CN206387494U - 一种红外成像测温传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种红外成像测温传感器，包括红外测温模块，由红外探测器组成；处理器模块，由温度控制模块、A/D转换模块、偏置电压模块、FPGA模块和ARM模块组成；通信模块，由WIFI和3G/4G通信信号组成；扩展接口模块，由Micro USB接口组成。采用FPGA+ARM的综合设计，可以优势互补，大幅度减少外部扩展器件的使用量。实现了红外探测器的驱动、红外图像信号的采集和处理、红外图像的多通道传输以及移植接口的设置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测温传感器，具体是一种红外成像测温传感器，属于红外成像测温技术领域。
背景技术
现有数据表明：电力设备的大部分故障都与发热有关。因此，对电力设备实施温度测量和监测已成为电力系统可靠与安全运行的重要保障手段。目前，人们已采用多种方式对电力设备的温度进行监测。其中，红外热像技术具有非接触测量、响应速度快、可多点测量信息丰富、形象直观等特点，是电力行业目前主要的测温技术手段，得到了广泛应用，并已成为标配工具，为保障电力系统的安全运行发挥了巨大的作用。
传统的红外检测方法多采用红外测温仪、红外行扫描仪、红外热像仪、红外热电视等专业检测仪器，定期对电力设备进行检测。现场应用情况表明，一方面，当前红外测温成像仪要么是便携式，要么是在线式，工作模式较为单一，影响了电力设备测温密度和便捷及时率，不能很好适应现场电力设备温度状态评估的差异化需求；另一方面，传统商业化应用的红外热像测温传感器与后续应用软硬件系统是集成一体化设计的，造成传感器可移植性差，硬件系统也不具备复用性和扩展性，成本较高，已成为制约其技术经济性的主要因素之一，并给测温数据的管理与后续应用带了诸多不便。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种红外成像测温传感器，采用小型化红外热像传感模块和移动互联网通信技术，具备可移植性、可独立工作性和多样化信息传输通道，能够在低成本条件下的可靠测量。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种红外成像测温传感器，包括
红外测温模块，由红外探测器组成；
处理器模块，由温度控制模块、A/D转换模块、偏置电压模块、FPGA模块和ARM模块组成；
通信模块，由WIFI和3G/4G通信信号组成；
扩展接口模块，由Micro USB接口组成；
其中，所述温度控制模块和偏置电压模块与所述红外探测器连接；所述红外探测器与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块与所述FPGA模块中的基于FPGA的实时红外图像信号采集电路连接，所述基于FPGA的实时红外图像信号采集电路与所述ARM模块中的基于ARM的系统控制电路连接；所述基于ARM的系统控制电路与通信模块和扩展接口模块连接。
进一步，所述红外测温模块为非制冷型红外测温模块。
进一步，还包括JTAG数据预处理模块和SRAM控制器模块；所述JTAG数据预处理模块与所述红外测温模块连接，所述JTAG数据预处理模块与FPGA模块连接，所述FPGA模块与SRAM控制器模块连接。
进一步，还包括电源模块，所述电源模块为7.2v至8.4v锂电池；并且所述电源模块与所述扩展接口模块连接。
本实用新型的有益效果是：1)具有可移植性；能够与各种智能终端配合使用。同传统手持式红外热像仪相比，一方面，与智能终端共享的信息传输相通使其能够及时上传红外数据，查询历史信息，以及便于终端组网，实现数据共享；另一方面，一旦与应用广泛的智能终端结合，其便携性与普及率又将大大优于传统红外传感器。
2)工作独立性；该传感器采用信号采集、传输一体化的设计，实现采集传输与数据展示、分析的隔离，可完成独立在线监测工作。与便携式工作模式形成互补，极大地提高了适用性，实现多监测模式的灵活组合。
3)具有多样化信息传输通道；在多工作模式组合互补的情况下，兼具mini USB、3G/4G、WiFi等接口，以满足独立工作、组网在线工作以及与云服务相结合的要求。
附图说明
图1为本实用新型整体框架结构示意图；
图2为本实用新型红外测温模块中电压与温度变化示意图；
图3为本实用新型处理器模块框架示意图；
图4为本实用新型扩展接口模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示一种红外成像测温传感器，包括
红外测温模块，由红外探测器组成；
处理器模块，由温度控制模块、A/D转换模块、偏置电压模块、FPGA模块和ARM模块组成；
通信模块，由WIFI和3G/4G通信信号组成；
扩展接口模块，由Micro USB接口组成；
其中，所述温度控制模块和偏置电压模块与所述红外探测器连接；所述红外探测器与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块与所述FPGA模块中的基于FPGA的实时红外图像信号采集电路连接，所述基于FPGA的实时红外图像信号采集电路与所述ARM模块中的基于ARM的系统控制电路连接；所述基于ARM的系统控制电路与通信模块和扩展接口模块连接。
所述红外测温模块为非制冷型红外测温模块。还包括JTAG数据预处理模块和SRAM控制器模块；所述JTAG数据预处理模块与所述红外测温模块连接，所述JTAG数据预处理模块与FPGA模块连接，所述FPGA模块与SRAM控制器模块连接。还包括电源模块，所述电源模块为7.2v至8.4v锂电池；并且所述电源模块与所述扩展接口模块连接。
红外测温模块：红外测温模块是研制新型红外成像测温传感器的最关键部件，当前红外成像主要分为制冷型红外探测器、非制冷型探测器。制冷型探测器需要增加制冷装置，非制冷型则需要稳定温度平面的控制器。它在系统中的主要工作是完成红外热辐射到电信号的转换，从便携性的角度考虑，更多地采用了非制冷红外探测器。为降低使用成本，提高装备率，本申请根据电力现场对红外测温的技术要求，选择了已成熟开发的非制冷型红外测温模块，其主要性能参数，如表一所示：
表一红外测温模块主要性能参数
对红外热成像模块进行电路测试，当电路设定其误差放大倍数为6倍，稳定状态电压为1.99V，温度电压变化率为199mV/K时，具体电压变化以及相应温度变化曲线见图2。1～14s时间内，焦平面温度变化由大振幅逐渐趋向平稳，在14s以后误差放大电压波动已经在±1mV，可以得到△T＝0.0101K。
处理器模块：如图3所示，采用了FPGA作为信号处理单元，其功能主要有：完成384×288红外传感器的时序驱动,完成红外图像的采集与预处理。红外图像数据从ADC传递到FPGA接口的过程中，为避免同步失调与亚稳态的出现，采用了二级同步触发器对数据进行同步。FPGA数据处理模块负责数据选择、一点校正。ARM控制器通过采集两个不同辐射量的原始图像数据，计算得出非均匀校正的G、O、B参数。FPGA将接收到的红外图像数据交替不断写入两块SRAM中，FPGA每写完一帧数据，就通过寄存器通知ARM取数据，同时将新的一帧数据写入另一块SRAM。由于图像数据量庞大，采用16位数据并行传输方式完成FPGA到ARM的数据传输，接口采用S3C6410中的共享存储器接口。系统由FPGA产生符合ARM读写数据的时序。
对A/D转换后的数字信号进行实时采集、缓存、校正处理；经数据总线通过中断方式传递红外图像数据到ARM处理器。FPG完成了红外图像的采集与预处理工作，结合FPGA的软件硬件化功能，能够大大提高了系统的性能。在信号处理模块中，前端探测器驱动、数据采集与整形、JTAG数据预处理、SRAM控制器、ARM通信模块等，能够完成数据到ARM的转化与连接。
采用FPGA+ARM的综合设计，可以优势互补，大幅度减少外部扩展器件的使用量。其中处理器模块包括了偏置电压电路，TEC温控电路、A/D转换电路、基于FPGA的实时红外图像信号采集电路、基于ARM的系统控制电路。实现了红外探测器的驱动、红外图像信号的采集和处理、红外图像的多通道传输以及移植接口的设置。为了满足红外成像测温传感器多工作模式的要求，需采用通用化、多通道的信号传输接口将红外热像图传输至后台。
扩展接口模块，采用可与绝大多数智能终端连接的mini USB接口，如图4所示。其引脚定义如表二所示：
表二引脚定义
其中ID脚用于在没有电脑的情况下，两个USB设备间的数据传送。当红外传感器需要与智能终端配合使用时，只需通过mini USB接口快速连接至智能终端，即可开始工作。
通信模块：通过WiFi可实现多台设备的就地组网，实现现场无线化监测，时时交换监测数据，方便运检人员巡视。当前，3G/4G网络覆盖面极广，结合已有大量成熟应用的云服务平台，可实现现场监测数据的云通信、云管理。在3G/4G通信模块的支持下，单台新型红外传感器可长期、定时监测特定设备，通过移动网络上传数据至云端。后台通过云端访问设备、查看历史数据，极大的简化了系统结构，降低了使用成本。
电源：了减少现场布线、提高新型红外传感器现场应用的便捷性，在组合工作模式下通过mini USB接口，依靠智能终端供电。在独立工作模式下，采用7.2V～8.4V锂电池作为电源。
所需电压类型有5V、3.3V、2.5V以及1.2V，其中5V和3.3V供给红外探测器驱动板；1.2V、2.5V和3.3V作为FPGA信号处理板电源，3.3V是ARM控制板的VDD_IO。其中5V、3.3V需要供给多块电路板，电源IC的输出电流要满足系统功耗需求，根据系统功耗估计与转换效率的考虑，选用TI公司的TPS6211X系列芯片作为同步降压转换器。TPS6211X系列芯片是一个低噪声、高效率的转换器，工作输入电压范围3.1V～17V，输出电压有两种形式：1.2V～16V可调输出电压；3.3V和5V固定输出电压。输出电流高达1.5A，可同步至外部时钟信号达1.4MHz。对锂电池设计独立外壳，应具备符合要求的防水防尘能力。外壳底部加设电磁铁吸附装置，方便独立工作模式下的现场安装。
以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。
Claims (4)
1.一种红外成像测温传感器，其特征在于：包括
红外测温模块，由红外探测器组成；
处理器模块，由温度控制模块、A/D转换模块、偏置电压模块、FPGA模块和ARM模块组成；
通信模块，由WIFI和3G/4G通信信号组成；
扩展接口模块，由Micro USB接口组成；
其中，所述温度控制模块和偏置电压模块与所述红外探测器连接；所述红外探测器与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块与所述FPGA模块中的基于FPGA的实时红外图像信号采集电路连接，所述基于FPGA的实时红外图像信号采集电路与所述ARM模块中的基于ARM的系统控制电路连接；所述基于ARM的系统控制电路与通信模块和扩展接口模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种红外成像测温传感器，其特征在于：所述红外测温模块为非制冷型红外测温模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种红外成像测温传感器，其特征在于：还包括JTAG数据预处理模块和SRAM控制器模块；所述JTAG数据预处理模块与所述红外测温模块连接，所述JTAG数据预处理模块与FPGA模块连接，所述FPGA模块与SRAM控制器模块连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种红外成像测温传感器，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块为7.2v至8.4v锂电池；并且所述电源模块与所述扩展接口模块连接。
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| CN201621346746.9U CN206387494U (zh) | 2016-12-09 | 2016-12-09 | 一种红外成像测温传感器 |
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Cited By (2)
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| CN106500849A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-15 | 国家电网公司 | 一种红外成像测温传感器 |
| CN109752095A (zh) * | 2017-11-03 | 2019-05-14 | 国家电网公司 | 一种即插即用的红外成像测温传感器及红外成像测温系统 |
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2016
- 2016-12-09 CN CN201621346746.9U patent/CN206387494U/zh active Active
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Legal Events
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