CN114441059B - 一种非接触式微波测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种非接触式微波测温方法。所述非接触式微波测温方法为选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值。本发明所述一种非接触式微波测温方法能够不受烟雾、粉尘、水蒸气等遮挡物的影响即可测得被非金属遮挡物遮挡屏蔽的被测物体的温度。

Description

一种非接触式微波测温方法

技术领域

本发明提出了一种非接触式微波测温方法，属于温度测量技术领域。

背景技术

物体的温度测量是工业生产过程中经常出现的工业生产环节，现有的测温方案主要为红外线测温、比色法测温和接触式测温法；红外线测温法是选取红外线频段中的一段，通过探测该频段内的电磁波，将电磁波信号转化为电信号，再通过数学模型将电信号转化为温度。比色法是选取两个或若干个极窄的频段，探测到这些频段内的电磁波后，将所得的若干频段内的电磁波信号进行比较，通过维恩偏移定律来计算出温度。接触式测温法即用热电偶、热电阻等设备直接接触物料进行测温。但是，现有的三种测温方法其各自均存在不同的技术缺陷，比如：红外线测温法缺点为红外线波长远远短于微波，因其波长与物理规则的限制，红外线极易受到遮挡以及遮挡物影响。红外线测温法无法穿透遮挡以测得物料温度。比色测温法缺点为现有比色法采用的频段接近红外线，使用的仪器仍为棱镜等光学仪器，与红外线一样极易受到遮挡物的影响，无法测得物体温度。接触式测温法缺点为在环境恶劣的情况下，接触式测温设备难以安装。因此，在面对一些无法通过直接接触进行温度测量的被测物体时，例如被测物体具有身体危害性，需要在密闭空间外对其进行温度测量，常出现因遮挡物无法对密封空间内的物体进行有效准确的温度测量。

发明内容

本发明提供了一种非接触式微波测温方法，用以解决现有技术中的测温方法无法穿过遮挡物对物体进行测温的问题，所采取的技术方案如下：

一种非接触式微波测温方法，所述非接触式微波测温方法为：选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值。

进一步地，所述选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值，包括：

步骤1、选取所需的微波频段，并将所述所需的微波频段视作特定微波频段；

步骤2、通过天线实时接收在所述被遮挡的待测温度的物体所发射出的电磁波，并采集处于所述特定微波频段内的微波信号；

步骤3、通过天线接收被遮挡的待测温度的物体发出的微波信号，并通过所述天线将所述微波信号进行放大；

步骤4、通过射频开关的闭合和断开对天线发出的微波信号进行调制；经过调制后的微波信号通过隔离器后经过LNB低噪声模块进行降频和放大，获得降频和放大后的中频信号；

步骤5、对所述中频信号进行信号处理，滤除掉所述中频信号中包含的所有噪声信号和温度漂移信号，获得与所述中频信号对应的电压信号；

步骤6、将所述电压信号输入温度测量模型中，通过温度测量模块获取与所述电压信号对应的温度值，其中，所述温度值即为所述被遮挡的待测温度的物体的温度值。

进一步地，步骤2中所述的采集处于所述特定微波频段内的微波信号，包括：利用滤波器在所述电磁波中截取所述特定微波频段内的微波信号。

进一步地，步骤4中所述的通过射频开关的闭合和断开对天线发出的微波信号进行调制，包括：

通过同步解调器发出的控制信号对所述射频开关的闭合和断开进行控制；

其中，所述射频开关的一个闭合和断开周期内，射频开关的闭合和断开的时间相同，即一个闭合和断开周期内，一半时间处于闭合状态，一半时间处于断开状态；所述天线输出信号为放大后的微波信号；当射频开关断开时，输出信号为射频开关内部负载在环境温度影响下发出的微波信号。

进一步地，步骤5中的对所述中频信号进行信号处理，滤除掉所述中频信号中包含的所有噪声信号和温度漂移信号，获得与所述中频信号对应的电压信号，包括：

步骤501、利用检波器将所述中频信号转化为电信号，并对所述电信号进行放大，获得初级放大电信号；

步骤502、将所述初级放大电信号通过AC放大器进行二次放大，获得二次放大电信号；

步骤503、将所述二次放大电信号通过同步解调器进行解调处理，获得解调处理后的电信号，其中，所述解调处理后的电信号即为与所述中频信号对应的电压信号。

进一步地，步骤6中所述的温度测量模型的建立过程如下：

第一步、选取一个已知温度、形状、大小和放射率的物体作为校准目标；

第二步、将所述校准目标放置于所述天线前，通过天线在预设时间长度内实时检测所述校准目标的微波信号；

第三步、获取所述微波信号对应的电压信号，并实时获取所述校准目标与每个电压信号对应的温度值；

第四步、获取所述温度值中的最高温度值，利用所述最高温度值、电压信号以及所述电压信号对应的温度值，通过线型归回方式建立所述电压信号与所述温度值之间的数量关系，其中，所述数量关系即为所述温度测量模型。

进一步地，所述天线输出的微波信号通过波导进行反馈。

进一步地，所述微波测温方法对应的微波测温装置包括：天线、射频开关、隔离器、LNB低噪声模块、射频偏置器、滤波器、检波器、AC放大器、同步解调器和数据采集计算设备；所述天线的信号输出端与所述射频开关的信号输入端相连；所述射频开关的微波信号输出端与所述隔离器的微波信号输入端相连；所述隔离器的信号输出端与所述LNB低噪声模块的微波信号输入端相连；所述LNB低噪声模块的中频信号输出端与所述射频偏置器的偏置信号输入端相连；所述射频偏置器的偏置信号输出端与所述滤波器的滤波信号输入端相连；所述滤波器的滤波信号输出端与所述检波器的电信号输入端相连；所述检波器的放大信号输出端与所述AC放大器的放大信号输入端相连；所述AC放大器的放大信号输出端与所述同步解调器的信号输入端相连；所述同步解调器的电压数据信号输出端与所述数据采集计算设备的电压数据信号输入端相连；所述同步解调器的射频开关控制信号输出端与所述射频开关的控制信号输入端相连；其中，所述数据采集计算设备为计算机设备。

进一步地，所述微波测温装置的带宽频率不低于200MHz；所述微波测温装置的总增益范围为50db-200db。

进一步地，所述微波测温装置的带宽频率和微波测温装置的总增益之间的确定需满足如下条件：

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在200MHz≤H<300MH时，所述微波测温装置的总增益范围为150db-200db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在300MHz≤H<500MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为80db-170db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在500MHz≤H<600MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为100db-150db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在600MHz≤H<800MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为70db-120db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在800MHz≤H≤900MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为50db-110db。

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为H>900MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为50db-Wdb，其中，所述微波测温装置的总增益的最大取值点W通过如下公式进行获取：

其中，W表示所述微波测温装置的总增益的最大取值点，并且，当计算后的W小于50db时，令W＝50db；W₀表示所述微波测温装置的总增益的基准参考值，且，W₀＝100db；H₀表示所述微波测温装置的基准带宽值，且，H₀取值为500MHz；H表示所述微波测温装置的当前所设置的带宽频率；α表示调整系数。

本发明有益效果：

本发明提出的一种非接触式微波测温方法能够在不需要与被测物体接触的情况下，不受烟雾、粉尘、水蒸气等遮挡物的影响即可实现被测物体的温度检测，同时，当被测物体被设置于非金属的固体遮挡物后，也可以通过本发明提出的非接触式微波测温方法测得被非金属遮挡物遮挡屏蔽的被测物体的温度。通过上述方式能够有效降低温度测量复杂度，在探测器不接触被测物体时，即使在测温环境极其恶劣和复杂的情况下，无需增加设备设置的复杂度，依然可以完成准确度极高的温度测量需求，能够保证在测温环境极其恶劣和复杂的情况下有效降低设备安装难度，进而提高温度检测效率和非接触式微波测温方法的应用广泛性。

附图说明

图1为本发明所述非接触式微波测温方法的流程图一；

图2为本发明所述非接触式微波测温方法的流程图二；

图3为本发明所述非接触式微波测温装置的结构示意图；

图4为本发明所述检波器的电路原理图；

图5为本发明所述AC放大器的电路原理图；

图6为本发明所述同步解调器的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一个实施例一种非接触式微波测温方法，所述非接触式微波测温方法为：选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值。

其中，如图1所示，所述选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值，包括：

步骤1、选取所需的微波频段，并将所述所需的微波频段视作特定微波频段；

步骤2、通过天线实时接收在所述被遮挡的待测温度的物体所发射出的电磁波，并采集处于所述特定微波频段内的微波信号；

步骤3、通过天线接收被遮挡的待测温度的物体发出的微波信号，并通过所述天线将所述微波信号进行放大；

步骤4、通过射频开关的闭合和断开对天线发出的微波信号进行调制；经过调制后的微波信号通过隔离器后经过LNB低噪声模块进行降频和放大，获得降频和放大后的中频信号；

步骤5、对所述中频信号进行信号处理，滤除掉所述中频信号中包含的所有噪声信号和温度漂移信号，获得与所述中频信号对应的电压信号；

步骤6、将所述电压信号输入温度测量模型中，通过温度测量模块获取与所述电压信号对应的温度值，其中，所述温度值即为所述被遮挡的待测温度的物体的温度值。

其中，步骤2中所述的采集处于所述特定微波频段内的微波信号，包括：利用滤波器在所述电磁波中截取所述特定微波频段内的微波信号。

步骤4中所述的通过射频开关的闭合和断开对天线发出的微波信号进行调制，包括：

通过同步解调器发出的控制信号对所述射频开关的闭合和断开进行控制；

其中，所述射频开关的一个闭合和断开周期内，射频开关的闭合和断开的时间相同，即一个闭合和断开周期内，一半时间处于闭合状态，一半时间处于断开状态；所述天线输出信号为放大后的微波信号；当射频开关断开时，输出信号为射频开关内部负载在环境温度影响下发出的微波信号。

具体的，所述天线输出信号为放大后的微波信号用于检测待测温物体的温度；所述射频开关内部负载在环境温度影响下发出的微波信号用于检测待测温物体的温度。

步骤5中的对所述中频信号进行信号处理，滤除掉所述中频信号中包含的所有噪声信号和温度漂移信号，获得与所述中频信号对应的电压信号，包括：

步骤501、利用检波器将所述中频信号转化为电信号，并对所述电信号进行放大，获得初级放大电信号；

步骤502、将所述初级放大电信号通过AC放大器进行二次放大，获得二次放大电信号；

步骤503、将所述二次放大电信号通过同步解调器进行解调处理，获得解调处理后的电信号，其中，所述解调处理后的电信号即为与所述中频信号对应的电压信号。

如图2所示，步骤6中所述的温度测量模型的建立过程如下：

第一步、选取一个已知温度、形状、大小和放射率的物体作为校准目标；

第二步、将所述校准目标放置于所述天线前，通过天线在预设时间长度内实时检测所述校准目标的微波信号；

第三步、获取所述微波信号对应的电压信号，并实时获取所述校准目标与每个电压信号对应的温度值；

第四步、获取所述温度值中的最高温度值，利用所述最高温度值、电压信号以及所述电压信号对应的温度值，通过线型归回方式建立所述电压信号与所述温度值之间的数量关系，其中，所述数量关系即为所述温度测量模型。

上述技术方案的工作原理为：预先根据工程需要选取所需的微波频段，并将所述所需的微波频段视作特定微波频段；然后，由天线接收所述特定微波频段并通过天线将其放大，其中，所述特定微波频段要大于或等于所述非接触式微波测温的总带宽，由非接触式微波测温装置中同步解调器发出控制信号，控制所述射频开关开闭。在控制信号的控制下，所述射频开关一半时间闭合，输出所得微波信号，其中，所述微波信号来自天线，下文简写为A，一半时间断开，输出所述射频开关的内部负载在环境温度影响下发射出的微波信号，其中，内部负载对应的微波信号来自环境，并且，该微波信号作为参考使用，下文简写为R。经过开关调制后的微波信号(此时，将微波信号表述为A-R)通过隔离器，经过LNB低噪声模块的降频和放大，成为中频信号，其中，中频信号具体为0.95Ghz-1.45Ghz的中频信号。但此时信号中叠加了系统噪声(noise，简写为N，实质为所有设备的系统噪声)，及各种元器件的温度漂移(drift，简写为d，实质为所有设备的温度漂移)，因此，可以将此时的中频信号表述为A+N+D—R+N+D。所述中频信号通过射频偏置器后，用滤波器获取所需频段的信号，通过检波器将其转化成电信号并再次放大，此时的信号仍为A+N+D—R+N+D，但因检波的过程，被引入了一定的DC偏移。之后通过AC放大器将其放大，此时DC偏移已经通过AC放大器的滤波电路移除，只剩下AC信号。此时，输出信号可表示为-(R-A+N+D)/2—(R-A+N+D)/2，然后再通过同步解调器将所述输出信号进行解调，此时的电信号将再次通过同步解调器的滤波电路移除信号中因为同步解调器而产生的DC偏移，此时，输出信号为(A-R+N+D)/2，这样，该信号已经与温度构成一定数学关系。通过数据采集设备采集电信号后，在计算机或其他嵌入式设备上通过公式即可算出被遮挡物体的温度。

举例计算过程为：选择一个已知温度(-273摄氏度以上)、形状、大小、放射率的校准目标，将该目标放于天线前，记录此时测得的结果，将其记为TA。再用天线测量目标物体，取得一段时间内的测量结果后(如1天内的所有结果)，将结果最高点记为TK，如生产氧化铝回转窑内物料的最高温度通常为1250度，即TK＝1250度。已知TA和TK后，就可以通过这两点，建立测量结果(电压)和温度间的线性关系。用该线性方程就可以通过测得的电压实时获得温度了。

或其他过程一致，先用其他测温设备(红外线、接触式)在实验室环境下与天线同步测量被测物体，这样有了一段同步的天线测得数据和物体的实际温度数据，之后可以用线性回归的方式建立天线测得数据和物体实际温度间的线性关系。之后在实际使用中，沿用这一线性关系即可。

上述技术方案的效果为：本发明提出的一种非接触式微波测温方法能够在不需要与被测物体接触的情况下，不受烟雾、粉尘、水蒸气等遮挡物的影响即可实现被测物体的温度检测，同时，当被测物体被设置于非金属的固体遮挡物后，也可以通过本发明提出的非接触式微波测温方法测得被非金属遮挡物遮挡屏蔽的被测物体的温度。通过上述方式能够有效降低温度测量复杂度，在探测器不接触被测物体时，即使在测温环境极其恶劣和复杂的情况下，无需增加设备设置的复杂度，依然可以完成准确度极高的温度测量需求，能够保证在测温环境极其恶劣和复杂的情况下有效降低设备安装难度，进而提高温度检测效率和非接触式微波测温方法的应用广泛性。

本发明的一个实施例，如图3所示，所述微波测温方法对应的微波测温装置包括：天线、射频开关、隔离器、LNB低噪声模块、射频偏置器、滤波器、检波器、AC放大器、同步解调器和数据采集计算设备；所述天线的信号输出端与所述射频开关的信号输入端相连；所述射频开关的微波信号输出端与所述隔离器的微波信号输入端相连；所述隔离器的信号输出端与所述LNB低噪声模块的微波信号输入端相连；所述LNB低噪声模块的中频信号输出端与所述射频偏置器的偏置信号输入端相连；所述射频偏置器的偏置信号输出端与所述滤波器的滤波信号输入端相连；所述滤波器的滤波信号输出端与所述检波器的电信号输入端相连；所述检波器的放大信号输出端与所述AC放大器的放大信号输入端相连；所述AC放大器的放大信号输出端与所述同步解调器的信号输入端相连；所述同步解调器的电压数据信号输出端与所述数据采集计算设备的电压数据信号输入端相连；所述同步解调器的射频开关控制信号输出端与所述射频开关的控制信号输入端相连；其中，所述数据采集计算设备为计算机设备。

其中，所述天线输出的微波信号通过波导进行反馈。所述微波测温装置的带宽频率不低于200MHz；所述微波测温装置的总增益范围为50db-200db。

其中，在待测物体温度测量过程中天线的具体类型根据测温实际需求进行选择。在天线类型选择过程中，根据实际待测温物体所处环境和待测温物体的自身特点，可以通过调整天线的直径和天线的波束角这两个因素来确定天线所需要的参数标准，根据参数标准即可确定需要选择的天线类型。

同时，所述微波测温装置的带宽频率和微波测温装置的总增益之间的确定需满足如下条件：

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在200MHz≤H<300MH时，所述微波测温装置的总增益范围为150db-200db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在300MHz≤H<500MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为80db-170db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在500MHz≤H<600MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为100db-150db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在600MHz≤H<800MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为70db-120db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在800MHz≤H≤900MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为50db-110db。

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为H>900MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为50db-Wdb，其中，所述微波测温装置的总增益的最大取值点W通过如下公式进行获取：

其中，W表示所述微波测温装置的总增益的最大取值点，并且，当计算后的W小于50db时，令W＝50db；W₀表示所述微波测温装置的总增益的基准参考值，且，W₀＝100db；H₀表示所述微波测温装置的基准带宽值，且，H₀取值为500MHz；H表示所述微波测温装置的当前所设置的带宽频率；α表示调整系数。

上述技术方案的工作原理及效果为：本实施例中的天线采用前馈抛物面天线，天线增益达比较高，通过波导馈电。天线反射面用厚铝板数控铣加工成型，反射面精度高，在高温工作条件下，不易变形，天线性能稳定。高于-273摄氏度的被测物体发射出了电磁波，在传播过程中被天线接收、放大，并通过低损耗的波导传输至射频开关，完成信号的接收与传输。信号在波导内传输过程中，为防止外界温度变化可能对传输有影响，在波导外用可保温材料包裹。

如图4所示，所述检波器输入端为RC高通电路，以过滤掉输入信号中的低频部分。同时，输入处的电阻还起到消减输入信号功率，以保证输入信号功率处于肖特基二极管的线性工作区间的作用。之后，输入的中频信号通过一个肖特基二极管，另一个肖特基二极管作为参考。因两个肖特基二极管所处的环境温度几乎相同，通过AD620，即一个放大器，用中频信号经肖特基二极管检测出的电压减去作为参考的肖特基二极管检测出的电压，即可消除肖特基二极管受温度变化造成的误差。同时，为了保证该检波器输出和输入信号的功率呈线性关系，两个肖特基二极管上均施加了约25ua的偏置电流。放大器的增益被设置为9.8，以提供足够的增益同时确保检波器输出不会损坏后续其他设备。各处的RC电路是为了确保信号稳定。

如图5所示，所述AC放大器采用两个低温漂、低噪声的放大器。本实施例所述AC放大器的可以确保增益足够同时不会损坏后续其他设备。各处的RC电路以及放大器本身确保了信号稳定，同时，确保移除了信号中所有DC部分，只保留了AC部分。

如图6所示，所述同步解调器信号由SMA母头输入，其一半时间的信号来自射频开关内部负载的输出，另一半来自天线接收到的目标微波信号。此时的信号将在所难免带有些微的DC偏移，通过RC电路再次移除DC偏移，在自右往左数第二个SMA测试接口(TP1母头)处即可获得较为完美的AC信号。之后，该信号将经过由一半的放大器(OPA2140)构成的解调部分。SA555时钟电路将输出时钟信号，经过调整原理图中C6、C7、C8的值，时钟信号的频率可以通过手拨开关手动进行调整。该时钟信号同时控制所述射频开关以及同步解调器的解调部分。时钟信号将控制金氧半场效晶体管的门极，之后，金氧半场效晶体管会将借条部分的输入正端从开路变为接地。因为控制射频开关与解调部分的时钟信号同步，所以输入信号中天线接收部分的极性将被反转，TP2母头处的信号就是近似于一条直线的、大小为(REF-ANT)/2的电压信号。之后，该信号将通过积分器(低通滤波)部分，让信号更为平滑。积分器是用放大器的另一半做成的。C2、C3、C4的值经过挑选，使得积分时间分别额为0.1s，0.5s，1s。同时，经过积分器后，信号的极性也被反转。此时的信号大小为(天线信号-参考信号)/2。最后，该信号经过最后一次放大，并最终输出至信号采集设备。

其中，本发明所提出的一种非接触式微波测温方法，用于实现所述非接触式微波测温方法不仅限于上述如图4至图6的电路结构。本实施提出的微波测温方法对应的微波测温装置包括任何形式和结构的具备天线、射频开关、隔离器、LNB低噪声模块、射频偏置器、滤波器、检波器、AC放大器、同步解调器和数据采集计算设备功能的设备和电路模块。

例如，所述带有内部负载的射频开关可用外置噪声源结合双刀双掷的射频开关进行替代；此时，所得信号为一半时间为外置噪声源，一半时间来自天线。或可用双天线配合双刀双掷射频开关的方案，和外置噪声源原理一致，且也需要额外的恒定噪声源。即信号一半时间来自天线，另一半时间来自额外的天线照射的恒定外置噪声源。使用单刀单掷开关内置负载的方案体积小成本低，保证恒温前提下性能一致。或可用更多刀更多掷的开关，但其本质都是将需要测量的信号和一个固定已知不变的信号进行比较。通过这种方式可以得到稳定的测量结果。同时，LNB可以用下变频器加低噪声放大器代替，等等。

上述技术方案的效果为：本发明提出的一种非接触式微波测温方法能够在不需要与被测物体接触的情况下，不受烟雾、粉尘、水蒸气等遮挡物的影响即可实现被测物体的温度检测，同时，当被测物体被设置于非金属的固体遮挡物后，也可以通过本发明提出的非接触式微波测温方法测得被非金属遮挡物遮挡屏蔽的被测物体的温度。通过上述方式能够有效降低温度测量复杂度，在探测器不接触被测物体时，即使在测温环境极其恶劣和复杂的情况下，无需增加设备设置的复杂度，依然可以完成准确度极高的温度测量需求，能够保证在测温环境极其恶劣和复杂的情况下有效降低设备安装难度，进而提高温度检测效率和非接触式微波测温方法的应用广泛性。

同时，根据被测物体前面的遮挡物的密度或浓度来设置微波测温装置的带宽频率，物体密度或浓度越大，带宽频率越低；同时，通过上述微波测温装置的带宽频率和总增益频率的设置能够在针对不同带宽频率的情况下，有效提高装置总增益量的限制，进而提高装置整体的温度检测的准确性和精确性，防止总增益量与带宽频率不匹配，或，总增益量过低导致系统检测灵敏度不够，同时，也防止总增益量过高导致装置灵敏度过高易受温度和电压等漂移影响，导致微波测温装置抗干扰能力降低，进导致温度测量结果准确度较低的问题发生。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种非接触式微波测温方法，其特征在于，所述非接触式微波测温方法为：选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值；

所述选取所需的微波频段，探测被遮挡的待测温度的物体在所述所需的微波频段内所发射出的电磁波，将所述电磁波转化为电信号，利用电信号与温度的温度测量模型将所述电信号转化为温度值，包括：

步骤1、选取所需的微波频段，并将所述所需的微波频段视作特定微波频段；

步骤2、通过天线实时接收在所述被遮挡的待测温度的物体所发射出的电磁波，并采集处于所述特定微波频段内的微波信号；

步骤3、通过天线接收被遮挡的待测温度的物体发出的微波信号，并通过所述天线将所述微波信号进行放大；

步骤4、通过射频开关的闭合和断开对天线发出的微波信号进行调制；经过调制后的微波信号通过隔离器后经过LNB低噪声模块进行降频和放大，获得降频和放大后的中频信号；

步骤5、对所述中频信号进行信号处理，滤除掉所述中频信号中包含的所有噪声信号和温度漂移信号，获得与所述中频信号对应的电压信号；

步骤6、将所述电压信号输入温度测量模型中，通过温度测量模块获取与所述电压信号对应的温度值，其中，所述温度值即为所述被遮挡的待测温度的物体的温度值；

所述微波测温方法对应的微波测温装置包括：天线、射频开关、隔离器、LNB低噪声模块、射频偏置器、滤波器、检波器、AC放大器、同步解调器和数据采集计算设备；所述天线的信号输出端与所述射频开关的信号输入端相连；所述射频开关的微波信号输出端与所述隔离器的微波信号输入端相连；所述隔离器的信号输出端与所述LNB低噪声模块的微波信号输入端相连；所述LNB低噪声模块的中频信号输出端与所述射频偏置器的偏置信号输入端相连；所述射频偏置器的偏置信号输出端与所述滤波器的滤波信号输入端相连；所述滤波器的滤波信号输出端与所述检波器的电信号输入端相连；所述检波器的放大信号输出端与所述AC放大器的放大信号输入端相连；所述AC放大器的放大信号输出端与所述同步解调器的信号输入端相连；所述同步解调器的电压数据信号输出端与所述数据采集计算设备的电压数据信号输入端相连；所述同步解调器的射频开关控制信号输出端与所述射频开关的控制信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述微波测温方法，其特征在于，步骤2中所述的采集处于所述特定微波频段内的微波信号，包括：利用滤波器在所述电磁波中截取所述特定微波频段内的微波信号。

3.根据权利要求1所述微波测温方法，其特征在于，步骤4中所述的通过射频开关的闭合和断开对天线发出的微波信号进行调制，包括：

通过同步解调器发出的控制信号对所述射频开关的闭合和断开进行控制；

其中，所述射频开关的一个闭合和断开周期内，射频开关的闭合和断开的时间相同；所述天线输出信号为放大后的微波信号；当射频开关断开时，输出信号为射频开关内部负载在环境温度影响下发出的微波信号。

4.根据权利要求1所述微波测温方法，其特征在于，步骤5中的对所述中频信号进行信号处理，滤除掉所述中频信号中包含的所有噪声信号和温度漂移信号，获得与所述中频信号对应的电压信号，包括：

步骤501、利用检波器将所述中频信号转化为电信号，并对所述电信号进行放大，获得初级放大电信号；

步骤502、将所述初级放大电信号通过AC放大器进行二次放大，获得二次放大电信号；

步骤503、将所述二次放大电信号通过同步解调器进行解调处理，获得解调处理后的电信号，其中，所述解调处理后的电信号即为与所述中频信号对应的电压信号。

5.根据权利要求1所述微波测温方法，其特征在于，步骤6中所述的温度测量模型的建立过程如下：

第一步、选取一个已知温度、形状、大小和放射率的物体作为校准目标；

第二步、将所述校准目标放置于所述天线前，通过天线在预设时间长度内实时检测所述校准目标的微波信号；

第三步、获取所述微波信号对应的电压信号，并实时获取所述校准目标与每个电压信号对应的温度值；

第四步、获取所述温度值中的最高温度值，利用所述最高温度值、电压信号以及所述电压信号对应的温度值，通过线型归回方式建立所述电压信号与所述温度值之间的数量关系，其中，所述数量关系即为所述温度测量模型。

6.根据权利要求1所述微波测温方法，其特征在于，所述天线输出的微波信号通过波导进行反馈。

7.根据权利要求1所述微波测温方法，其特征在于，所述微波测温装置的带宽频率不低于200MHz；所述微波测温装置的总增益范围为50db-200db。

8.根据权利要求7所述微波测温方法，其特征在于，所述微波测温装置的带宽频率和微波测温装置的总增益之间的确定需满足如下条件：

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在200MHz≤H<300MH时，所述微波测温装置的总增益范围为150db-200db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在300MHz≤H<500MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为80db-170db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在500MHz≤H<600MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为100db-150db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在600MHz≤H<800MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为70db-120db；

当所述微波测温装置的带宽频率H的范围为在800MHz≤H≤900MHz时，所述微波测温装置的总增益范围为50db-110db。

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