热量即为被测物体辐射出的总能量E_Red，即本发明近似认为热电堆已完全吸收被测物体辐射出的总能量。则有由此可以推导出被测物体的温度为：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\frac{V_{\mathrm{OBJ}}}{\mathrm{\ϵ\σ}}},T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)}.$

其中，b₀、b₁和b₂是环境温度对V_OS的影响因子，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，需要经过校准。所述a₁，a₂，c₂是红外接收器的参数，其值为常数。所述常数a₁、a₂和c₂的具体值为：a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，c₂＝13.4。

在校准模块602中，所述校准模块602具体用于：

将红外接收器的测温参数的初始值设置为：

b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，s₀＝6×e-14；

根据红外接收器产生的电压V_OBJ，红外接收器的环境温度T_DIE，和公式 $T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)},$ 计算得出f(V_OBJ)的值；

依计算得到的f(V_OBJ)的值和公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，计算得出热电堆自身的热辐射V_OS；

根据公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]，对V_OS和(T_DIE-T_REF)进行二项式拟合，得出测温参数b₀、b₁、b₂的值；

根据计算得出的测温参数b₀、b₁、b₂的值，由公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]重新计算出V_OS的值；

根据公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，重新计算出f(V_OBJ)的值；

根据公式f(V_OBJ)＝(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S和公式S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，得出公式(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S₀＝f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，对(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)和f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]进行一次线性拟合，得出新的测温参数S₀，具体的，对(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)计算出的值和f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]计算出的值进行一次线性拟合，得出新的测温参数S₀；

对测温参数b₀、b₁、b₂和S₀进行迭代计算40次，得出最终的测温参数。换而言之，利用测温参数的初始值，计算测温参数b₀、b₁、b₂和S₀，并用计算得到的测温参数，替换掉原来的测温参数，并依此循环计算40次，得到最终的测温参数。

具体地，所述处理模块603具体计算公式的理论依据是斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)：一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度或能量通量密度)与黑体本身的热力学温度T(又称绝对温度)的四次方成正比。设被测物体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量为E_Red，则根据斯特藩-玻尔兹曼定律有：其中，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，σ＝5.7×10^-12W/cm²/K⁴。ε为被测物体的发射率，指被测物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比，又称为黑度。

所述V_OBJ为红外接收器热电堆产生的电压，V_OBJ近似等于红外接收器热电堆吸收的全部热量减去自身辐射的热量，需要说明的是，热电堆吸收的全部热量即为被测物体辐射出的总能量E_Red，即本发明近似认为热电堆已完全吸收被测物体辐射出的总能量。则有

由此可以推导出被测物体的温度为：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\frac{V_{\mathrm{OBJ}}}{\mathrm{\ϵ\σ}}},T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)}.$

其中，S是整个测温的系统参数，该参数包含环境变化，热源辐射特性等因素对热电堆的影响，即所述系统参数S包含有εσ，还包含环境变化，热源辐射特性等因素对热电堆的影响。所述f(V_OBJ)与V_OBJ有映射关系(具体见公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²)，而所述系统参数S使得f(V_OBJ)为热红外辐射过来的量值，即被测物体辐射出来的能量，其去除了周边物体的热辐射及热传导的影响，与接收到被测物体的辐射存在一个映射关系，被测物温度升高时，f(V_OBJ)也相应升高，反之减少。b₀、b₁和b₂是环境温度对V_OS是热电堆自身的热辐射，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，需要经过校准。所述a₁，a₂，c₂是红外接收器的参数，其值为常数。所述常数a₁、a₂和c₂的具体值为：a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，c₂＝13.4。

本发明还相应提供一种测温装置的测温方法，请参阅图4，其具体包括：

S10、由聚焦组件将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上；

S20、红外接收器根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压；

S30、主控芯片根据环境温度和所述电压计算液体温度。

本发明利用聚集组件将液体发射的聚焦至PCB板的红外接收器上，能准确测量容器内食物的温度，适合肠胃敏感的人群(如婴儿)使用。具体请参阅测温装置对应的实施例。

其中，所述步骤S30包括：

S31、获取红外接收器所处的环境温度和红外接收器产生的电压；

S32、根据所述环境温度和电压校准测温参数；

S33、根据所述环境温度、电压和校准后的测温参数，计算被测物体的实际温度。

具体地，所述步骤S33包括：

S331、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算整个测

温过程的系统参数S：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

S332、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热电堆自身的热辐射V_OS：

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

S333、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热红外辐射过来的量值f(V_OBJ)：

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

S334、根据红外接收器的环境温度、热红外辐射过来的量值和系统参数，计算被测物体的实际温度T_OBJ：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述a₁、a₂和c₂为常数，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数；所述V_OBJ为红外接收器产生的电压；T_DIE为红外接收器的环境温度；所述T_REF为常温，具体为298.15K(25℃)；公式中温度的单位均为开尔文。具体请参阅上述实施例。

所述具体S32包括：

S321、将红外接收器的测温参数的初始值设置为：

b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，

s₀＝6×e-14；

S322、根据红外接收器产生的电压V_OBJ，红外接收器的环境温度T_DIE，和公式 $T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)},$ 计算得出f(V_OBJ)的值；

S323、依计算得到的f(V_OBJ)的值和公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，计算得出热电堆自身的热辐射V_OS；

S324、根据公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]，对V_OS和(T_DIE-T_REF)进行二项式拟合，得出测温参数b₀、b₁、b₂的值；

S325、根据计算得出的测温参数b₀、b₁、b₂的值，由公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]重新计算出V_OS的值；

S326、根据公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，重新计算出f(V_OBJ)的值；

S327、根据公式f(V_OBJ)＝(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S和公式S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，得出公式(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S₀＝f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，对(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)和f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]进行一次线性拟合，得出新的测温参数S₀；

S328、循环步骤S322-S327进行迭代计算40次，逐步逼近计算出最优化的测温参数b₀、b₁、b₂和S₀。换而言之，利用步骤S321中的测温参数的初始值，计算测温参数b₀、b₁、b₂和S₀，并用计算得到的测温参数，替换掉原来的测温参数，并依此循环计算40次，得到最终的测温参数具体请参阅上述实施例。

其中，所述常数a₁、a₂和c₂的具体值为：a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，c₂＝13.4。

综上所述，本发明提供利用菲涅尔透镜将液体发射的聚焦至PCB板的红外接收器上，能准确测量容器内食物的温度，适合肠胃敏感的人群(如婴儿)使用。而且在测温时，只需获取红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压，即可校准测温参数，并利用校准参数和、红外接收器的环境温度和其产生的电压计算出被测物体的温度，使温度测量变得简单而又精确。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种能够测量容器内的液体温度的测温装置，包括：PCB板，其特征在于，所述PCB板上设置有用于将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上的聚焦组件，用于根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压的红外接收器和用于根据所述电压获取液体温度的主控芯片；所述聚焦组件罩设于所述红外接收器上，所述红外接收器连接所述主控芯片。

2.根据权利要求1所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置，其特征在于，所述主控芯片包括：

参数获取模块，用于获取红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压；

校准模块，用于根据所述环境温度和电压，校准测温参数；

处理模块，用于根据所述环境温度、电压和校准后的测温参数，计算被测物体的实际温度。

3.根据权利要求1所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算整个测温过程的系统参数S：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热电堆自身的热辐射V_OS：

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热红外辐射过来的量值f(V_OBJ)：

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

根据红外接收器的环境温度、热红外辐射过来的量值和系统参数，计算被测物体的实际温度T_OBJ：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述a₁、a₂和c₂为常数，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，所述V_OBJ为红外接收器产生的电压，T_DIE为红外接收器的环境温度，所述T_REF为常温，公式中温度的单位均为开尔文。

4.根据权利要求1所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置，其特征在于，所述聚焦组件包括支架，所述支架的一端设置有菲涅尔透镜，所述支架的另一端具有缘边，所述缘边贴附在所述PCB板上；所述红外接收器位于菲涅尔透镜的正下方。

5.根据权利要求4所述的能够测量容器内的液体温度的测温装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜的焦距为4-5mm。

6.一种如权利要求1所述测温装置的测温方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、由聚焦组件将液体发射的红外线聚焦至红外接收器上；

B、红外接收器根据聚焦后的红外线的能量生产相应的电压；

C、主控芯片根据环境温度和所述电压计算液体温度。

7.根据权利要求6所述的测温方法，其特征在于，所述步骤C包括：

C1、获取红外接收器所处的环境温度和红外接收器产生的电压；

C2、根据所述环境温度和电压校准测温参数；

C3、根据所述环境温度、电压和校准后的测温参数，计算被测物体的实际温度。

8.根据权利要求7所述的测温方法，其特征在于，所述步骤C3包括：

C1、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算整

个测温过程的系统参数S：

S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]；

C2、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热电堆自身的热辐射V_OS：

V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]；

C3、根据红外接收器的环境温度和红外接收器产生的电压计算热红外辐射过来的量值f(V_OBJ)：

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²；

C4、根据红外接收器的环境温度、热红外辐射过来的量值和系统参数，计算被测物体的实际温度T_OBJ：

$T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$

其中，所述a₁、a₂和c₂为常数，所述b₀、b₁、b₂和S₀为测温参数，所述V_OBJ为红外接收器产生的电压，T_DIE为红外接收器的环境温度，所述T_REF为常温，公式中温度的单位均为开尔文。

9.根据权利要求8所述的测温方法，其特征在于，所述步骤C2包括：

C21、将红外接收器的测温参数的初始值设置为：

b₀＝-2.94×e-5，b₁＝-5.7×e-7，b₂＝4.78×e-9，s₀＝6×e-14；

C22、根据红外接收器产生的电压V_OBJ，红外接收器的环境温度T_DIE，和公式 $T_{\mathrm{OBJ}}=\sqrt[4]{{T_{\mathrm{DIE}}}^4+\left(\frac{f\left(V_{\mathrm{OBJ}}\right)}{S}\right)};$ 计算得出f(V_OBJ)的值；

C23、依计算得到的f(V_OBJ)的值和公式

f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，计算得出热电堆自身的热辐射V_OS；

C24、根据公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]，对V_OS和(T_DIE-T_REF)进行二项式拟合，得出测温参数b₀、b₁、b₂的值；

C25、根据计算得出的测温参数b₀、b₁、b₂的值，由公式V_OS＝b₀+b₁×(T_DIE-T_REF)+b₂×(T_DIE-T_REF)²]重新计算出V_OS的值；

C26、根据公式f(V_OBJ)＝(V_OBJ-V_OS)+c₂×(V_OBJ-V_OS)²，重新计算出f(V_OBJ)的值；

C27、根据公式f(V_OBJ)＝(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S和公式S＝S₀×[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，得出公式(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)×S₀＝f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]，对(T_OBJ ⁴-T_DIE ⁴)和f(V_OBJ)/[1+a₁×(T_DIE-T_REF)+a₂×(T_DIE-T_REF)²]进行一次线性拟合，得出新的测温参数S₀；

C28、循环步骤C22-C27进行迭代计算40次，逐步逼近计算出最优化的测温参数b₀、b₁、b₂和S₀。

10.根据权利要求8所述的测温方法，其特征在于，所述常数a₁、a₂和c₂的具体值为：a₁＝1.75×e-3，a₂＝-1.68×e-5，c₂＝13.4。