CN107588856A - 一种高精度非接触式温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度非接触式温度测量装置，包括阵列式红外传感器、信号调理电路、AD采集电路、主控电路、存储电路、显示电路和通信电路。本发明通过阵列式红外传感器实现物体表面温度检测，通过信号调理电路将传感器输出的微弱信号转化为适合于AD电路采集的电压信号。主控电路将采集的温度信号进行存储，对获取的数据进行计算，将数据通过显示电路进行显示。温度测量装置采用多组阵列式红外传感器并列的方式进行温度检测，通过软件算法实现测量值的选取和计算，采用通信的方式实现与上位机的信息交互，节约了大量的人工成本，降低了现场测温的危险性，提高了温度测量的精度和效率。

Description

一种高精度非接触式温度测量装置

技术领域

发明涉及高精度温度测量的技术领域，具体是一种高精度非接触式温度测量装置，特别涉及一种钢管、钢棒等圆柱形物体表面温度检测。

背景技术

温度检测装置在生产生活中广泛使用，温度测量设备精度的高低直接影响着产品的质量和设备的使用寿命。目前，生产中对钢管等产品多采用测温蜡笔，通过在钢管表面划线，当钢管表面划线的材料挥发时，便认定温度达到设定温度。这种方式需要现场操作工人每隔一段时间去检测一下，确保温度不低于设定温度，该方式对温度的控制较为粗糙，且操作人员需靠近高温钢管，具有较大的安全隐患。由于钢材内部分子的运动频率和其他材料有一定差异，在材料表面粗糙程度较大时，温度测量难以侧准，因此，实际生产时，为保证产品加热温度，更多采用人工划线的方式对温度进行粗略估计。

目前，国内对红外测温原理及其装置的研究较为广泛，例如专利号为CN102886500A专利公开了一种快速、准确检测和控制钢包烘烤温度的方法及装置，采用无线测温原理，实现钢包温度的检测，但是，该方式对于表面粗糙且处于运动中的钢管而言，测量精度差，难以满足现场生产的要求。专利号为CN102004000A专利公布了一种用于高温高压容器内转动部件的表面温度检测系统，该系统采用红外测温的原理，实现对运动物体的表面温度检测，但是，由于实际生产过程中钢管的直径变化较大，由于容器的直径固定，在生产过程中会造成诸多不便，当探头和钢管的距离较远时，测量精度难以保证。专利CN103335719A公布了一种中频弯管机的红外测温系统，该系统采用红外测温原理实现对被测件表面温度的检测，但是，在实际应用中，由于钢管表面粗糙，单点测温误差较大，难以达到准确测量的目的。因此，一种高精度非接触式温度测量装置值得深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高精度非接触式温度测量装置，其利用红外测温的原理，通过多点温度采集，结合系统结构和数据采集算法，保证在被测量物体在表面粗糙且运动状态下的测量精度，实现钢管加热后表面温度的准确测量。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：包括阵列式红外传感器、信号调理电路、AD采集电路、主控电路、存储电路、显示电路和通信电路。

所述阵列式红外传感器由8个红外接收探头组成，阵列式红外传感器被固定在圆形支架上，支架以同心圆的方式进行缩放，探头之间呈45度夹角。

所述信号调理电路用于将探头输出的弱电信号转化为适合AD芯片采样的模拟信号或频率信号。

所述AD采集电路用于对调理后的电路进行采集，通过逐次逼近的方式，实现对调理信号的采样，对获取的数值进行存储，通过I2C协议将数据传输给控制芯片。

所述存储电路用于显示系统的测量温度、温度历史曲线、故障信息和日期。

所述存储电路用于数据的存储、运行状态和故障时间的记录。

所述通信电路用于主控电路和工业控制计算机之间的信息传递，实现温度信号的远距离监测。

所述主控电路用于AD采样电路的数据读取、温度值计算、系统状态判断、信息交互、数据存储控制和显示电路控制。

所述主控电路包括控制芯片、电源电路、复位电路和时钟电路。

所述阵列式红外传感器同被测钢管组成同心圆。

本发明通过多组阵列式红外传感器实现对钢管表面温度的采集，通过系统数据采集及参数分布，对钢管表面温度进行计算，将获取的温度数据进行存储，在显示电路中进行显示。为保证操作人员的安全，系统设置了通信电路，通信电路将获取的温度参数上传到工业控制计算机的监测界面。该方式保证了运动过程中钢管表面的温度测量精度，简化了工作的复杂程度，提高了工人的工作效率。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为本发明的阵列式红外传感器单体结构图。

图3为本发明的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种高精度非接触式温度测量装置包阵列式红外传感器1、信号调理电路2、AD采集电路3、主控电路4、存储电路5、显示电路6和通信电路7。主控电路4与AD采集电路3、存储电路5、显示电路6、通信电路7相连接；阵列式红外传感器1用于钢管表面的温度检测，阵列式红外传感器1的输出信号经过信号调理电路2的调理后，送至AD采集电路3，系统采用多组并联的方式提高表面温度采样精度；

阵列式红外传感器1由8个红外接收探头组成，探头处于同钢管同心圆的位置，尽量靠近钢管的外表面，采用n组阵列式红外传感器1并行排列；

信号调理电路2将阵列式红外传感器1获取的信号进行滤波、放大和隔离处理，将信号调整到AD芯片适合的数值；

主控电路4通过I2C协议读取AD芯片内的数据，对读取的数据进行处理，结合数据的分布状况，计算出钢管表面的实际温度；主控电路4将计算获取的温度值通过存储电路5进行存储，将温度数值及系统的运行状态通过显示电路6显示；

通信电路7用于将主控电路4计算后的温度数据上传到工业控制计算机，实现钢管表面温度的远程监测；

阵列式红外传感器单体结构图如图2所示，8个红外接收探头按照顺序进行排列，相邻探头的圆心角为45度，圆环采用弹性材质加工而成，能够按照要求自由伸缩，实现不同管径钢管表面温度的测量；将安装红外探头的环形机械装置固定在支撑轴上，将测试的信号电缆连接到装置的相应位置，安装过程如下所示：

步骤一：固定阵列式红外传感器的支撑轴；

步骤二：根据被测钢管管径的大小，调整圆环半径，保证探头和钢管处于同心圆；

步骤三：安装红外探头电源和信号电缆；

步骤四：安装测量装置和工业控制计算机的通信电缆。

本发明的软件流程如图3所示，开机运行时，系统首先进行自检和初始化操作，待一切准备就绪，系统通过I2C协议，按照设定的周期，读取各AD采集电路的温度参数；系统实时判断各采样模块的数值是否读取完毕后，将获取的温度参数进行存储，对获取的温度数据进行统计，采用正态分布的原理进行判断，将筛选后的数据作为测量获取的温度显示在显示屏中，并将数据按照时间顺序进行存储；系统将选取的温度参数上传到工业控制计算机，实现温度数据的远程读取。

以上所述仅为本发明部分实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改和同等替换改进等，均应包含在本发明的保护之列。

Claims (9)

1.一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：包括阵列式红外传感器(1)、信号调理电路(2)、AD采集电路(3)、主控电路(4)、存储电路(5)、显示电路(6)和通信电路(7)。

2.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：所述阵列式红外传感器(1) 由8个红外探头组成且处在同一个圆环上，相邻探头之间呈45度圆心角。

3.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：所述信号调理电路(2)包括二阶有源滤波电路和隔离放大电路。

4.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：所述AD采集电路(3)用于调理后电压模拟量的采集，将获取的电压数据存储在芯片内部寄存器中。

5.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于： 所述主控电路(4)用于温度数据的读取、数据计算和判断、存储电路(5)控制、显示电路(6)控制及工业控制计算机信息交互。

6.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：所述存储电路(4)包括EEPROM芯片和SD卡。

7.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：所述显示电路(6) 包括但不限于触摸屏、液晶屏等。

8.根据权利要求5所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于： 所述主控电路(4)通过I2C协议读取各AD芯片内的温度数据，对获取温度数据进行统计，结合数据分布的特点，计算出温度的测量值。

9.根据权利要求6所述的一种高精度非接触式温度测量装置，其特征在于：所述EEPROM芯片用于临时获取数据存储，SD卡用于测量装置计算后数据、运行状态、时间等参数存储。