CN212300604U - 一种小型化高精度红外面阵测温热像仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种小型化高精度红外面阵测温热像仪,解决现有红外测温热像仪体积较大,需要调试黑体炉与待测目标位于同一个视场内,使用方式较为繁琐,在不能放置黑体炉的场合测温精度较低的问题。该热像仪包括红外热成像系统和校准成像系统,红外热成像系统包括壳体和同轴依次设置的非制冷热像仪机芯、长波红外镜头、第一快门、第二快门、密封窗口,密封窗口位于壳体上,非制冷热像仪机芯、长波红外镜头、第一快门、第二快门均位于壳体内,校准成像系统包括设在壳体内的参考热源、校准红外镜头和折转组件;参考热源的出射光束依次经校准红外镜头准直、折转组件改变传输方向、第一快门透射后,入射至长波红外镜头,并进入到非制冷热像仪机芯内。
Description
技术领域
本实用新型涉及红外成像测温技术,具体涉及一种小型化高精度红外面阵测温热像仪。
背景技术
任何物体只要它的温度高于热力学零度,就会向周围辐射进行红外辐射。红外辐射本质上是热辐射,物体的温度越高,辐射出来的能量就越多。
红外成像测温装置就是利用红外光学系统将物体辐射出来的能量进行聚集,聚焦到探测器上,使探测器内某一参数产生变化。检测其中的参数变化,便可以探测出辐射能量,进而测量出物体表面的温度。
红外成像测温装置的用处主要有两方面,一方面是工业测温,对工业设备的状态进行监测,监测其中的异常发热点,从而进行隐患定位;另一方面是人体测温,可作为公共场合的体温筛查或者人体病症探测。前者对温度范围要求较宽,对精度要求较低,一般是%2或者±2℃;后者对精度要求较高,一般的要求为±0.5℃,高精度的要求为±0.3℃。
测温精度越高,对测量目标的温度信息提供的越准确越可靠。目前,对于高精度测温热像仪,主要采用黑体炉和红外热成像系统组合在一起的方式,测温精度可达到±0.3℃的精度要求。使用方式是将黑体炉安装在三脚架上进行通电,并与待测目标放置在红外热成像系统的同一个视场内,用黑体炉作参考热源,红外热成像系统同时测量黑体炉和待测目标的温度,根据黑体炉温度和测量的黑体炉温度之差,实时校正热像仪的精度漂移。这种方式需要黑体炉和三脚架的配合使用,并且只能测量与黑体炉处于同一个方向的待测目标温度,同时需要调试黑体炉与待测目标在同一个视场内,使用方式较为麻烦,对于一些不能在待测目标处放置黑体炉的场合,测量精度较低达不到高精度测温的要求。另外,现有红外测温热像仪涉及到的部件较多,总体积较大,并且难以进行小型化设计。
实用新型内容
为了解决现有红外测温热像仪体积较大,难以进行小型化设计,以及需要调试黑体炉与待测目标位于同一个视场内,使用方式较为繁琐,尤其在不能放置黑体炉的场合测温精度较低的技术问题,本实用新型提供了一种小型化高精度红外面阵测温热像仪。
为实现上述目的,本实用新型提供的技术方案是:
一种小型化高精度红外面阵测温热像仪,包括红外热成像系统,所述红外热成像系统包括壳体和同轴依次设置的非制冷热像仪机芯、长波红外镜头、第一快门、第二快门、密封窗口,密封窗口位于壳体上,非制冷热像仪机芯、长波红外镜头、第一快门、第二快门均位于壳体内,其特殊之处在于:还包括设置在壳体内的校准成像系统;
所述校准成像系统包括参考热源、校准红外镜头和折转组件;
参考热源的出射光束依次经过校准红外镜头准直、折转组件改变传输方向、第一快门透过后,入射至长波红外镜头,并进入到非制冷热像仪机芯内。
进一步地,所述折转组件包括第一反射镜和第二反射镜,第一反射镜和第二反射镜的反射面相向设置且镜面夹角为90°;
所述第二反射镜位于校准红外镜头的出射光路上;
所述第一反射镜处在第二反射镜的折射光路上,且位于第一快门和第二快门之间,第一反射镜与长波红外镜头的光轴夹角为45°,且位于长波红外镜头光轴的一侧;第一反射镜的反射面尺寸投影到长波红外镜头的横向尺寸小于长波红外镜头直径的1/2。
进一步地,所述参考热源为具有控温效果的小型化面热源。
进一步地,所述第一反射镜和第二反射镜均镀增反膜。
进一步地,所述第一反射镜镀半透半反膜,第二反射镜镀增反膜。
进一步地,所述第一快门的有效遮挡尺寸大于长波红外镜头的视场在第一快门位置的尺寸;
所述第二快门的有效遮挡尺寸大于长波红外镜头的视场在第二快门位置的尺寸。
进一步地,所述密封窗口的材料为锗,外表面镀硬碳膜,内表面镀增透膜。
进一步地,所述折转组件为斜方棱镜或者分光斜方棱镜;
所述斜方棱镜或者分光斜方棱镜位于校准红外镜头的出射光路上,且位于第一快门和第二快门之间,斜方棱镜或者分光斜方棱镜的出射光束位于长波红外镜头光轴的一侧。
与现有技术相比,本实用新型的优点是:
1、本实用新型测温热像仪在现有红外热成像技术的基础上,直接将参考热源集成在壳体内,不需要在待测目标附近放置黑体炉,同时在测温过程中,不需要调试参考热源(现有的黑体炉)与待测目标位于同一视场内,只要热像仪观察到目标就可进行测温,操作方式极为方便。
2、本实用新型测温热像仪将黑体炉更换成小型化面热源,校准成像系统的总体积比现有黑体炉小很多,因此本实用新型测温热像仪在满足高精度测温要求的基础上,具备体积小、集成度高的特点。
3、本实用新型测温热像仪可测量待测目标附近不能放置黑体炉的场合,例如待测目标为炼钢厂的钢炉、高压电线、具有危险气体的化工设备等,本实用新型测温热像仪因无需在待测目标旁放置参考热源,完全可对这些特种场合的目标进行测量。
4、为了进一步减小测温热像仪的体积,折转组件包括两个反射镜,将参考光源的出射光束折转180°。
附图说明
图1为本实用新型小型化高精度红外面阵测温热像仪的结构示意图。
其中,附图标记如下:
1-非制冷热像仪机芯,2-长波红外镜头,3-快门组件,31-第一快门,32-第二快门,4-折转组件,41-第一反射镜,42-第二反射镜,5-校准红外镜头,6-参考热源,7-壳体,71-密封窗口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示,一种小型化高精度红外面阵测温热像仪,由红外热成像系统和校准成像系统组成。
红外热成像系统包括壳体7和同轴依次设置的非制冷热像仪机芯1、长波红外镜头2、快门组件3、密封窗口71,快门组件3包括依次设置的第一快门31和第二快门32,非制冷热像仪机芯1、长波红外镜头2、第一快门31、第二快门32均位于壳体7内;密封窗口71位于壳体7上,密封窗口71可为一片红外锗窗组成,负责对红外成像光学系统进行透光以及对热像仪的透光区域进行密封,密封窗口71位于壳体外的表面镀硬碳膜,密封窗口71位于壳体内的表面镀增透膜。
校准成像系统和红外热成像系统的光路共用长波红外镜头2和非制冷热像仪机芯1,校准成像系统由参考热源6、校准红外镜头5、折转组件4、第一快门31、长波红外镜头2和非制冷热像仪机芯1组成。
参考热源6为具有控温效果的小型化面热源,使得校准成像系统的总体积比现有黑体炉小很多,进而使得测温热像仪在满足高精度测温要求的基础上,具备体积小、集成度高的特点。
校准红外镜头5负责将参考热源6发出的红外光束进行收集,并平行出射。
折转组件4用于改变校准红外镜头5出射光束的方向,折转组件4由第一反射镜41和第二反射镜42及相应的支撑结构组成,目的是为参考热源6发出的红外光束入射进长波红外镜头2中;第二反射镜42位于校准红外镜头5的出射光路上,与出射光路成45°夹角,第一反射镜41位于第二反射镜42的出射光路上,且与第二反射镜42成90°夹角,在第一反射镜41和第二反射镜42的内侧面均镀反射膜,在其它实施例中,第一反射镜41也可镀半透半反膜;第一反射镜41与长波红外镜头2的光轴夹角为45°,且位于长波红外镜头2光轴的一侧。第一反射镜41的反射面尺寸投影到长波红外镜头2的横向尺寸小于长波红外镜头2通光直径的1/2。
参考热源6的出射光束依次经过校准红外镜头5准直、第二反射镜42反射、第一反射镜41反射、第一快门31透射、长波红外镜头2透射后,成像于非制冷热像仪机芯1上,第一快门31设置在第一反射镜41与长波红外镜头2之间,用于对红外热像仪进行非均匀校正。在其它实施例中,折转组件4可为双反射镜组成,双反射镜镜面互相垂直,也可采用单反射镜、斜方棱镜或者分光斜方棱镜。
本实施例测温热像仪中第一快门31和第二快门32的有效遮挡尺寸均大于长波红外镜头2的视场在快门位置的尺寸,第一快门31位于长波红外镜头2与第一反射镜41之间,第一快门31可有效遮挡尺寸大于红外热成像系统在快门安装位置的通光尺寸;第二快门32位于第一反射镜41与密封窗口71之间,其有效遮挡尺寸大于红外热成像系统在快门安装位置的通光尺寸。
本实施例测温热像仪的使用过程为:
1)将红外热像仪架设待测目标旁边,使红外热像仪的长波红外镜头视场方向朝向待测目标。
2)对红外热像仪进行通电并开机,确认待测目标在红外热像仪的工作图像内,设定参考热源的温度值T1;
3)长波红外镜头接收待测目标辐射出的能量并将其聚焦在非制冷热像仪机芯上,根据非制冷热像仪机芯中探测器内某一参数变化,获得待测目标的温度值T2;
同时,参考热源的能量依次经校准红外镜头、第二反射镜、第一反射镜、第一快门后入射至长波红外镜头,也聚焦在非制冷热像仪机芯上,根据非制冷热像仪机芯中探测器内某一参数变化,获得参考热源的测量温度值T3;
4)读取待测目标的温度值T2和参考热源的测量温度值T3,并根据参考热源的温度值T1,计算参考热源的测量温度值T3与参考热源的设定值T1之差ΔT,根据ΔT实时校正测温热像仪的精度漂移。
例如:参考热源的温度值T1为35℃,参考热源的测量温度值T3为35.2℃,测量的待测目标的温度值T2为45℃;则ΔT=(T3-T1)=35.2℃-35℃=0.2℃,实际待测目标温度T=T2-ΔT=45℃-0.2℃=44.8℃,通过操作软件读取待测目标温度44.8℃,测量结束。
以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述,并不将本实用新型的技术方案限制于此,本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。
Claims (8)
1.一种小型化高精度红外面阵测温热像仪,包括红外热成像系统,所述红外热成像系统包括壳体(7)和同轴依次设置的非制冷热像仪机芯(1)、长波红外镜头(2)、第一快门(31)、第二快门(32)、密封窗口(71),密封窗口(71)位于壳体(7)上,非制冷热像仪机芯(1)、长波红外镜头(2)、第一快门(31)、第二快门(32)均位于壳体(7)内,其特征在于:还包括设置在壳体(7)内的校准成像系统;
所述校准成像系统包括参考热源(6)、校准红外镜头(5)和折转组件(4);
参考热源(6)的出射光束依次经过校准红外镜头(5)准直、折转组件(4)改变方向、第一快门(31)透过后,入射至长波红外镜头(2),并进入到非制冷热像仪机芯(1)内。
2.根据权利要求1所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述折转组件(4)包括第一反射镜(41)和第二反射镜(42),第一反射镜(41)和第二反射镜(42)的反射面相向设置且镜面夹角为90°;
所述第二反射镜(42)位于校准红外镜头(5)的出射光路上;
所述第一反射镜(41)处在第二反射镜(42)的折射光路上,且位于第一快门(31)和第二快门(32)之间,第一反射镜(41)与长波红外镜头(2)的光轴夹角为45°,且位于长波红外镜头(2)光轴的一侧;第一反射镜(41)的反射面尺寸投影到长波红外镜头(2)的横向尺寸小于长波红外镜头(2)直径的1/2。
3.根据权利要求2所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述参考热源(6)为具有控温效果的小型化面热源。
4.根据权利要求3所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述第一反射镜(41)和第二反射镜(42)均镀增反膜。
5.根据权利要求3所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述第一反射镜(41)镀半透半反膜,第二反射镜(42)镀增反膜。
6.根据权利要求1至5任一所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述第一快门(31)的有效遮挡尺寸大于长波红外镜头(2)的视场在第一快门(31)位置的尺寸;
所述第二快门(32)的有效遮挡尺寸大于长波红外镜头(2)的视场在第二快门(32)位置的尺寸。
7.根据权利要求6所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述密封窗口(71)的材料为锗,外表面镀硬碳膜,内表面镀增透膜。
8.根据权利要求1所述小型化高精度红外面阵测温热像仪,其特征在于:所述折转组件(4)为斜方棱镜或者分光斜方棱镜;
所述斜方棱镜或者分光斜方棱镜位于校准红外镜头(5)的出射光路上,且位于第一快门(31)和第二快门(32)之间,斜方棱镜或者分光斜方棱镜的出射光束位于长波红外镜头(2)光轴的一侧。
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