CN113138025A - 一种红外测温设备的自动校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外测温设备的自动校准方法及装置，包括以下步骤：环境温度校准步骤和目标温度校准步骤。所述环境温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于恒温环境中，自动获取恒温环境的实际温度，校准所述红外测温设备测量的恒温环境温度。所述目标温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于测温标定用黑体中，自动获取所述黑体目标的实际温度，校准所述红外测温设备测量的黑体目标的温度。还提供一种使用上述方法的自动校准装置，包括：环境温度自动校准装置和目标温度自动校准装置。本发明的自动校准方法和装置可以对红外测温设备进行自动校准，有效避免校准偏差的产生，提高了设备的测量精度，且校准效率高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及测温测量技术领域，特别是涉及一种红外测温设备的自动校准方法及装置。
背景技术
热电堆是一种热释红外线传感器，它是由热电偶构成的一种器件。由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势是互相叠加的。
热电堆红外测温原理：被红外线照射的吸收膜是一种热容量小、温度容易上升的薄膜。在紧靠衬板中央的下部为一空洞结构，这种结构的设计确保了冷端和测温端的温度差。热电偶由多晶硅与铝构成，两者串联连接。当各个热电偶测温端温度上升时，热电偶之间就会产生热电动势Vn，因此在输出端就可以获得它们的电压之和。在热电偶下面有一个热敏电阻，通过热敏电阻的阻值可以获得环境温度值Ta。通过热电动势Vn，以及对应的环境温度值Ta，可以求得目标温度值To。
目前，现有技术中，热电堆探测器红外测温设备的校准主要包括两个方面，具体如下：
1、环境温度校准：通过特定恒温环境校准热敏电阻阻值。具体操作，将需要校准的红外测温设备放置于25℃恒温室中，约半小时后达到温度平衡，操作者进入恒温室触发校准按键进行环境温度校准。
2、目标温度校准：通过热电堆探测器红外测温设备测量黑体目标的固定温度，从而获得过热电动势Vn，利用Vn以及校准后热敏电阻测量的环境温度Ta，以及被测物理的辐射参数(被测物理的辐射参数与被测物体有关对特定物体属于恒定常数)计算出黑体目标的表面温度To。具体操作，将标准黑体放置于需要校准的温度环境里，通过PID控制使黑体稳定在设定的温度值如35℃。将红外测温设备的传感器放入黑体腔，按下按钮根据测量的温度和设置的温度进行比较，从而校准所测量的温度。
上述校准方法，环境温度校准环节是采用人工校准的方式，在25℃的恒温房中通过人工触发按键进行校准，校准时依靠设置的环境温度进行计算，如果环境温度控制精度不够，则很容易导致校准时产生偏差。恒温房设置为25℃，而人体的温度为36℃，当有人在恒温房里面操作时，人体温度会影响恒温房的温度，导致恒温房的温度稳定性变差，同时每次触发操作只能校准一台设备，校准效率非常低。在目标温度校准中，按照黑体的预设温度进行校准计算，比如当黑体设定温度为35℃时，实际操作中的黑体不会是完全稳定的，比如黑体实际温度可能为35.1℃，此时仍时按照35℃来计算，则会给校准带来偏差。
以测量人体温度为例，国内高精度的水浴黑体的稳定性偏差可以达到±0.01℃(10min内)，加上测温电阻偏差大概±0.01℃，温度均匀性偏差约为±0.02℃。采用现有方式进行校准，带来的理论偏差值为±0.04℃。如果增加成本，采用更高精度的设备可以降低这一偏差值，但是在此精度要求下，理论偏差值每提高0.01℃，则成本至少增加一倍，精度提高导致增加的成本付出远大于提高精度所带来的收益，因此通过采用更高精度设备来降低偏差值并不可取。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种红外测温设备的自动校准方法及装置，使用该自动校准方法和装置可以对红外测温设备进行自动校准，有效避免校准偏差的产生，提高了设备的测量精度，且校准效率高，成本低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种红外测温设备的自动校准方法，包括以下步骤：
环境温度校准步骤和目标温度校准步骤；
所述环境温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于恒温环境中，自动获取恒温环境的实际温度，校准所述红外测温设备测量的恒温环境温度；
所述目标温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于测温标定用黑体中，自动获取所述黑体目标的实际温度，校准所述红外测温设备测量的黑体目标的温度。
对上述技术方案的进一步改进是：
所述红外测温设备为红外热电堆探测器测温设备。
所述环境温度校准步骤还包括：将所述红外测温设备测量的恒温环境温度与自动获取的恒温环境的实际温度进行比较，并校准所述红外测温设备测量的恒温环境温度。
所述目标温度校准步骤还包括：将所述红外测温设备测量的黑体目标的温度与自动获取的所述黑体目标的实际温度进行比较，并校准所述红外测温设备测量的黑体目标的温度。
所述环境温度校准步骤还包括：多点测量恒温环境的实际温度，并自动判断恒温环境是否处于热平衡稳定状态，当判断为处于稳定状态时，则自动获取恒温环境的实际温度；否则持续多点测量恒温环境的实际温度，直至判断结果为稳定状态。
所述自动获取步骤通过通讯模块实现。
所述通讯模块为蓝牙模块。
本发明还提供了一种红外测温设备的自动校准装置，包括环境温度自动校准装置和目标温度自动校准装置；
所述环境温度自动校准装置包括：服务器和客户端，
所述服务器包括温度计、以及连接于所述温度计上的通讯模块和控制芯片；所述温度计用于测量恒温环境的温度，所述通讯模块用于接收并发送所述温度计测量的数据，所述控制芯片用于判断所述恒温环境是否处于热平衡稳定状态；
所述客户端包括所述红外测温设备、以及连接于所述红外测温设备上的通讯组件和处理芯片；所述通讯组件用于接收所述通讯模块发送的数据，所述处理芯片用于将接收到的数据与红外测温设备测量的环境温度进行比较，并对所述红外测温设备进行校准；
所述目标温度自动校准装置包括：发送端和接收端；
所述发送端包括测温标定用黑体，连接于所述黑体上的通信模块；所述黑体为待测目标，所述通信模块用于接收并发送所述黑体的实际温度；
所述接收端包括所述红外测温设备、以及连接于所述红外测温设备上的通信组件和校准芯片；所述通信组件用于接收所述通信模块发送的数据，所述校准芯片用于将接收到的数据与所述红外测温设备测量的黑体目标温度进行比较，并对所述红外测温设备进行校准。
进一步地，所述环境温度自动校准装置还包括恒温房，所述服务器的数量为多个，分别分散放置于所述恒温房中。
进一步地，所述黑体包括PT电阻，所述PT电阻用于测量所述黑体目标的实际温度，并将测量数据发送给所述通信模块。
根据本发明的技术方案可知，本发明的红外测温设备的自动校准方法，其环境温度校准步骤和目标温度标准步骤均为自动获取实际温度，与现有技术相比，在环境温度校准时省去了手工操作的繁琐，且避免了因手工操作时，人体温度对恒温环境的影响，从而有效提高了环境温度校准时的精度及校准效率；在目标温度校准时，不是以目标黑体的设定温度作为校准的基准，而是以黑体目标的实际温度为校准基准，避免了校准偏差的产生，且提高了校准的效率，从而提高了红外测温设备的测量精度。本发明的红外测温设备的自动校准装置，包括环境温度自动校准装置和目标温度自动校准装置，二者分别设置了通讯工具和处理工具，使该装置在工作时能够自动获取所需实际温度，大大提高了装置的校准工作效率，且在工作时，无需人工操作，既避免了人工操作带来的不必要的误差，也减少了人工成本的投入，该装置结构简单，适用性强，在提高设备的测量精度的同时，增加的投入成本微小，高效率的校准工作使成本的增加中以忽略不计。
附图说明
图1为本发明实施例的红外测温设备的自动校准方法流程示意图。
图2为本发明实施例的红外测温设备的自动校准装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，为本发明实施例的红外测温设备的自动校准方法流程示意图。
实施例1：本实施例的红外测温设备的自动校准方法，包括以下步骤：环境温度校准步骤和目标温度校准步骤。
所述环境温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于恒温环境中，多点测量恒温环境的实际温度，并自动判断恒温环境是否处于热平衡稳定状态，当判断为处于稳定状态时，则通过通讯模块自动获取恒温环境的实际温度；否则持续多点测量恒温环境的实际温度，直至判断结果为稳定状态后，通过通讯模块自动获取恒温环境的实际温度，并将所述红外测温设备测量的恒温环境温度与自动获取的恒温环境的实际温度进行比较，并校准所述红外测温设备测量的恒温环境温度。
所述目标温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于测温标定用黑体中，通过通讯模块自动获取所述黑体目标的实际温度，将所述红外测温设备测量的黑体目标的温度与自动获取的所述黑体目标的实际温度进行比较，校准所述红外测温设备测量的黑体目标的温度。
本实施例中所述红外测温设备为红外热电堆探测器测温设备，所述通讯模块为蓝牙模块。所述通讯模块也可以采用其它模块，比如WIFI、4G或串口等其它通讯方式。
具体操作如下:
环境温度校准：将测温用的精密温度计与蓝牙模块连接，并散落放置于恒温房的各个角落，此处所述的精密温度计是指比要达到的测量精度至少高一个等级的温度计。再将一批待校准的红外测温设备放置于恒温房内，并接通电源，所有人员离开恒温房。
多个精密温度计实时广播各自所测得的温度，当所有精密温度计所测得的温度值偏差在一定阈值范围内时，判断为处于稳定状态，比如可以规定所有精密温度计所测得的温度值与恒温房的设定温度值偏差在±0.01℃时为处于稳定状态，其中精密温度计的个数越多越精准，设定的阈值范围越小越精准。达到稳定状态的时间大约为半个小时左右。此时，所有精密温度计向恒温房内的每个红外测温设备发送温度数据，红外测温设备根据设备本身测量的温度和接收到的温度数据进行比较，并通过校准模块校准所测量的温度。
目标温度校准：将红外测温设备传感器的探头放入黑体里面，黑体上贴了高精度PT电阻，高精度PT电阻将测量的黑体目标的温度值传递给蓝牙模块，并通过蓝牙模块传输给红外测温设备，红外测温设备将本身测量的黑体目标温度值和接收到的实际温度值进行比较，并通过校准模块校准所测量的温度。
如图2所示，本实施例还提供一种红外测温设备的自动校准装置，包括环境温度自动校准装置和目标温度自动校准装置。
所述环境温度自动校准装置包括：恒温房、服务器和客户端。
所述服务器包括温度计、以及连接于所述温度计上的通讯模块和控制芯片；所述温度计用于测量恒温环境的温度，所述通讯模块用于接收并发送所述温度计测量的数据，所述控制芯片用于判断所述恒温环境是否处于热平衡稳定状态。所述温度计为比所要达到的测量精度至少高一个等级的精密温度计。所述服务器的数量为多个，分别分散放置于所述恒温房中。
所述客户端包括所述红外测温设备、以及连接于所述红外测温设备上的通讯组件和处理芯片；所述通讯组件用于接收所述通讯模块发送的数据，所述处理芯片用于将接收到的数据与红外测温设备测量的环境温度进行比较，并对所述红外测温设备进行校准。所述通讯模块为蓝牙模块，也可以采用其它模块，比如WIFI、4G或串口等其它通讯方式。
所述目标温度自动校准装置包括：发送端和接收端。
所述发送端包括测温标定用黑体，连接于所述黑体上的通信模块；所述黑体为待测目标，所述通信模块用于接收并发送所述黑体的实际温度。所述黑体包括PT电阻，所述PT电阻用于测量所述黑体目标的实际温度，并将测量数据发送给所述通信模块。
所述接收端包括所述红外测温设备、以及连接于所述红外测温设备上的通信组件和校准芯片；所述通信组件用于接收所述通信模块发送的数据，所述校准芯片用于将接收到的数据与所述红外测温设备测量的黑体目标温度进行比较，并对所述红外测温设备进行校准。所述通信模块为蓝牙模块，也可以采用其它模块，比如WIFI、4G或串口等其它通讯方式。
其中，所述客户端和接收端在实际工作中为同一个装置，即本实施例中待测的红外测温设备及其组件。
本实施例的红外测温设备的自动校准装置不受红外测温设备的要求较低，对采用带蓝牙功能的物联网芯片作为主控MCU的红外测温设备可以直接通用。如果是传统的不具备蓝牙功能的红外测温设备，可以将蓝牙模块做成工装依附在设备上，校准完毕可以拆卸下来。
本发明利用蓝牙一对多广播的无线特性，设计了环境温度校准的流程，使得环境温度校准的精度，可靠性提高，效率及成本都大为降低。采用蓝牙通讯方式校准目标红外温度测量校准，可以降低设备要求，同时提高校准精度。
本发明的红外测温设备的自动校准方法及装置，在环境温度校准时没有人在恒温房，和现有技术的手工校准相比，恒温房温度的稳定性可得到保证。一批红外测温设备可以一次性全部校准完毕，校准效率高，而现有的方法是人工手动校准，其速度非常慢，也可能带来操作误差。
以测量人体温度为例，现有技术测量时要求黑体的稳定性和准确性都要达到±0.01℃(10min内)，且由于对温度准确性的控制，不能将测温点放置于黑体之上，所以会带来温度传导误差±0.02℃，加上电阻偏差，精度最高只能达到±0.04℃。而采用本方案的方法，其校准精度只与电阻本身的偏差有关，其精度可以达到±0.01℃。而且对黑体的准确性没有过高的要求，可以使用偏差更大的水浴黑体，这样可以使自动校准装置的整体成本下降至少一半。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种红外测温设备的自动校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
环境温度校准步骤和目标温度校准步骤；
所述环境温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于恒温环境中，自动获取恒温环境的实际温度，校准所述红外测温设备测量的恒温环境温度；
所述目标温度校准步骤包括：将所述红外测温设备置于测温标定用黑体中，自动获取所述黑体目标的实际温度，校准所述红外测温设备测量的黑体目标的温度。
2.根据权利要求1所述的红外测温设备的自动校准方法，其特征在于：所述红外测温设备为红外热电堆探测器测温设备。
3.根据权利要求1所述的红外测温设备的自动校准方法，其特征在于：所述环境温度校准步骤还包括：将所述红外测温设备测量的恒温环境温度与自动获取的恒温环境的实际温度进行比较，并校准所述红外测温设备测量的恒温环境温度。
4.根据权利要求1所述的红外测温设备的自动校准方法，其特征在于：所述目标温度校准步骤还包括：将所述红外测温设备测量的黑体目标的温度与自动获取的所述黑体目标的实际温度进行比较，并校准所述红外测温设备测量的黑体目标的温度。
5.根据权利要求1所述的红外测温设备的自动校准方法，其特征在于：所述环境温度校准步骤还包括：多点测量恒温环境的实际温度，并自动判断恒温环境是否处于热平衡稳定状态，当判断为处于稳定状态时，则自动获取恒温环境的实际温度；否则持续多点测量恒温环境的实际温度，直至判断结果为稳定状态。
6.根据权利要求1所述的红外测温设备的自动校准方法，其特征在于：所述自动获取步骤通过通讯模块实现。
7.根据权利要求6所述的红外测温设备的自动校准方法，其特征在于：所述通讯模块为蓝牙模块。
8.一种使用如权利要求1-7任意一项所述的自动校准方法的红外测温设备的自动校准装置，其特征在于：包括环境温度自动校准装置和目标温度自动校准装置；
所述环境温度自动校准装置包括：服务器和客户端，
所述服务器包括温度计、以及连接于所述温度计上的通讯模块和控制芯片；所述温度计用于测量恒温环境的温度，所述通讯模块用于接收并发送所述温度计测量的数据，所述控制芯片用于判断所述恒温环境是否处于热平衡稳定状态；
所述客户端包括所述红外测温设备、以及连接于所述红外测温设备上的通讯组件和处理芯片；所述通讯组件用于接收所述通讯模块发送的数据，所述处理芯片用于将接收到的数据与红外测温设备测量的环境温度进行比较，并对所述红外测温设备进行校准；
所述目标温度自动校准装置包括：发送端和接收端；
所述发送端包括测温标定用黑体，连接于所述黑体上的通信模块；所述黑体为待测目标，所述通信模块用于接收并发送所述黑体的实际温度；
所述接收端包括所述红外测温设备、以及连接于所述红外测温设备上的通信组件和校准芯片；所述通信组件用于接收所述通信模块发送的数据，所述校准芯片用于将接收到的数据与所述红外测温设备测量的黑体目标温度进行比较，并对所述红外测温设备进行校准。
9.根据权利要求8所述的红外测温设备的自动校准装置，其特征在于：所述环境温度自动校准装置还包括恒温房，所述服务器的数量为多个，分别分散放置于所述恒温房中。
10.根据权利要求8所述的红外测温设备的自动校准装置，其特征在于：所述黑体包括PT电阻，所述PT电阻用于测量所述黑体目标的实际温度，并将测量数据发送给所述通信模块。
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