红外测温系统研究与转换电路设计

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1、红外测温系统研究与转换电路设计中北大学2007届毕业设计说明书1绪论本课题的研究目的与意义温度测量技术应用十分广泛，而且在控制领域中也是一项非常重要的技术。在某些应用领域中，温度测量用的传感器不能与被测物体接触。首先，如果被测物体处于一个存在强电磁场的空间内，对于接触型的传感器来说，它必然受到强电磁场的影响，在传感器内部产生较大的电压或电流，可能由于高电压击穿传感器或大电流烧毁传感器；同时，传感器引出的信号线也会耦合出电压或电流，产生较大的噪声，甚至内部产生涡流并产生大量的热量烧毁信号线，不可能进行正常的

2、测量。其次，如果被测物体处于一个存在强腐蚀气体或液体的空间内，一般的接触型传感器和传感器的信号线会受到腐蚀。再者，如果被测物体处于高速运动中温度相当高，例如变速箱齿轮温度、高速滚动的轮胎温度，一般的温度传感器不能进行测量。在这样的环境中测量温度有两种选择，一是利用可以不受环境影响的传感器，二是传[1]感器可以远离被测物体所在的空间，利用非接触红外测温技术。非接触红外测温技术有较多的优点。第一利用非接触红外测温技术设计制造的温度测量仪器由于与被测物体不接触，不受被测物体环境的影响；第二可以不固定在某一个位置

3、上，很容易实现移动测量；第三红外辐射传感器种类较多，选择结构简单、易于实现的传感器，可以制造体积小、便于携带和使用方便的测温仪器；第四可以选择传感器制造结构简单的温度测量仪器，降低成本，易于推广应用；第五光学系统的种类也较多，能够选择合适的光学系统，在保证系统精度的前提下可以提高精度；第六可以优化温度测量仪器的光学系统，不但能降低成本和系统的复杂度，而且可以提高系统的精度。由于以上的众多优点，非接触红外测温有着广泛的应用前景。严格来说，凡温度处于绝对零度以上的物体都发出红外辐射，而且红外辐射的功率与物体的

4、温度有关。对于黑体来说，它的辐射功率与温度有严格的函数关系，共37页中北大学2007届毕业设计说明书所以黑体或非常接近黑体的物体的温度可以准确地由黑体辐射功率来确定。对于非黑体，则可由其辐射功率通过黑体辐射的有关定律以最佳的近似间接地测量它的温度。所以我们可以通过测量物体的红外辐射来测量物体的温度。这样可以实现非接[2]触红外温度测量。1.2国内外的研究现状及发展趋势1.2.1国外的研究现状近二十多年来，红外测温技术得到迅速发展,红外测温技术从一维测量发展为二维测量，较满意地解决了非接触测温要求。与传统测

5、温方法相比，红外测温有不可比拟的优点。比如响应速度快，灵敏度高及分辨率高。由于微电子技术（特别是单片机）的应用和红外接受器件的发展，红外测温系统得到很大的发展。单片机的应用使得不少复杂的电路可以由软件代替；还可提高仪器精度、扩充容量、增加功能、降低成本；使得测温系统智能化和小型化。国内外红外测温系统工业化生产已比较成熟，有许多定行产品。几家大公司占领大部分市场份额。日本的千野、横河、松下、川崎、精工、北辰、米诺他等公司生产的简易辐射温度计具有较高的水平。美国许多公司研制出各种便携式辐射温度计,如RAYTE

6、K公司的Ranynger系列、WAHL公司的DHS系列、UNITYPUWERSYSTEM公司的TM系列等。英国LAND公司和德国的IKE公司生产的红外测温仪都具有较高的准确度。1.2.2国内的研究现状国内的情况是科研发展较快。国内不少科研单位开发不少新产品。但在生产上不成熟，至今没有一个生产单位有较全的系列品种和较大的规模生产。只能利用国内产品在价格上的优势占领一部分国内市场。在国内研究单位和大学中，中国科学院自动化所在开发红外测温仪产品方面处于领先地位。1985年在国内率先研制出带微机的红外测温仪后，完

7、成了系列化产品开发；并已小批量生产红外测温仪近千台，供国内工矿企业和科研单位使用。最近推出的高性能、低价位（保持原产品高性能、如距离系数120：1；售价仅三千多元）红外测温仪在市场上具有较大竞争力。国内生产红外测温仪的厂家和研究所有:上海自动化三厂、云南仪表厂、中国科学院自[4]动化所、杭州无线电厂等。[3]1.2.3发展趋势随着工农业、国防事业、医学的发展,对温度测量越来越迫切。在某些场合,温共37页中北大学2007届毕业设计说明书度测量逐步上升为主要矛盾,引起了各方面的普遍重视。例如在不停机的情况下对

8、机械设备、电力设备、生产设备等进行温度测量;在不能造成产品的污染或损坏的情况下对生产过程中或仓库里的产品温度进行测量；在医学领域内,为了了解病人的身体状况,需对病人身体各个部分的温度进行安全的测量。在这种背景下,使用方便、可快速对物体温度进行非接触、无损测量的红外测温技术就得到了极大的发展。若测温不仅限于某一点,而是一个区域,则可以呈现温场分布的图像。红外测温仪的发展趋向小型化和微型化，在红外技术越来越被广泛应用的今天，相信红