专利名称：一体化光纤红外测温装置的制作方法
技术领域：
一体化光纤红外测温装置技术领域[0001]本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种一体化光纤红外测温装置。
背景技术：
[0002]在工业生产中有许多高温环境，如金属冶炼、发电厂大型锅炉、化工生产等。为保 证生产设备安全及产品的品质，对这些高温环境进行准确实时的监测十分必要。目前，红外 测温是一种最有效的监测方法，它是一种非接触测温的方法，测温元件不需与被测介质接 触，而通过其热辐射来测量温度。随着工农业、国防事业和医学的发展，对温度测量的精准 度要求越来越高。在某些场合，红外测温技术已引起了各方面的普遍重视。[0003]但是，传统红外测温系统具有瞄准与测量不同轴、易受环境干扰，测量误差大等缺 点，限制了其应用。本实用新型对传统红外测温仪的光学系统，硬件部分，软件部分进行了 重新设计。在探测器接收前端引入传光束并增加激光指示功能，大大提高了系统的测量精 度和性能，具有信噪比高、分辨率高、测量精度高、测试速度快、测量与瞄准同轴以及输出接 口多样化等特点。实用新型内容[0004]本实用新型的目的是提供一种一体化光纤红外测温装置。[0005]本实用新型解决传统红外测温系统存在的瞄准与测量不同轴、易受环境干扰，测 量误差大等问题。[0006]本实用新型所述一体化光纤红外测温装置包括待测物体(I)、光学系统(2)、光电 探测单元(3)、运算放大器(4)、模数采集单元(5)、MCU(6)和PC显示(7)，待测物体(I)的 输出与光学系统(2)的输入连接，光学系统(2)的输出与光电探测单兀(3)输入连接,光 电探测单元(3)的输出与运算放大器(4)输入连接、运算放大器(4)的输出与模数采集单 元(5)的输入连接、模数采集单元(5)的输出和MCU(6)输入连接，MCU(6)输出与PC显示[7]的连接，结合红外测温技术和光纤传感技术，实现抗电磁干扰、高精度、高重复性、快速 响应、非接触式的温度测量。[0007]本实用新型所述光学系统(2)包括耦合透镜一(21)、传光束(22)、耦合透镜二(23)、红光LED 二极管(24)、滤光片(25)、耦合透镜三(26)和光电探测器(27)，红光瞄准光 路与红外光测量光路同轴。[0008]本实用新型的测量光路是待测物体(I)辐射出的红外长波经过前端耦合透镜一(21)耦合进入传光束(22)，再经耦合透镜二(23)形成平行光通过滤光片(25)，耦合透镜(26)将会聚红外长波聚焦到光电探测器(27)上，经光电探测器(27)转换为电压信号输出。[0009]本实用新型的瞄准光路是由波长为650nm的红光LED 二极管(24)发出平行光，经 过滤光片(25)反射，进入耦合透镜二(23)，聚焦到传光束(22)，通过耦合透镜一(21)指示 到待测物体(I)。[0010]本实用新型的测量光路和耦合光路共用相同的光学通道，采用测量光路测量的温度信息即为瞄准光路指示的待测物体(I)位置的温度信息。[0011]本实用新型的耦合透镜一(21)、耦合透镜二(23)和耦合透镜三(26)用于提高光 路耦合效率，可依据测温范围的不同，采用玻璃、氧化镁、硅或者锗材料制作。[0012]本实用新型的传光束(22)用于隔离待测物体(I)与MCU(6)，实现抗电磁干扰的功 倉泛。[0013]本实用新型的滤光片(23)对红外光全透，且对650nm红光全反，应用中呈45度角 安装，确保红外光测量光路信号全透，650nm的红光瞄准光路信号全反，使得瞄准光路和测 量光路具有相同的光学通道，红色瞄准光路指示位置即为测量光路的探测位置。[0014]本实用新型的运算放大器(4)采用TI公司的TLC4502ID运放芯片对光电探测器(27)输出信号进行放大。运算放大器(4)采用CMOS技术制造的高性能自校准双运算放大 器，具有非常高的直流增益和良好的电源抑制比和共模抑制比，可抑制环境干扰产生的影 响。[0015]本实用新型的模数采集单元(5)采用了低噪声，高精度24位，且具有程控增益的 模数转换芯片，以很少的引脚提供快速、高精度的模数转换，同时还具有采样保持电路，减 小了系统的测量误差。[0016]本实用新型的模拟输出接口由4-20mA、0-5V模拟输出和RS485数字输出组成，实 现与外部系统和设备的通讯。[0017]本实用新型的优点[0018]I)本实用新型通过传光束(22)传输红外能量，实现待测物体(I)与MCU(6)隔离， 使得电子元件受电磁环境干扰小，有效的提高产品抗电磁干扰能力，特别适合在中高频感 应加热设备等强电磁场环境下使用，性能稳定可靠。[0019]2)本实用新型实现瞄准和测量同轴，瞄准光路和测量光路共用一根传光束，小目 标精确瞄准测量，测温精度高。[0020]3)本实用新型耐高温高达200°C，可安装在其它红外测温仪无法安装的场合，体 积小巧，适合安装空间狭窄的场合。[0021]4)本实用新型采用先进的信号处理技术，测量精度高，重复测量稳定，响应速度 快，达毫秒量级，可测量快速移动物体的表面温度。[0022]5)本实用新型可多种输出信号4-20mA、0-5V、RS485、继电器等，可与各类控制仪 表、记录仪、计算机测控系统连接。
[0023]图1是一体化光纤红外测温装置组成示意图[0024]图2是光学系统(2)组成示意图[0025]图3是运算放大器⑷放大电路示意图[0026]图4是模数采集单元(5)与PC通讯示意图[0027]图5是模拟输出接口示意图具体实施方式
[0028]本实用新型包括待测物体(I)、光学系统(2)、光电探测单元(3)、运算放大器(4)、模数采集单元(5)、MCU(6)和PC显示(7)。其中光学系统⑵由耦合透镜一(21)、传光束(22)、耦合透镜二(23)、LED光电二极管(24)、滤光片(25)、耦合透镜三(26)和光电探测器(27)。[0029]本实用新型的耦合透镜一(21)、耦合透镜二(23)和耦合透镜三(26)根据测温范 围的不同选择不同材料制作；[0030]本实用新型的滤光片(23)对红外光全透，且对650nm红光全反，应用中呈45度角安装。[0031]本实用新型是这样实现瞄准光路和测量光路同轴的，瞄准光路和测量光路共用一 根传光束测待测物体(I)辐射出的红外长波经过前端耦合透镜一(21)耦合进入传光束(22)，再经耦合透镜二(23)形成平行光通过滤光片(25)，耦合透镜(26)将会聚红外长波聚 焦到光电探测器(27)上，经光电探测器(27)转换为电压信号输出。同时，瞄准光路由波长 为650nm的红光LED 二极管(24)发出平行光，经过滤光片(25)反射，进入耦合透镜二(23)， 聚焦到传光束(22)，通过耦合透镜一(21)指示到待测物体(I)，照亮目标的被测部分，完成 指示功能。[0032]本实用新型是这样实现抗电磁环境干扰的，光学系统(2)将待测物体(I)辐射的 信号传输到运算放大器(4)上，光学系统(2)本身对电磁信号免疫，运算放大器(4)采用 CMOS技术制造的高性能自校准双运算放大器，具有非常高的直流增益和良好的电源抑制比 和共模抑制比，亦可抑制环境干扰的影响。[0033]本实用新型是这样实现高精度温度测量，模数采集单元(5)用了低噪声，高精度 24位，具有程控增益的模数转换芯片，提供快速、高精度的模数转换，同时还具有采样保持 电路。
权利要求1.一种一体化光纤红外测温装置，其特征在于该一体化光纤红外测温装置包括待测物体(I)、光学系统(2)、光电探测单元(3)、运算放大器(4)、模数采集单元(5)、MCU(6)和PC显示(7)，待测物体(I)的输出与光学系统(2)的输入连接，光学系统(2)的输出与光电探测单元(3)输入连接，光电探测单元(3)的输出与运算放大器(4)输入连接、运算放大器(4)的输出与模数采集单元(5)的输入连接、模数采集单元(5)的输出和MCU (6)输入连接，MCU(6)输出与PC显示(7)的连接，结合红外测温技术和光纤传感技术，实现抗电磁干扰、高精度、高重复性、快速响应、非接触式的温度测量。
2.根据权利要求1所述的一种一体化光纤红外测温装置，其特征在于所述光学系统(2)由耦合透镜一(21)、传光束(22)、耦合透镜二(23)、红光LED二极管(24)、滤光片(25)、耦合透镜三(26)和光电探测器(27)组成，红光瞄准光路与红外光测量光路同轴。
3.根据权利要求2所述的一种一体化光纤红外测温装置，其特征在于所述耦合透镜一 (21)、耦合透镜二(23)和耦合透镜三(26)采用玻璃、氧化镁、硅或者锗材料制作，提高光路耦合效率。
4.根据权利要求2所述的一种一体化光纤红外测温装置，其特征在于所述滤光片(25)对红外光全透，且对650nm红光全反，应用中呈45度角安装。
5.根据权利要求1所述的一种一体化光纤红外测温装置，其特征在于所述运算放大器(4)采用TI公司的TLC4502ID运放芯片进行光电探测器输出信号的放大。
6.根据权利要求1所述的一种一体化光纤红外测温装置，其特征在于还包括模拟输出接口，由4-20mA、0-5V模拟输出或RS485数字输出组成，实现与外部系统和设备通讯。
专利摘要本实用新型涉及一种一体化光纤红外测温装置，主要包括依次连接的待测物体(1)、光学系统(2)、光电探测单元(3)、运算放大器(4)、模数采集单元(5)、MCU(6)和PC显示(7)。上述测量装置的光学系统(2)采用瞄准光路与测量光路同轴的设计，利用传光束将待测物体(1)与中央处理单元(7)分离；红外测温装置的4-20mA或0-5V模拟输出可与外部系统和设备通讯；具备抗强电磁干扰、可靠性高、测量精度高等优点。
文档编号G01J5/08GK202836768SQ20112057522
公开日2013年3月27日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者杨向辉, 刘兰书, 张文松 申请人:西安和其光电科技有限公司