一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路技术，热力学技术领域，特别涉及一种红外耳温计校准专用 三腔黑体辐射源装置及方法。
【背景技术】
[0002] 体温是人体一项重要基本生理指标，是临床疾病诊断和生命状态判定的重要依据 之一，尤其在严重急性呼吸系统综合症、禽流感等大规模流行病防治及控制中，体温的快速 准确测定尤为重要。红外耳温计具有测量速度快、耳温计本身与被测者不直接接触和对环 境不产生污染等优点，应用日渐广泛。我国已具有一定的耳温计生产能力，也建立了稳定可 靠的耳温计校准方法和统一的产品评估标准。现阶段已有的红外耳温计校准装置都是通过 设计黑体辐射源标准装置来校准的，只是加热黑体空腔的方式不一样，有用电加热式耳温 计校准装置，还有水浴式耳温计校准装置。但是它们都有一个共同点，就是黑体空腔的数目 只有一个。
[0003] 由于把黑体空腔加热并稳定在40左右需要比较长的时间，而耳温计校准并不是校 准一个温度，一般需要校准3个温度，例如35°(：，37°(：，41°(：，如果只有一个黑体空腔，加热到 35°C以后再加热到37°C需要比较长的时间，37°C加热到41°C也需要比较长的时间，如果需 要从41°C度冷却到35°C或者37°C需要的时间就更加长了。这样校准一个红外耳温计就需要 比较长的时间，而且温度变化不灵活。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种红外耳温计校准专用三腔黑体辐射源装 置及方法。本发明设计了三个黑体空腔，同时对三个黑体空腔加热到不同的温度，从而可以 快速方便的校准红外耳温计，快捷灵活。
[0005] 本发明一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准装置，包括:单片机主控模块、 温度显示模块、温度设定模块、第一黑体辐射源、第二黑体辐射源和第三黑体辐射源；
[0006] 所述的三个黑体辐射源结构完全相同，每个黑体辐射源包括可控硅、A/D转换电 路、保护电路、保温模块、加热模块、温度传感器模块和黑体空腔；
[0007] 可控硅的信号输出端口与保护电路的输入端连接，保护电路的输出端与加热模块 的信号输入端口连接，加热模块设置在黑体空腔外侧，加热模块和黑体空腔包裹在保温模 块内，黑体空腔上设置有温度传感器模块，温度传感器模块的信号输出端与A/D转换电路连 接；
[0008] 温度设定模块的信号输出端与单片机主控模块的温度设定信号输入端口连接，温 度显示模块的信号输入端口与单片机主控模块的温度显示信号输出端口连接，三腔黑体辐 射源中的可控硅的信号输入端口与单片机主控模块的一个控制信号输出端口连接，三腔黑 体辐射源中的A/D转换电路的信号输出端口与单片机主控模块的一个控制信号输入端口连 接。
[0009] 所述的加热模块是选用外层绝缘的R0HAM电热带，其均匀缠绕在黑体空腔外面。
[0010] 所述的黑体空腔直径为60_，腔长为220mm，满足一般红外辐射温度计对辐射源面 积的要求。
[0011] 所述的保温模块是在黑体空腔外面均匀的涂上了一层耐火砖。
[0012] 所述的三腔黑体辐射源的稳定温度分别是35°C，37°C，41°C。
[0013] 一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准装置的校准方法，该方法具体包括以 下步骤：
[0014] 1)启动单片机，对整个系统进行初始化，对PID控制算法中的参数赋初值，同时控 制可控硅接通电源，给三路加热模块同时供电；
[0015] 2)温度传感器依次读取三路黑体空腔的温度值，并经过A/D转换为数字量传给单 片机系统，系统依次对每一路的黑体空腔温度进行判断是否有异常，如果有异常，对应的那 一路就产生警报，同时保护电路断开可控硅电源。如果温度没有异常，则在显示屏显示三路 黑体空腔的温度；
[0016] 3)给定PID控制算法的输入值为第一路黑体空腔的实时温度，PID控制算法通过给 定的实时温度和第一路温度设定值控制第一路可控硅输出功率的大小。
[0017] 4)给定PID控制算法的输入值为第二路黑体空腔的实时温度，PID控制算法通过给 定的实时温度和第二路温度设定值控制第二路可控硅输出功率的大小。
[0018] 5)给定PID控制算法的输入值为第三路黑体空腔的实时温度，PID控制算法通过给 定的实时温度和第三路温度设定值控制第三路可控硅输出功率的大小。
[0019] 6)跳到第二步依次执行2)，3)，4)，5)步骤，直到黑体空腔的温度稳定下来。
[0020] 7)等到三路黑体空腔的温度达到稳定值，然后就可以用这三个具有不同的稳定温 度的黑体空腔对红外耳温计校准。
[0021] 8)校准完毕关闭系统。
[0022]的PID控制算法原理如下：
[0023] 温度调节采用积分分离PID控制方法。系统接收黑体空腔温度设定值，通过温度传 感器测量的黑体空腔温度作为温度实际值，黑体空腔温度给定值和实际值的差作为温度 PID控制器的输入。PID控制器的输出作为可控硅的输入，来调节可控硅的输出功率大小，从 而达到控制加热模块温度变化的目的。由于在系统刚启动、或者温度设定值大幅度增减时， 短时间内系统输出有很大的偏差，如果使用一般的PID控制算法将会导致积分不断积累，弓丨 起系统有较大的超调，甚至会导致系统震荡。因此，在温度调节中引进了积分分离的PID控 制算法，积分分离PID控制算法即保持了积分作用，又减少了超调量，下面给出积分分离PID 的控制方程：
[0024] (1)首先引入一个阈值?>0和积分项系数a;
[0025] (2)当偏差丨e(k):| > ?时，a = 0，采用PD控制，使得系统有较快的响应，同时又可避 免较大的超调；
[0026] (3)当偏差|e(k)| <= ?时，a = l，采用PID控制，从而保证了系统控制精度；
[0027] (4)将温度PID控制方程写成积分分离PID形式
[0028]
[0029] 当 |e.(k)丨 >:?时，即a = 0时，
[0030]
[0036] KP为比例系数;Ti为积分时间常数;TD为微分时间常数;k为速度采样时刻;T为采样 周期。
[0037] 本发明使用一种较为简单的校准装置，操作方便，使红外耳温计的校准更加便捷、 快速，操作过程更加简单，性价比高，为红外耳温计的校准提供了相应的技术保证。
【附图说明】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0039]图1是红外耳温计校准专用三腔黑体辐射源装置的硬件结构总体框图；
[0040]图2是本发明的流程图；
[0041 ]图3是本发明中PID控制算法流程图。
【具体实施方式】
[0042]如图1所示，一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准装置，包括:单片机主控 模块、温度显示模块、温度设定模块、第一黑体辐射源、第二黑体辐射源和第三黑体辐射源； 所述的单片机主控模块采用的型号为AT89C52;
[0043]所述的三个黑体辐射源结构完全相同，每个黑体辐射源包括可控硅3、A/D转换电 路9、保护电路8、保温模块4、加热模块6、温度传感器模块7和黑体空腔5;
[0044]可控硅3的信号输出端口与保护电路8的输入端连接，保护电路8的输出端与加热 模块6的信号输入端口连接，加热模块设置在黑体空腔5外侧，加热模块6和黑体空腔包裹在 保温模块4内，黑体空腔5上设置有温度传感器模块7,温度传感器模块7的信号输出端与A/D 转换电路9连接；
[0045]温度设定模块12信号输出端与单片机主控模块1的温度设定信号输入端口连接， 温度显示模块2的信号输入端口与单片机主控模块1的温度显示信号输出端口连接，三腔黑 体辐射源中的可控硅的信号输入端口与单片机主控模块的一个控制信号输出端口连接，三 腔黑体辐射源中的A/D转换电路的信号输出端口与单片机主控模块的一个控制信号输入端 口连接。
[0046] 所述的加热模块是选用外层绝缘的R0HAM电热带，其均匀缠绕在黑体空腔外面。
[0047] 所述的黑体空腔直径为60_，腔长为220mm，满足一般红外辐射温度计对辐射源面 积的要求。
[0048] 所述的保温模块是在黑体空腔外面均匀的涂上了一层耐火砖。
[0049]所述的三腔黑体辐射源的稳定温度分别是35°C，37°