CN113029350A - 红外测温方法及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外测温方法及计算机可读存储介质，方法包括：在各预设的影响因素分别取不同值的条件下，通过红外探测器采集不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据；根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型；采集当前各影响因素的值，并通过红外探测器采集待测目标的红外辐射能量；根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。本发明可在不同的环境下实现准确测温。
Description
技术领域
本发明涉及红外测温技术领域，尤其涉及一种红外测温方法及计算机可读存储介质。
背景技术
一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性(辐射能量的大小及其按波长的分布)与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
由于是通过测量目标物体辐射的红外能量进行测温，而红外探测器能接收到的红外能量除了目标辐射的红外能量外，也包括环境辐射的能量，还有测温仪本身的辐射，这些都会对探测器接收红外能量产生影响。
另外，当目标辐射的红外线经过大气达到探测器时，大气本身会对红外线具有一定散射和吸收，最终造成衰减，这种衰减跟大气的温湿度、透过率密切相关。
所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。
要准确测量目标物体的温度，就必须综合考虑以上所有因素。而由于影响测温因素太多，数学模型复杂，每一套产品都需要单独标定，数学模型建立和参数的提取都需要花费大量的时间和精力，使得成本大大增加，难以量产。
目前主流测温方法均简化了数学模型，用以缩减标定的时间，但带来的问题是测温的精度仅在特定的环境条件下满足，当使用环境偏高或偏低时，测温精度得不到满足，或者当测温仪所处环境温度发生剧烈变化时(比如冬夏天从空调屋里面到室外)，测温仪需要经历相当长的时间才会测温稳定，对现场使用带来了一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种红外测温方法及计算机可读存储介质，可在不同的环境下实现准确测温。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种红外测温方法，包括：
在各预设的影响因素分别取不同值的条件下，通过红外探测器采集不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据；
根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型；
采集当前各影响因素的值，并通过红外探测器采集待测目标的红外辐射能量；
根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的步骤。
本发明的有益效果在于：通过考虑各种影响因素，采用全面的数据模型，并在标定时采集了各种环境下的数据，因此在很宽的温度范围内都能准确测温，当测温仪所处温度发生剧烈变化时，测温效果也能很快稳定下来。本发明可在不同的环境下实现准确测温。
附图说明
图1为本发明的一种红外测温方法的流程图；
图2为本发明实施例一的方法流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种红外测温方法，包括：
在各预设的影响因素分别取不同值的条件下，通过红外探测器采集不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据；
根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型；
采集当前各影响因素的值，并通过红外探测器采集待测目标的红外辐射能量；
根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可在不同的环境下实现准确测温。
进一步地，所述影响因素包括环境温度、目标辐射率、大气湿度、透过率以及红外探测器与目标的距离。
由上述描述可知，充分考虑多种可能影响测温效果的影响因素，保证后续的测温准确性。
进一步地，所述关系模型为G＝F(T，t0)+ΔH，G表示目标的红外辐射能量，F(T，t0)为关于目标温度和红外探测器内部温度的数学模型，表示目标温度和红外探测器内部温度贡献的红外辐射能量，ΔH为关于各影响因素的数学模型，表示影响因素带来的修正项。
由上述描述可知，采用了全面的数据模型，因此在很宽的温度范围内都能准确测温。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的步骤。
实施例一
请参照图2，本发明的实施例一为：一种红外测温方法，可应用于温度测量，包括如下步骤：
S1：构建数学模型，该数学模型为关于目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型，其中，所述影响因素包括环境温度、目标辐射率、大气湿度、透过率以及红外探测器与目标的距离。
虽然通过黑体辐射原理可以得出目标物体的表面温度与辐射能量的关系，但因为复杂环境的影响以及探测器的特性只能响应某一个范围的红外辐射，导致探测器接收到的红外能量只是目标辐射能量的一部分，所以不能直接使用黑体辐射原理模型来做测温模型，综合考虑各种因素后，构建数学模型如下：
G＝F(T，t0)+ΔH
其中，G表示红外探测器接收到的总能量，也即目标的红外辐射能量。
F(T，t0)为目标温度和红外探测器内部温度贡献的红外辐射能量，可为含有目标温度和红外探测器内部温度这两个参数的数学模型，例如，可为F(T，t0)＝ω1×T+ω2×t0，其中，T为目标温度，t0为红外探测器内部温度，可在采集样本数据时同时进行采集；ω1、ω2分别为目标温度和红外探测器内部温度对应的权重系数。
ΔH表示影响因素带来的修正项，可为含有各影响因素的数学模型，例如，ΔH＝λ1×a+λ2×b+λ3×c+λ4×d+λ5×e+z，其中，a、b、c、d、e分别表示各影响因素，即环境温度、目标辐射率、大气湿度、透过率以及红外探测器与目标的距离，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5为各影响因素对应的权重系数，z为常数。
S2：在各影响因素分别取不同值的条件下，通过红外探测器采集不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据。
由于构建的数学模型比较复杂，变量较多，需要在多种条件下进行数据采集标定，来进行最终的数学模型确认。
具体地，分别在不同的环境温度(如-20°、0°、20°、50°、100°等，可用高低温室实现)、不同的目标辐射率(如0.95、0.96、0.97、0.98、0.99等)、不同的大气湿度(如10％、20％、40％、60％、80％等)、不同的透过率(如20％、40％、60％、80％、100％等)以及不同的红外探测器与目标的距离(如0.5m、1m、2m等)的情况下，采集不同温度(即目标温度，如-20°、0°、20°、50°、100°、200°等)的黑体红外辐射能量。每组样本数据均包括一环境温度值、一目标辐射率值、一大气湿度值、一透过率值、一距离值、一目标温度值和一红外辐射能量。
S3：根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型。即将多组样本数据代入上述数学模型，求出数学模型中的其他参数，例如上述的ω1、ω2、λ1、λ2、λ3、λ4、λ5和z，从而得到关于红外辐射能量、目标温度和各影响因素的关系模型。
S4：采集当前各影响因素的值，并通过红外探测器采集待测目标的红外辐射能量。即采集当前检测环境下的温度和湿度、待测目标的辐射率和透过率以及待测目标与红外探测器之间的距离，并采集待测目标的红外辐射能量。进一步地，还采集当前红外探测器的内部温度。
S5：根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。即将步骤S4中采集到的数据代入关系模型，求得待测目标的温度值。
进一步地，在步骤S2采集到样本数据后，可将样本数据按照特定的格式存储到预设的目录中。并且在实际实现时，可开发一套参数自动提取软件，只要通过软件打开保存了样本数据的目录，参数自动提取软件将会自动读取文件夹里面的所有数据文件，自动识别数据文件的里面的各项数据，然后根据建立的数学模型采用最优化理论的方法通过参数迭代的方式计算出最优化的一组参数，然后将参数按一定的格式自动保存到特定文件中，最后供测温仪信号处理器调用使用。信号处理器通过接收到的目标能量以及采集的各影响因素的值，反算出目标的温度，并实时显示在显示屏上。该软件使用简单，生产线上的普通作业员经过简单培训即可使用，解决了批量生产的问题。
由于采用了全面的数据模型，标定时采集了各种环境下的数据，因此在很宽的温度范围内(从夏天到冬天，从南方到北方，是室内到室外)都能准确测温，当测温仪本身温度发生剧烈变化时测温效果也能很快稳定下来。
实施例二
本实施例是对应上述实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现下步骤：
获取不同的各预设的影响因素的条件下，不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据；
根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型；
获取当前各影响因素的值，并获取待测目标的红外辐射能量；
根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。
进一步地，所述影响因素包括环境温度、目标辐射率、大气湿度、透过率以及红外探测器与目标的距离。
进一步地，所述关系模型为G＝F(T，t0)+ΔH，G表示目标的红外辐射能量，F(T，t0)为关于目标温度和红外探测器内部温度的数学模型，表示目标温度和红外探测器内部温度贡献的红外辐射能量，ΔH为关于各影响因素的数学模型，表示影响因素带来的修正项。
综上所述，本发明提供的一种红外测温方法及计算机可读存储介质，由于采用了全面的数据模型，标定时采集了各种环境下的数据，因此在很宽的温度范围内(从夏天到冬天，从南方到北方，是室内到室外)都能准确测温，当测温仪本身温度发生剧烈变化时测温效果也能很快稳定下来。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种红外测温方法，其特征在于，包括：
在各预设的影响因素分别取不同值的条件下，通过红外探测器采集不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据；
根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型；
采集当前各影响因素的值，并通过红外探测器采集待测目标的红外辐射能量；
根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。
2.根据权利要求1所述的红外测温方法，其特征在于，所述影响因素包括环境温度、目标辐射率、大气湿度、透过率以及红外探测器与目标的距离。
3.根据权利要求1所述的红外测温方法，其特征在于，所述关系模型为G＝F(T，t0)+ΔH，G表示目标的红外辐射能量，F(T，t0)为关于目标温度和红外探测器内部温度的数学模型，表示目标温度和红外探测器内部温度贡献的红外辐射能量，ΔH为关于各影响因素的数学模型，表示影响因素带来的修正项。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现下步骤：
获取不同的各预设的影响因素的条件下，不同目标温度的黑体的红外辐射能量，得到多组样本数据；
根据所述多组样本数据，拟合得到目标的红外辐射能量、目标温度和影响因素的关系模型；
获取当前各影响因素的值，并获取待测目标的红外辐射能量；
根据所述当前各影响因素的值、待测目标的红外辐射能量以及所述关系模型，计算得到待测目标的温度。
5.根据权利要求4所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述影响因素包括环境温度、目标辐射率、大气湿度、透过率以及红外探测器与目标的距离。
6.根据权利要求4所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述关系模型为G＝F(T，t0)+ΔH，G表示目标的红外辐射能量，F(T，t0)为关于目标温度和红外探测器内部温度的数学模型，表示目标温度和红外探测器内部温度贡献的红外辐射能量，ΔH为关于各影响因素的数学模型，表示影响因素带来的修正项。
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