CN109141669B - 基于光谱技术的无线测温方法及装置 - Google Patents

基于光谱技术的无线测温方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于光谱技术的无线测温方法及装置，无线测温装置包括：供电模块向第一光源提供输入电流；第一光源感知待测对象的温度；第一光源在输入电流和温度的作用下发出的测量光的波长覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；第一光电转换器用于将被至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的第一电信号，从而获得对应于至少一种气体的吸收峰的位置，并利用第一光源的输出波长与温度、电流间的映射关系，进而获知第一光源感知到的待测对象的温度。本发明具有精度高、结构简单、低成本等优点。

Description

基于光谱技术的无线测温方法及装置
本发明专利的申请是分案申请，原申请的申请日为2016年08月09日，申请号为CN201610647283.8，发明名称为“基于光谱技术的无线测温装置及方法”。
技术领域
本发明涉及光电分析，特别涉及基于光谱技术的无线测温装置及方法。
背景技术
现有测温方式包括接触式测温和非接触式测温(红外测温)，要获得高精度测温效果(优于0.01度)，通常使用接触式测温。利用接触式测温实现无线测温，需要先将测温器件的输出信号读出，利用信号处理电路将测温元件输出的信号转换为温度信息，通过无线传输技术将温度信息发送出去。
传统无线测温装置分为无线测温端和无线接收端2部分组成，其中无线测温端由测温器件、信号处理器、无线信号发射器、电池电源等部分构成，无线接收端由无线信号接收器及其他功能器件构成，因此具有装置自身发热量高，电磁辐射量大，无线测温端体积较大，系统结构复杂，建设成本高，连续工作时间受电池限制等缺点。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、低成本辐射小、连续工作时间长的基于光谱技术的无线测温装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于光谱技术的无线测温装置，所述无线测温装置包括：
供电模块，所述供电模块向第一光源提供输入电流；
第一光源，所述第一光源感知所述待测对象的温度；所述第一光源在输入电流和温度的作用下发出的测量光的波长覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；
第一光电转换器，所述第一光电转换器用于将被所述至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
分析模块，所述分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的所述第一电信号，从而获得对应于所述至少一种气体的吸收峰的位置，并利用所述第一光源的输出波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述第一光源感知到的待测对象的温度。
根据上述的无线测温装置，可选地，所述供电模块包括：
第二光源；
第二光电转换器，所述第二光电转换器用于将所述第二光源发出的光转换为电流，并送第一光源；
隔热材料，所述隔热材料固定在所述第一光电转换器上，并适于固定在待测对象上。
根据上述的无线测温装置，可选地，所述第一光源直接或通过导热材料固定在所述待测对象上。
根据上述的无线测温装置，优选地，所述第二光源是可调谐激光器。
根据上述的无线测温装置，优选地，所述第二光源是激光器。
根据上述的无线测温装置，可选地，所述第二光电转换器的输出电流经过限压、限流后送所述第一光源。
根据上述的无线测温装置，优选地，所述第二光源的输出光强随时间的变化呈三角波状。
本发明的目的还在于提供了一种利用上述无线测温装置的基于光谱技术的无线测温方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：
基于光谱技术的无线测温方法，所述无线测温方法包括以下步骤：
(A1)供电模块向第一光源提供电流；
(A2)第一光源感知待测对象的温度，并在所述电流作用下输出测量光，测量光覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；
(A3)第一光电转换器将被所述至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
(A4)分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的所述第一电信号，从而获得对应于所述至少一种气体的吸收峰的位置，并利用所述测量光的波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述第一光源感知到的待测对象的温度。
根据上述的无线测温方法，可选地，步骤(A1)进一步包括：
(B1)第二光源的输出光照射固定在待测对象上的第二光电转换器，所述第二光电转换器将所述输出光转换为电流，并送第一光源。
根据上述的无线测温方法，优选地，所述第二光源的输出光强随时间的变化呈三角波状。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.创造性地利用了可调谐的第一光源的输出波长与温度、电流间的映射关系，以及空气中含有的氧气、水、二氧化碳等气体的特性，使得无线测温的精度显著提高；
可调谐的第一光源自身发热量极少，使得其对待测对象的温度干扰最小，进一步地提高了温度检测的准确性；
2.本发明的装置工作时无电磁辐射，对应用环境友好；
3.本发明的装置测温端体积小巧，结构简单；
4.第一光源耗电量极小，可以连续工作。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。
图中：
图1是根据本发明实施例的基于光谱技术的无线测温装置的结构简图；
图2是根据本发明实施例的基于光谱技术的无线测温方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本实施例的基于光谱技术的无线测温装置的结构简图，如图1所示，所述无线测温装置包括：
第一光源，如可调谐半导体激光器，所述第一光源感知所述待测对象的温度；所述第一光源在输入电流和温度的作用下发出的测量光的波长覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；所述第一光源直接或通过导热材料固定在所述待测对象上。
第一光电转换器，所述第一光电转换器用于将被所述至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
分析模块，所述分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的所述第一电信号，从而获得对应于所述至少一种气体的吸收峰的位置，并利用所述第一光源的输出波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述第一光源感知到的待测对象的温度；
供电模块，所述供电模块向第一光源提供输入电流，具体包括：
第二光源，如激光器；所述第二光源的输出光强呈三角波状；
第二光电转换器，所述第二光电转换器用于将所述第二光源发出的光转换为电流，经过限压、限流后送所述第一光源；
隔热材料，所述隔热材料固定在所述第一光电转换器上，并适于固定在待测对象上。
图2示意性地给出了本实施例的应用上述无线测温装置的基于光谱技术的无线测温方法的流程图，如图2所示，所述无线测温方法包括以下步骤：
(A1)供电模块向第一光源提供电流，具体为：
(B1)第二光源的输出光照射固定在待测对象上的第二光电转换器，所述第二光电转换器将所述输出光转换为电流，并送第一光源；
(A2)第一光源感知待测对象的温度，并在所述电流作用下输出测量光，测量光覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；
(A3)第一光电转换器将被所述至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
(A4)分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的所述第一电信号，从而获得对应于所述至少一种气体的吸收峰的位置，并利用所述测量光的波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述第一光源感知到的待测对象的温度。
实施例2：
根据本发明实施例1的无线测温装置及方法的应用例。
在该应用例中，第一光源选用可调谐半导体激光器，测量光波长覆盖氧气的吸收谱线；第一光电转换器采用光电探测器；第二光源采用功率激光器，输出的光强随时间的变化呈三角波状；第一光源通过导热材料固定在待测对象上；第二光电转换器采用光电池，通过隔热材料固定在待测对象上，输出的电流经过去噪、限压、限流后送第一光源。
本发明实施例的基于光谱技术的无线测温方法，所述无线测温方法包括以下步骤：
(A1)利用功率激光器照射光电池，光电池输出的电流经过去噪、限压、限流后送可调谐半导体激光器；
(A2)半导体激光器源感知待测对象的温度，并在输入电流作用下输出测量光，测量光覆盖空气中氧气的吸收谱线；
(A3)光电探测器将被氧气吸收后的测量光转换为电信号，并传送到分析模块；
(A4)分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的电信号，从而获得对应于氧气的吸收峰的位置，并利用所述测量光的波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述半导体激光器感知到的待测对象的温度；如，获得确定温度、电流(如三角波电流，由所述供电模块提供)变化情况下，对应于氧气的吸收峰的第一位置，再在获得相同电流(如三角波电流，由所述供电模块提供，与获得吸收峰的第一位置时的电流相同)变化情况下，对应于氧气的吸收峰的第二位置，利用第一位置、第二位置间的偏差可得出半导体激光器的温度变化，即获知半导体激光器感知的待测对象的温度。
实施例3：
根据本发明实施例1的无线测温装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
在输出光时，可调谐半导体激光器的温度和待测对象的温度间具有偏差，建立两者温度之间的映射关系，如拟合出曲线、建立模型等。在获知可调谐半导体激光器的温度后，利用该映射关系获知待测对象的温度，进一步地提高了测温的准确性。
上述实施例仅是示例性地给出了供电模块采用功率激光器、光电池的情况，当然还可以是其他情况，如采用电磁耦合的供电方式(线圈切割磁感线)。

Claims (6)

1.一种基于光谱技术的无线测温方法，其特征在于：所述无线测温方法包括以下步骤：
(A1)供电模块向第一光源提供电流，所述供电模块向第一光源提供电流包括：第二光源的输出光照射固定在待测对象上的第二光电转换器，所述第二光电转换器将所述输出光转换为电流，经过去噪、限压、限流后送第一光源；
(A2)第一光源感知待测对象的温度，并在所述电流作用下输出测量光，测量光覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；
(A3)第一光电转换器将被所述至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
(A4)分析模块根据吸收光谱技术处理接收到的所述第一电信号，从而获得对应于所述至少一种气体的吸收峰的位置，并利用所述测量光的波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述第一光源感知到的待测对象的温度。
2.根据权利要求1所述的无线测温方法，其特征在于：所述第二光源的输出光强随时间的变化呈三角波状。
3.一种基于光谱技术的无线测温装置，其特征在于：所述无线测温装置包括：
供电模块，所述供电模块用于向第一光源提供输入电流，所述供电模块包括：第二光源，所述第二光源为功率激光器；第二光电转换器，所述第二光电转换器为光电池，用于将所述第二光源发出的光转换为电流，并送第一光源；隔热材料，所述隔热材料固定在所述第一光电转换器上，并适于固定在待测对象上；
第一光源，所述第一光源为可调谐半导体激光器，用于感知所述待测对象的温度；所述第一光源在输入电流和温度的作用下发出的测量光的波长覆盖空气中至少一种气体的吸收谱线；
第一光电转换器，所述第一光电转换器为光电探测器，用于将被所述至少一种气体吸收后的测量光转换为第一电信号，并传送到分析模块；
分析模块，所述分析模块用于根据吸收光谱技术处理接收到的所述第一电信号，从而获得对应于所述至少一种气体的吸收峰的位置，并利用所述第一光源的输出波长与温度、电流间的映射关系，进而获知所述第一光源感知到的待测对象的温度。
4.根据权利要求3所述的无线测温装置，其特征在于：所述第一光源通过导热材料固定在所述待测对象上。
5.根据权利要求3所述的无线测温装置，其特征在于：所述第二光电转换器的输出电流经过去噪、限压、限流后送所述第一光源。
6.根据权利要求3所述的无线测温装置，其特征在于：所述第二光源的输出光强随时间的变化呈三角波状。
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