CN214309157U - 红外测温及监控系统 - Google Patents

Abstract

一种红外测温及监控系统包括：标定模块，包括黑体辐射源，黑体辐射源具有至少两个发射率不同的区域，用于在同一设定温度下形成至少两个不同的表观温度；探测模块，用于探测黑体辐射源及被测目标物的红外辐射；数据处理模块，能够根据表观温度及其对应的红外辐射形成标定数据，以实现对红外测温及监控系统的校准，且能够对探测模块的数据进行处理，获得被测目标物的特征信息。本实用新型将标定模块集成在系统中，可实时对红外测温及监控系统进行校准，大大提高了红外测温及监控系统测温及检测的准确度。同时，同一黑体辐射源在同一预设温度下能够产生至少两个表观温度，实现了多温度点标定，提高了校准精度。

Description

红外测温及监控系统

技术领域

本实用新型涉及红外测温及红外成像技术领域，尤其涉及一种红外测温及监控系统。

背景技术

红外测温及监控系统是基于红外热成像的非接触式测控系统，在工作时被测温场不受干扰，可以获得较为准确的结果。不需要与被测对象接触，可以避免交叉感染，并且兼具快速和动态测温的特点，因此得到广泛应用。结合人脸识别技术，还可以拓展出多种智能应用场景。

红外测温及监控系统极易受到环境温度、湿度或风向等环境因素的影响而发生输出数据漂移，加上器件输出稳定性和非线性等影响，最终表现为测温数据精度不高和不稳定，从而给应用造成很多困扰。另外，随着红外探测器的使用时长的增加，红外探测器的测温精度逐渐下降，测定准确性也逐渐下降。

现有红外测温系统为提高测温精度，在红外主机视场范围内安放一个黑体作为标准温度源，对测温数据进行修正。但是外置黑体部署不便，需要额外为安装黑体提供相关的配套设施和空间，且黑体只能提供一个温度参考点，无法实现多温度点同时校准；另外，外置黑体一直出现在红外测温系统视场范围之内，会阻挡部分视野对长期红外监控等特殊应用场合，导致监测目标信息丢失问题。如何实现多温度点同时精准校准，怎么部署校准黑体，简化红外测温模块结构，实现外置黑体自适应功能，解决外置校正黑体不阻挡被测物体等问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种红外测温及监控系统，其能够在同一黑体控温点下形成不同的表观温度参考点，实现多温度点同时校准，同时提高红外测温系统的精度以及测定连续性。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种红外测温及监控系统，用于对被测目标物进行温度测试及红外监控，其包括：标定模块，包括黑体辐射源，所述黑体辐射源具有至少两个发射率不同的区域，用于在同一设定温度下形成至少两个不同的表观温度；探测模块，用于探测所述黑体辐射源及所述被测目标物的红外辐射；数据处理模块，能够根据所述表观温度及其对应的红外辐射形成标定数据，以实现对红外测温及监控系统的校准，且能够对所述探测模块的数据进行处理，获得所述被测目标物的特征信息。

在本实用新型一具体实施方式中，将所述黑体辐射源划分为至少两个区域，每一区域覆盖具有不同发射率的材料，以使得所述黑体辐射源具有至少两个发射率不同的区域。

在本实用新型一具体实施方式中，还包括控制模块，所述控制模块与所述标定模块及所述数据处理模块连接，用于控制所述黑体辐射源的位置及温度。

在本实用新型一具体实施方式中，所述控制模块还包括位置控制单元及温控单元，所述位置控制单元与所述黑体辐射源连接，用于控制所述黑体辐射源的位置，所述温控单元用于控制所述黑体辐射源的温度达到设定温度。

在本实用新型一具体实施方式中，所述温控单元与所述数据处理模块连接，用于将所述黑体辐射源的设定温度传输至所述数据处理模块。

在本实用新型一具体实施方式中，所述标定模块还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述黑体辐射源的实时温度，且所述温度检测单元与所述数据处理模块连接，用于将所述黑体辐射源的实时温度传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块能够根据所述实时温度对所述标定数据进行校准。

在本实用新型一具体实施方式中，所述探测模块包括至少一光学镜头及至少一红外探测器，所述黑体辐射源及所述被测目标物的红外辐射经所述光学镜头汇聚在所述红外探测器上，所述红外探测器获取所述红外辐射，并将其转换为电信号。

在本实用新型一具体实施方式中，所述红外探测器为单波段或多波段探测器。

在本实用新型一具体实施方式中，所述探测模块包括多个红外探测器，利用多个所述红外探测器同时获得被测目标物在不同波段下的图像信息，以实现多波段图像融合。

在本实用新型一具体实施方式中，所述标定模块包括多个黑体辐射源，所述多个黑体辐射源距离所述探测模块的距离不同。

在本实用新型一具体实施方式中，所述多个黑体辐射源被控制具有相同或不同的温度。

本实用新型的优点在于，将标定模块集成在系统中，则在所述红外测温及监控系统出厂后，可实时对红外测温及监控系统进行校准，大大提高了红外测温及监控系统测温及检测的准确度。同时，在进行校准时，同一黑体辐射源在同一预设温度下能够产生至少两个表观温度，实现了多温度点标定，提高了校准精度。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式提供的红外测温及监控系统的截面结构示意图；

图2本实用新型一种具体实施方式提供的红外测温及监控系统的立体结构示意图

图3是本实用新型一具体实施方式提供的红外测温及监控系统的黑体辐射源表面示意图；

图4是本实用新型另一具体实施方式提供的红外测温及监控系统的截面结构示意图；

图5及图6是本实用新型一具体实施方式提供的红外测温及监控系统的工作原理示意图。

具体实施方式

研究发现，红外测温系统的测试精度极易受到环境温度、湿度或风向等环境因素的影响而发生输出数据漂移，加上器件输出稳定性和非线性等影响，最终表现为测温数据精度不高和不稳定，需要对测温系统进行标定。测温标定的过程一般是在生产厂家利用标准黑体辐射源完成。主要采用多个不同温度的黑体作为温度基准，使基准黑体的红外光充满红外探测器的视场，通过采集不同温度黑体辐射时的传感器输出电压，拟合出测温曲线，从而达到非接触测温的功能。但是，在出厂后的使用过程中，随着环境条件变化或者红外探测器、仪器等的老化，输出的测温曲线逐渐偏移，红外系统的测温精度逐渐下降，测定准确性也逐渐下降。

并且，这种情况下，若需要返厂重新标定，费时费力。

下面将结合本实用新型具体实施方式中的附图，对本实用新型具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅是本实用新型一部分具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本实用新型中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型一具体实施方式中的红外测温及监控系统的截面结构示意图，图2本实用新型的一种具体实施方式中的红外测温及监控系统的立体结构示意图，在本具体实施方式中，提供了一种红外测温及监控系统，用于对被测目标物进行温度测试及红外监控。

请参阅图1及图2，所述红外测温及监控系统包括标定模块、探测模块2、数据处理模块3。所述红外测温及监控系统还包括外壳5，所述外壳5用于对各模块进行机械结构支撑及固定。

所述标定模块用于提供实时校准所述红外测温及监控系统的基准。所述标定模块包括黑体辐射源1，所述黑体辐射源1具有至少两个发射率不同的区域，用于在同一设定温度下下形成至少两个不同的表观温度。

进一步，所述黑体辐射源1具有朝向所述探测模块2的表面。在所述黑体辐射源1朝向所述探测模块2的表面，具有至少两个发射率不同的区域。如图3所示，其为黑体辐射源1表面示意图，在本具体实施方式中，在所述黑体辐射源1朝向所述探测模块2的表面具有两个区域，分别为A区域及B区域，两个区域的发射率不同，这使得在黑体辐射源1的温度被控制在某一设定温度时，两个区域辐射出红外辐射能量不同，从而使得两个区域具有不同的表观温度。例如，控制黑体辐射源1的温度达到设定温度T1，则A区域的表观温度为T2，B区域的表观温度则为T3，其中，表观温度T2与表观温度T3不相等，黑体辐射源1的设定温度T1可与表观温度T2相等，也可与表观温度T3相等，也可与表观温度T2及表观温度T3均不相等。

进一步，将所述黑体辐射源1划分为至少两个区域，每一区域覆盖具有不同发射率的材料，以使得所述黑体辐射源1具有至少两个发射率不同的区域。例如，在本具体实施方式中，将所述黑体辐射源1划分为区域A及区域B，则在所述标定模块朝向所述探测模块2一侧，在所述黑体辐射源1的A区域及B区域的表面分别覆盖具有不同发射率的材料，使得A区域及B区域的发射率不同。在本实用新型另一具体实施方式中，也可仅在其中一个区域覆盖材料，该种材料与黑体辐射源1本体材料的发射率不同，另一区域为黑体辐射源1本体材料，从而也能够实现所述黑体辐射源1具有至少两个发射率不同的区域的目的。

进一步，在本具体实施方式中，在所述黑体辐射源1的A区域及B区域的表面分别覆盖具有不同发射率的材料，且该两种材料与黑体辐射源1本体材料的发射率不同，这使得黑体辐射源1的温度T1与表观温度T2及表观温度T3均不相等；在本实用新型另一具体实施方式中，仅在A区域覆盖材料，该种材料与黑体辐射源1本体材料的发射率不同，B区域为黑体辐射源1本体材料，则黑体辐射源1的设定温度T1与B区域的表观温度T3相等，且与A区域的表观温度T2不相等。

在本实用新型其他具体实施方式中，所述黑体辐射源1也可具有三个及以上发射率不同的区域，以在同一预设温度下提供更多的表观温度。

所述探测模块2用于探测所述黑体辐射源1及所述被测目标物的红外辐射。当需要对红外测温及监控系统进行标定时，所述探测模块2探测所述黑体辐射源1的红外辐射；当对被测目标物进行温度测试及红外监控时，所述探测模块2探测被测目标物的红外辐射。所述探测模块2能够将红外辐射转换为电信号，以传输至数据处理模块3。

进一步，所述探测模块2包括至少一光学镜头21及至少一红外探测器22。所述黑体辐射源1及所述被测目标物的红外辐射经所述光学镜头21汇聚在所述红外探测器22上，所述红外探测器22获取所述红外辐射，并将其转换为电信号。所述光学镜头21可以为红外、近红外及可见光等镜头，也可以是单光学镜头及多光学镜头。所述红外探测器22可为单波段或者多波段探测器，例如红外探测器22为短波、中波及长波等不同波长的单波段探测器或多波段探测器。多波段红外探测器能够同时获得被测目标物在不同波段下的图像信息，实现多波段图像融合。

在本具体实施方式中，所述探测模块2包括一个光学镜头21及一个所述红外探测器22，而在本实用新型其他具体实施方式中，所述探测模块2可包括多个光学镜头21及多个红外探测器22。例如，在本实用新型红外测温及监控系统中，多个不同波段的单波段红外探测器能够同时获得被测目标物在不同波段下的图像信息，实现多波段图像融合。

所述数据处理模块3能够根据所述表观温度及其对应的红外辐射转换而成的电信号形成标定数据，以实现对红外测温及监控系统的校准，且能够对所述探测模块的数据进行处理，获得所述被测目标物的特征信息。

其中，所述表观温度可为已知数据，其能够存储在所述数据处理模块3中。具体地说，可在红外测温及监控系统出厂之前，控制所述黑体辐射源1达到某一设定温度；在该设定温度下，测量所述黑体辐射源1发射率不同的区域的温度，该温度即为该区域对应的表观温度，并将其存储在所述数据处理模块3中。在所述红外测温及监控系统出厂后，若需要对红外测温及监控系统进行校准，则控制所述黑体辐射源1达到某一设定温度，并检测该设定温度下黑体辐射源1不同区域的红外辐射，其中，该设定温度对应的黑体辐射源1的不同区域的表观温度已经预先存储在所述数据处理模块3中，所述数据处理模块3根据检测的所述红外辐射的数据以及所述表观温度，获取标定数据，以校准所述红外测温及监控系统。

进一步，所述标定数据可为标定曲线。具体地说，所述数据处理模块3以所述表观温度为横坐标，以红外辐射的电信号为纵坐标，形成标定曲线。当红外测温及监控系统工作时，探测模块2检测被测目标物的红外辐射，并把红外辐射转换为电信号传输给数据处理模块3，数据处理模块3在标定曲线上查找所述电信号，从而获取到该电信号对应的温度，所述数据处理模块3输出所述被测目标物的特征信息。其中，所述特征信息包括所述被测目标物的温度信息及红外图像信息。

本实用新型红外测温及监控系统将标定模块集成在系统中，则在所述红外测温及监控系统出厂后，可实时对红外测温及监控系统进行校准，大大提高了红外测温及监控系统测温及检测的准确度。同时，在进行校准时，同一黑体辐射源1在同一预设温度下能够产生至少两个表观温度，实现了多温度点标定，提高了校准精度。

进一步，在本具体实施方式中，所述红外测温及监控系统还包括控制模块(附图中未标示)。所述控制模块与所述标定模块连接，用于控制所述黑体辐射源1的位置及温度。其中，在本具体实施方式中，所述标定模块通过所述控制模块与所述外壳5相连。

进一步，在本具体实施方式中，所述控制模块包括位置控制单元4及温控单元(附图中未标示)。

所述位置控制单元4与所述黑体辐射源1连接，用于控制所述黑体辐射源1的位置。在本实用新型一具体实施方式中，所述位置控制单元4为一伸缩机构，其能够相对于探测模块2伸缩，以使所述黑体辐射源1相对于所述探测模块2的位置发生改变。在采用所述标定模块进行温度校准时，位置控制单元4控制标定模块移动至探测模块2的视场范围之内，完成温度校准后，位置控制单元4控制标定模块移动至探测模块2的视场范围之外，避免阻挡被测目标物。进一步，在本实用新型一具体实施方式中，所述位置控制单元4还能够实现标定模块的前后移动、上下移动及旋转等操作，以满足不同需求。

所述温控单元用于控制所述黑体辐射源1的温度达到设定温度。当需要所述黑体辐射源1达到设定温度时，所述温控单元控制所述黑体辐射源1升温，以达到设定温度。在本实用新型一具体实施方式中，所述温控单元可集成在所述位置控制单元4内，也可位于所述红外测温及监控系统的外壳5内。所述温控单元还与所述数据处理模块3连接，用于将所述黑体辐射源1的设定温度传输至所述数据处理模块3。

进一步，由于环境影响及控制误差，所述黑体辐射源1的设定温度与所述黑体辐射源1的实际温度可能会有差别，因此，所述标定模块还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述黑体辐射源1的实时温度，且所述温度检测单元与所述数据处理模块3连接，用于将所述黑体辐射源1的实时温度传输至所述数据处理模块3，所述数据处理模块3能够根据所述实时温度对设定温度进行实时补偿，以提高所述标定曲线的准确度及精度。其中，在本具体实施方式中，所述温度检测单元为温度传感器。

在上述具体实施方式中，所述标定模块包括一个黑体辐射源1，在本实用新型其他具体实施方式中，所述标定模块包括多个黑体辐射源1，所述多个黑体辐射源1至所述探测模块2的距离不同。请参阅图4，其为本实用新型另一具体实施方式中红外测温及监控系统的截面结构示意图，在本具体实施方式中，所述红外测温及监控系统包括两个黑体辐射源，分别为黑体辐射源10及黑体辐射源11，黑体辐射源10及黑体辐射源11至所述探测模块2的距离不同，以测试不同位置时温度标定模块的红外信息，拟合出背景对目标物红外辐射的衰减系数。具体地说，黑体辐射源10及黑体辐射源11位于至所述探测模块2不同距离的位置处，对黑体辐射源10及黑体辐射源11施加同一预设温度，则根据同一时间相同预设温度下不同位置处探测模块2探测到的黑体辐射源的红外辐射信息，计算出背景环境对被测目标物红外辐射的衰减作用，可拟合出环境背景对红外辐射的衰减系数，进而可实现对红外测温系统的进一步校准。

进一步，对多个黑体辐射源1也可施加不同的预设温度，实现不同位置、不同温度物体的同时测试，获取标定数据，形成标定曲线，从而使测试系统更加精准。

图5及图6是本实用新型一具体实施方式提供的红外测温及监控系统的工作原理示意图。

请参阅图5，当需要对红外测温及监控系统进行温度校准时，根据数据处理模块3的指令，移动标定模块(也可是黑体辐射源1)至需要位置，此时标定模块在光学镜头21之前，其通过光学镜头21成像在红外探测器22上，数据处理模块3根据黑体辐射源1提供的表观温度及红外探测器检测的表观温度对应的红外辐射信息，拟合出标定曲线，从而达到对系统校准的目的。当完成测温校准时，其标定模块可以进行收缩，返回其初始位置，而不干扰测温及监控系统成像。

请参阅图6，当红外测温及监控系统处于正常测温及监控时，其不需要进行温度校准，被测目标物7的红外辐射通过光学镜头21汇聚在红外探测器22上，红外探测器22检测目标物体的红外辐射并转换成包含目标温度信息的电信号，并把电信号传输给数据处理模块3，数据处理模块3对电信号进行数据处理并输出结果。而此时，标定模块(或黑体辐射源1)处于收缩状态，可通过控制模块移动标定模块，使其贴近壳体5，或是隐藏在壳体6内部，减小壳体5的外观体积，同时也使壳体5更加简洁和美观，标定模块通过光学镜头21的成像图像在红外探测器22检测范围之外，从而不影响红外测温及监控系统全画幅测控，特别是对于被测目标物不能被阻挡的特殊监控场合比较适用。

进一步，对于需要实时校准的场合，标定模块(也可是黑体辐射源1)可一直处于红外探测器检测范围之内，达到对红外测温及监控系统的实时校准。

本实用新型还提供一种上述的红外测温及监控系统的校准方法。所述校准方法包括如下步骤：

步骤S10，控制黑体辐射源工作在多个设定温度下，每一设定温度下均形成至少两个已知表观温度，以使每一所述黑体辐射源发出至少两种红外辐射，则多个设定温度能够形成设定温度倍数的表观温度。具体地说，控制模块的温控单元可控制黑体辐射源工作在多个设定温度下。

其中，所述表观温度预先存储在数据处理模块中。本实用新型提供一种获得所述已知表观温度的方法，其包括如下步骤：控制所述黑体辐射源达到设定温度；在该设定温度下，测量所述黑体辐射源发射率不同的区域的温度，该温度即为该区域对应的表观温度。

步骤S11，检测所述红外辐射。在每一设定温度下，利用探测模块检测所述表观温度对应的所述红外辐射，并将所述红外辐射转换为电信号。

步骤S12，根据检测的所述红外辐射的数据以及所述表观温度，获取标定数据，以校准所述红外测温及监控系统。所述数据处理模块3能够自所述探测模块2获得红外辐射对应的电信号，并将该电信号与表观温度对应，形成表观温度-电信号数据对，根据所述数据对形成标定数据，例如，在本具体实施方式中，根据所述数据对形成标定曲线，在本实用新型其他具体实施方式中，也可根据所述数据对形成数据对表格。

在所述红外测温及监控系统对被测目标物进行测量时，探测模块获取被测目标物的红外辐射，并将其转换为电信号，数据处理模块3接收所述电信号，并在标定数据中产生所述电信号对应的温度，该温度即为所述被测目标物的温度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外测温及监控系统，用于对被测目标物进行温度测试及红外监控，其特征在于，包括：

标定模块，包括黑体辐射源，所述黑体辐射源具有至少两个发射率不同的区域，用于在同一设定温度下形成至少两个不同的表观温度；

探测模块，用于探测所述黑体辐射源及所述被测目标物的红外辐射；

数据处理模块，能够根据所述表观温度及其对应的红外辐射形成标定数据，以实现对红外测温及监控系统的校准，且能够对所述探测模块的数据进行处理，获得所述被测目标物的特征信息。

2.根据权利要求1所述的红外测温及监控系统，其特征在于，将所述黑体辐射源划分为至少两个区域，每一区域覆盖具有不同发射率的材料，以使得所述黑体辐射源具有至少两个发射率不同的区域。

3.根据权利要求1所述的红外测温及监控系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块与所述标定模块及所述数据处理模块连接，用于控制所述黑体辐射源的位置及温度。

4.根据权利要求3所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述控制模块还包括位置控制单元及温控单元，所述位置控制单元与所述黑体辐射源连接，用于控制所述黑体辐射源的位置，所述温控单元用于控制所述黑体辐射源的温度达到设定温度。

5.根据权利要求4所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述温控单元与所述数据处理模块连接，用于将所述黑体辐射源的设定温度传输至所述数据处理模块。

6.根据权利要求5所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述标定模块还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述黑体辐射源的实时温度，且所述温度检测单元与所述数据处理模块连接，用于将所述黑体辐射源的实时温度传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块能够根据所述实时温度对所述标定数据进行校准。

7.根据权利要求1所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述探测模块包括至少一光学镜头及至少一红外探测器，所述黑体辐射源及所述被测目标物的红外辐射经所述光学镜头汇聚在所述红外探测器上，所述红外探测器获取所述红外辐射，并将其转换为电信号。

8.根据权利要求7所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述红外探测器为单波段或多波段探测器。

9.根据权利要求8所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述探测模块包括多个红外探测器，利用多个所述红外探测器同时获得被测目标物在不同波段下的图像信息，以实现多波段图像融合。

10.根据权利要求1所述的红外测温及监控系统，其特征在于，所述标定模块包括多个黑体辐射源，所述多个黑体辐射源距离所述探测模块的距离不同。

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