CN204422071U - 高测温精度的红外热像仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高测温精度的红外热像仪，包括依次排列的红外窗口、红外镜头和摄像机，红外镜头和摄像机的连接处为红外镜头接口，红外镜头包括镜头外壳，镜头外壳内设置有若干依次排列的镜片，摄像机包括外壳和设置在外壳内的探测器，探测器前端至红外镜头接口设置有四周密闭的密封件，红外窗口、密封件、若干镜片和镜头外壳内壁及内部结构上均设置有检测其温度的温度传感器，各个部件上的温度传感器均连接至温度数据处理模块。本实用新型的主要目的在于，通过增设若干温度传感器获取各部件温度，并且可根据各部件的材料和当前温度的发射率，得出误差能量的大小，并经温度数据处理模块将其消除。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学设备领域，更具体地说，它涉及一种高测温精度的红外热像仪。
背景技术
红外辐射是指波长在0.75um至1000um，介于可见光波段与微波波段之间的电磁辐射。温度高于绝对零度的物体都不停地向周围空间发出红外辐射能量，而一般自然界物体的温度均高于绝对零度，因此，一般自然界物体所对应的辐射峰值都处于红外波段。根据普朗克定律，物体的红外辐射强度与其热力学温度直接相关，因此，可通过检测物体的红外辐射可以进行非接触测温。红外热成像仪探测器上有很多个像素，通过检测每个像素收到的红外辐射能量的大小来计算被观测物体的温度，热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。
正如上述所说，一般自然界物体自身产生红外辐射，因此，在光敏元件的成像检测的红外辐射，不仅包括被检测物体的红外辐射，也包括红外热像仪上红外窗口、热成像镜头的镜片以及探测器前方的外壳都会辐射红外能量，而后者的这些能量就是产生测温误差的能量，简称误差能量，它对红外图像和测温精度产生较大影响。如图1所示：红外窗口1的 号箭头线代表红外窗口1自身辐射的红外误差能量。红外镜头2的号箭头线代表红外镜头2自身辐射的红外误差能量（包括镜片、镜头壳体内壁和机构件）。摄像机外壳3的号箭头线：探测器4前方的摄像机外壳3自身辐射的红外误差能量。号双箭头虚线代表红外镜头接口23与探测器4之间的距离，此距离越大，通过摄像机外壳辐射给探测的误差能量就越大。
现有技术中，探测器4与红外镜头接口23之间通常设置有用于热成像图像非均匀矫正的挡片6，挡片6上设置有温度传感器7。热成像的探测器4每个像素接收的能量会因为电子元器件发热而受到影响（包括被测物体的温度范围改变），因此，红外热像仪需对自身计算的一些增益参数进行调节。因此红外热像仪通过探测器4获取挡片6的温度，并与挡片6上的温度传感器7测得的温度进行比较，将挡片6作为一个热源来对热成像图像进行非均匀性矫正。
虽然现有技术中有图像做出矫正，但是未对测温数据做出处理及矫正。若要提高测温精度，则需要尽量消除误差能量或准确地检测出误差能量的大小。其中，通常摄像机外壳产生误差能量较大也不便于计算，因为摄像机外壳内壁面积大、形状也不规则，离探测器较近。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种高测温精度的红外热像仪，通过在红外窗口、镜头外壳及内部各组镜片和密封件增加温度传感器获取其温度，并且可根据各部件的材料和当前温度的发射率，得出误差能量的大小，并经温度数据处理模块将其消除。
本实用新型的次要目的在于探测器周围增加了密封件，该密封件可带来两个效果：1、因为密封件的结构，阻挡了摄像机外壳内壁的红外辐射，用于消除摄像机外壳内壁对探测器的红外辐射。2、虽然密封件结构的本身也会产生红外辐射，但是它辐射的面积较小且形状规则可控，加上密封件上的温度传感器测温后，可精确得出其辐射量。即消除不好计算的摄像机外壳误差能量，采用较小并精确计量的密封件误差能量来代替。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种高测温精度的红外热像仪，包括依次排列的红外窗口、红外镜头和摄像机，红外镜头和摄像机的连接处为红外镜头接口，红外镜头包括镜头外壳，镜头外壳内设置有若干依次排列的镜片，摄像机包括外壳和设置在外壳内的探测器，探测器前端至红外镜头接口设置有四周密闭的密封件，红外窗口、镜头外壳、密封件和若干镜片上均设置有检测其温度的温度传感器，各个部件上的温度传感器均连接至温度数据处理模块。
本实用新型进一步设置为：所述的密封件呈中空柱状，其截面完全密封探测器。
本实用新型进一步设置为：所述的密封件的温度传感器位于密封件外表面。
本实用新型进一步设置为：所述的红外窗口的温度传感器紧贴红外窗口的内表面。
本实用新型进一步设置为：所述的镜头外壳的温度传感器位于镜头外壳内壁，镜片的温度传感器采用贴片式温度传感器，其设置于镜头外壳和镜片的连接处。
本实用新型进一步设置为：所述的贴片式温度传感器位于镜片对应摄像机一侧。
对比现有技术，本实用新型高测温精度的红外热像仪具有以下优点： 1、通过在密封件结构并在红外窗口、红外镜头和密封件上设置温度传感器，可检测其个部件的温度，从而得出其误差能量大小，经温度数据处理模块将误差能量消除；
2、密封件结构的设置，消除摄像机外壳内壁对探测器的红外辐射；
3、密封件面积小且为规则结构，相对于摄像机外壳这种面积大且不规则的结构，简化了红外辐射的计算方式，进一步提高了测温精度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或是现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中红外热像仪实施例的示意图；
图2为本实用新型高测温精度的红外热像仪实施例的示意图；
图3为本实用新型红外镜头的剖视图；
图4为本实用新型红外镜头及窗口的结构示意图；
图5为本实用新型高测温精度的红外热像仪的流程框图。
附图标注：1、红外窗口；2、红外镜头；21、镜头外壳；22、镜片；23、红外镜头接口；3、外壳；4、探测器；5、密封件；6、挡片；7、温度传感器。
具体实施方式
参照图2至图5对本实用新型高测温精度的红外热像仪实施例做进一步说明。
然而，本实用新型可以以各种不同形式实现，并且本实用新型不应理解为限于在此阐述的示例性实施例。提供示例性实施例以有助于更全面的理解本实用新型。
如图2所示，一种高测温精度的红外热像仪，包括依次排列的红外窗口1、红外镜头2和摄像机。
红外窗口1位于镜头外壳21前端（通过护罩连接）或嵌在镜头外壳21上。红外窗口1一般采用锗玻璃制成，其内侧表面上设置有温度传感器7，用于检测红外窗口1自身红外辐射产生的误差能量。
如图3或4所示，红外镜头2包括镜头外壳21，镜头外壳21内设置有若干镜片22和机构件（图中未示出）。若干镜片22按其功能在镜头外壳21内沿光路传输路径从左到右依次排列。镜头外壳21内壁上设置有检测镜头外壳及内部机构件误差能量的温度传感器7，并且，每一镜片22与镜头外壳21的连接处设置有贴片式温度传感器7。优选的，贴片式温度传感器7设置于镜片22的内侧（即镜片对应摄像机一侧）。
摄像机包括外壳3和设置在外壳内的探测器4，外壳3与红外镜头2的连接处为红外镜头接口23。探测器4前端至红外镜头接口23的路径上设置密封件5，密封件5呈中空柱状(其形状可以为圆状，也可以为方形，优选的为圆形，其端面更加贴合红外镜头接口)，其截面积大于探测器4的表面积，完全密闭连接红外镜头接口23和探测器4，避免探测器4受外壳3的干扰。此时，密封件5的截面积长度与探测器4感应框尺寸接近，并且使其轴向长度尽可能的小，该设置可在不影响探测器感光的情况下，又具有最小的面积和体积。在密封件5外表面设置有检测密封件5自身红外辐射所产生误差能量的温度传感器7。
该密封件5的设置可带来两个效果：1、因为密封件5的结构，阻挡了摄像机外壳3内壁的红外辐射，消除了摄像机外壳3内壁对探测器4的红外辐射。2、虽然密封件5结构的本身也会产生红外辐射，但是它辐射的面积较小且形状规则可控，加上密封件5上的温度传感器7测温后，可精确得出其辐射量。而摄像机外壳3的红外辐射面积较大，且多为不规则形状，较难准确得出其辐射量。即消除不好计算的摄像机外壳3误差能量，采用较小并精确计量的密封件误差能量来代替。
优选的，尽量缩短红外镜头接口23与探测器4之间的距离。该设置方式可带来两方面的作用：1、在没有密封件5的情况下，缩短红外镜头接口23与探测器4之间的距离可以减少摄像机外壳3对探测器4的红外辐射，减少误差能量。2、在设置密封件5的情况下，缩短红外镜头接口23与探测器4之间的距离可以减小密封件5的体积和长度。因为，虽然密封件5阻挡了摄像机外壳3的红外辐射，但是密封件5本身也会产生属于误差能量的红外辐射。因此，缩短红外镜头接口23与探测器4之间的距离，也是变相减少密封件5的红外辐射。
如图5所示，综上所述，利用密封件5结构和在各个部件上设置的温度传感器7（包括红外窗口的、镜头外壳的、所有镜片的和密封件的）两种方式，既减少了探测器4接收到的误差能量，又较为准确的获得了探测器4总共接收到的误差能量大小，从而整体上降低了测温误差，提高了测温精度。测温信号均传输至温度数据处理模块（可以为CPU、GPU和带数据处理功能的芯片），通过温度数据处理模块检测并消除总的误差能量，提高红外热像仪的测温精度，最终得到更加精确的测温数据。
对比现有技术，本实用新型高测温精度的红外热像仪具有以下优点：1、通过在密封件结构并在红外窗口、红外镜头和密封件上设置温度传感器，可检测其个部件的温度，从而得出其误差能量大小，经温度数据处理模块将误差能量消除；2、密封件结构的设置，消除摄像机外壳内壁对探测器的红外辐射；3、密封件面积小且为规则结构，相对于摄像机外壳这种面积大且不规则的结构，简化了红外辐射的计算方式，进一步提高了测温精度。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种高测温精度的红外热像仪，包括依次排列的红外窗口、红外镜头和摄像机，所述红外镜头和摄像机的连接处为红外镜头接口，所述红外镜头包括镜头外壳，镜头外壳内设置有若干依次排列的镜片，所述摄像机包括外壳和设置在外壳内的探测器，其特征在于：所述探测器前端至红外镜头接口设置有四周密闭的密封件，所述红外窗口、镜头外壳、密封件和若干镜片上均设置有检测其温度的温度传感器，各个部件上的温度传感器均连接至温度数据处理模块。
2.根据权利要求1所述的高测温精度的红外热像仪，其特征在于：所述密封件呈中空柱状，其截面完全密封探测器。
3.根据权利要求2所述的高测温精度的红外热像仪，其特征在于：所述密封件的温度传感器位于密封件外表面。
4.根据权利要求1所述的高测温精度的红外热像仪，其特征在于：所述红外窗口的温度传感器紧贴红外窗口的内表面。
5.根据权利要求1所述的高测温精度的红外热像仪，其特征在于：所述镜头外壳的温度传感器位于镜头外壳内壁，镜片的温度传感器采用贴片式温度传感器，其设置于镜头外壳和镜片的连接处。
6.根据权利要求5所述的高测温精度的红外热像仪，其特征在于：所述贴片式温度传感器位于镜片对应摄像机一侧。
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