专利名称：一种可测量物体发热面积的红外热像仪及其测量方法
技术领域：
本发明涉及红外光电子技术领域，具体来讲是一种可测量物体发热面积的红外热像仪及其测量方法。
背景技术：
红外热像仪是一种接受被测目标的红外辐射能量，从而获得红外热像图的仪器，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗来讲，红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量，转变为可见的热图像，让人们直观地观测到物体表面温度的分布情况。随着生产力水平的飞速发展，红外热像仪已经在越来越多的行业得到广泛应用，而环保节能产业因其巨大的经济和社会效益，日益受到政府的重视。环保节能产业关注的核心是能耗，而能耗普遍是以热的形式来表现，红外热像仪因其将热现象可视化并可测温 的功能，已经成为环保节能评估和合同能源管理工作中重要的检测仪器。但是仅仅获得温度参数是无法计算出能耗的，另一个必要参数就是物体表面特定温度区域的面积。由于温度区域是用肉眼无法观测的，即使用红外热像仪观测，有些温度区域受到温度和其他限制，如带电、高温等，人们无法接触温度区域，因此没有办法用常规的测量工具进行测量；另外我们所关心的温度区域，即温域，通常是一个不规则几何图形，并不容易与热像图中其他相对比较规则的图形进行比较，因此采用比较的方法测量温度面积，误差也较大。目前国内外普遍的红外热像仪种类繁多，部分红外热像仪可做到测量整个热图中任何一个像元点的温度，但是都无法直接从红外热像仪上测量出物体表面特定温度区域的面积。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可测量物体发热面积的红外热像仪及其测量方法，能够在测量物体红外热像图的同时，测量并显示出物体表面特定温度区间的区域面积，且结果比较准确，误差较小。为达到以上目的，本发明提供一种可测量物体发热面积的红外热像仪，包括相连的红外探测部分和成像测量部分，所述红外探测部分包括镜头和与其连接的红外探测器，成像测量部分包括与红外探测器相连的成像运算模块，还包括分别与成像运算模块连接的激光测距仪、角度测量组件、驱动电路，所述驱动电路还连接一个显示电路。在上述技术方案的基础上，所述成像运算模块包括信号处理电路、成像电路及运算电路。在上述技术方案的基础上，所述驱动电路驱动所述显示电路，显示电路设有位于红外热像仪外表面的显示器，激光测距仪设有测距镜头。在上述技术方案的基础上，所述角度测量组件包括水平定角旋转盘和垂直转角测量模块，水平定角w @是定值。本发明还提供一种基于上述红外热像仪的测量方法，包括如下步骤S1.红外探测部分将目标物体的红外辐射转变为电信号，并传入成像运算模块中，成像运算模块将电信号转变为图形信号；S2.角度测量组件包括的水平定角旋转盘，利用水平定角旋转盘和激光测距仪，测量计算出目标物体与红外热像仪的水平垂直距离L ；S3.角度测量组件测量出所述红外热像仪与目标物体之间的垂直转角Y，激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离Lm，结合水平垂直距离L计算出红外热像仪与测量目标的水平转角Co ；S4.成像运算模块内部的运算电路根据所述水平垂直距离L和水平转角《，再结合该红外热像仪参数，计算出目标物体表面指定温度发热区域面积S5.所述成像运算模块将图形信号和目标物体表面指定温度发热区域面积，分别经过驱动电路后，通过显示电路中的显示器显示。在上述技术方案的基础上，所述水平定角旋转盘的水平定角《^是定值。 在上述技术方案的基础上，所述步骤S2的详细步骤为S21.将所述红外热像仪旋转至水平定角旋转盘一则，并通过激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离，标记为Lmi，并将Lmi存入成像运算模块；S22.将所述红外热像仪旋转至水平定角旋转盘另一则，并通过激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离，标记为Lm2，并将Lm2存入成像运算模块；S23.成像运算模块计算出目标物体与红外热像仪的水平垂直距离L的公式为L =
_Z测1上测2sinft)定_
(上测1 + [测 2 — 2X^1, ZjjiJii2COSfys f在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中水平转角Co的计算公式为Arc cosco=—cos/。
Z测在上述技术方案的基础上，所述运算电路计算目标物体表面，在指定温度下的发热区域面积公式为
S =他_sing sin__cosf^^lcosf^^lcosf^lcosf,其中 S 为所述
V 2 J \ 2 ) V 2 J V 2 y
指定温度发热区域面积，N为指定温度发热区域像元的总数，L为所述水平垂直距离，a为红外热像仪的水平视场角，P为红外热像仪的垂直视场角，Y为所述垂直转角，《为所述水平转角，H为红外热像仪的水平像元数、V为红外热像仪的垂直像元数。在上述技术方案的基础上，所述红外热像仪在水平没有转角，S卩《为0时，指定温
NL2 tan — |siny9
度发热区域面积为S=4_^_o
H-V-(cos2^ + cosyff)本发明的有益效果在于在目标物体为带电、高温等无法接触的情况下，使用红外热像仪观察物体表面的红外热像图同时，还能够测量出物体指定温度区域的发热面积，供人们选取其关注的任意温度区域面积进行测量；即使目标物体表面某个温度的发热区域面积为不规则几何图形，也能较准确地显示其面积，为能耗检测及评估提供特定温度区域的面积参数，作为能耗计算的依据。
图I为本发明实施例可测量物体发热面积的红外热像仪的结构框图；图2为本发明实施例的方法流程图；图3为本发明实施例水平垂直距离L的测量示意图。附图标记红外探测部分1，镜头11，红外探测器12 ;成像测量部分2，成像运算模块21，激光测距仪22，角度测量组件23，驱动电路24，显示电路25。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。如图I所示，本发明可测量物体发热面积的红外热像仪，包括红外探测部分I和成像测量部分2，二者相连。外探测部分I包括镜头11和与其连接的红外探测器12，镜头11摄入目标物体，并将目标物体的红外辐射通过红外探测器12转变为电信号。成像测量部分包括成像运算模块21、激光测距仪22、角度测量组件23、驱动电路24和显示电路25。所述成像运算模块21与红外探测器12连接，用来接收红外探测器12传来的电信号，成像运算模块21内部包含信号处理电路、成像电路及运算电路。激光测距仪22、角度测量组件23、驱动电路24分别连接至成像运算模块21，其中激光测距仪22激光测距仪设有测距镜头，摄取目标物体后，激光测距仪22测量目标物体与所述红外热像仪之间距离；角度测量组件23包括水平定角旋转盘和垂直转角测量模块，水平定角旋转盘的水平定角《 s是定值，角度测量组件23能够对所述红外热像仪与目标物体之间的水平旋转角度和垂直转角(即仰角或俯角)进行测量计算；驱动电路24连接一个显示电路25，且用来驱动该显示电路25，显示电路25还设有位于红外热像仪外表面的显示器。如图2所示，本发明基于所述可测量物体发热面积的红外热像仪的测量方法，包括如下步骤SI.红外探测部分I通过镜头11摄取目标物体，红外探测器12将目标物体的红外辐射转变为电信号，并传入成像测量部分2中，成像运算模块21将电信号转变为图形信号。S2.角度测量组件包括水平定角旋转盘，水平定角旋转盘的水平定角《@是定值，例如《 3°。利用水平定角旋转盘和激光测距仪，测量计算出目标物体与红外热像仪的水平垂直距离L，如图3所示为水平垂直距离L的测量示意图，其具体测量步骤如下S21.将所述红外热像仪旋转至水平定角旋转盘一则，并通过激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离，标记为Lmi，并将Lmi存入成像运算模块；S22.将所述红外热像仪旋转至水平定角旋转盘另一则，并通过激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离，标记为L3m2，并将L3m2存入成像运算模块；S23.成像运算模块计算出目标物体与红外热像仪的水平垂直距离L的公式为
_{测1上测2如出定_。
(Z测I +上测2 ~^^m\^m2C0SC0&fS3.角度测量组件测量出所述红外热像仪与目标物体之间的垂直转角Y，激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离L3r结合水平垂直距离L，计算出红外热像仪与测量目标的水平转角《，水平转角《的计算公式为Arc可
以选取上述Lswi或Lsw2任意一个值。S4.成像运算模块内部的运算电路根据所述水平垂直距离L和水平转角《，再结合该红外热像仪参数，计算出目标物体表面指定温度发热区域面积。所利用的计算公式为
NTi_sina sin/ _f2co + a) (2co-a^ (2y + j3^ (2y-p) 式 L cos - cos - cos —— cos —v
I 2 J I 2 J I 2 J I 2 J其中S为所述指定温度发热区域面积，N为指定温度发热区域像元的总数，L为所述水平垂直距离，a为红外热像仪的水平视场角，P为红外热像仪的垂直视场角，Y为所·述垂直转角，《为所述水平转角，H为红外热像仪的水平像元数、V为红外热像仪的垂直像元数。由于红外热像仪可做到测量整个热图中任何一个像元的温度，也就是说每一个像元都有一个确定的温度值，因此我们将目标物体表面发热区域面积的指定温度输入到本发明的红外热像仪中，本发明的红外热像仪能够提取出该指定温度下，所有像元的总数N。而L、a、H、V为所述红外热像仪出厂时，内部设置的具体参数，均为已知，H V为所述红外热像仪全屏时的最大测量面积。S5.所述成像运算模块将图形信号和目标物体表面指定温度发热区域面积S，分别经过驱动电路后，通过显示电路中的显示器显示。另外，当所述红外热像仪在水平没有转角，S卩《为0时，将其带入式I中，得出指定温度发热区域面积为
NL2tan[ -IsinyAs=4_[2J式 2。
H-V- (cOS2^ + COSyff)本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种可测量物体发热面积的红外热像仪，包括相连的红外探测部分和成像测量部分，其特征在于所述红外探测部分包括镜头和与其连接的红外探测器，成像测量部分包括与红外探测器相连的成像运算模块，还包括分别与成像运算模块连接的激光测距仪、角度测量组件、驱动电路，所述驱动电路还连接一个显示电路。
2.如权利要求I所述的可测量物体发热面积的红外热像仪，其特征在于所述成像运算模块包括信号处理电路、成像电路及运算电路。
3.如权利要求I所述的可测量物体发热面积的 红外热像仪，其特征在于所述驱动电路驱动所述显示电路，显示电路设有位于红外热像仪外表面的显示器，激光测距仪设有测距镜头。
4.如权利要求I所述的可测量物体发热面积的红外热像仪，其特征在于所述角度测量组件包括水平定角旋转盘和垂直转角测量模块，水平定角《 ￡是定值。
5.一种基于权利要求I中红外热像仪的测量方法，其特征在于，包括如下步骤 51.红外探测部分将目标物体的红外辐射转变为电信号，并传入成像运算模块中，成像运算模块将电信号转变为图形信号； 52.角度测量组件包括的水平定角旋转盘，利用水平定角旋转盘和激光测距仪，测量计算出目标物体与红外热像仪的水平垂直距离L ； 53.角度测量组件测量出所述红外热像仪与目标物体之间的垂直转角Y，激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离L3r结合水平垂直距离L计算出红外热像仪与测量目标的水平转角《 ； 54.成像运算模块内部的运算电路根据所述水平垂直距离L和水平转角《，再结合该红外热像仪参数，计算出目标物体表面指定温度发热区域面积； 55.所述成像运算模块将图形信号和目标物体表面指定温度发热区域面积，分别经过驱动电路后，通过显示电路中的显示器显示。
6.如权利要求5所述的红外热像仪的测量方法，其特征在于所述水平定角旋转盘的水平定角w @是定值。
7.如权利要求6所述的红外热像仪的测量方法，其特征在于所述步骤S2的详细步骤为 521.将所述红外热像仪旋转至水平定角旋转盘一则，并通过激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离，标记为L ■:，并将L ■:存入成像运算模块； 522.将所述红外热像仪旋转至水平定角旋转盘另一则，并通过激光测距仪测量目标物体到所述红外热像仪之间的距离，标记为Lm2，并将L3m2存入成像运算模块； 523.成像运算模块计算出目标物体与红外热像仪的水平垂直距离L的公式为
8.如权利要求5所述的红外热像仪的测量方法，其特征在于所述步骤S3中水平转角
9.如权利要求5所述的红外热像仪的测量方法，其特征在于所述运算电路计算目标物体表面，在指定温度下的发热区域面积公式为
10.如权利要求9所述的红外热像仪的测量方法，其特征在于所述红外热像仪在水平 没有转角，即《为0时，指定温度发热区域面积为
全文摘要
一种可测量物体发热面积的红外热像仪及其测量方法，涉及红外光电子技术领域，包括相连的红外探测部分和成像测量部分，红外探测部分包括镜头和与其连接的红外探测器，成像测量部分包括与红外探测器相连的成像运算模块，还包括分别与成像运算模块连接的激光测距仪、角度测量组件、驱动电路，所述驱动电路还连接一个显示电路；成像运算模块将激光测距仪、角度测量组件的测量参数计算，得出目标物体表面指定温度发热区域面积，并通过显示电路显示。本发明能够在测量物体红外热像图的同时，测量并显示出物体表面特定温度区间的区域面积，且结果比较准确，误差较小。
文档编号G01J5/10GK102680111SQ201210176858
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者盛明时 申请人:呼和浩特市海瑞节能环保科技服务有限责任公司