双色红外测温装置的制作方法

本发明涉及红外测温技术领域，尤其涉及一种双色红外测温装置。

背景技术：

随着电力行业自动化水平的不断提高，测温成为电力行业生产中重要且不可或缺的关键技术。实际生产中，严格按照理论设定好的温度进行生产，跟踪调节生产过程中产品的温度，有助于提高产量和降低成本。这就要求具有较为理想的测温技术，而测温技术实际工艺大多要求必须具有的特点是非接触式、响应快、稳定性能好和寿命长等。以往红外测温多是单纯的依靠物体某一波段的红外热辐射来测量物体表面温度，其测量结果往往达不到测量效果。为了更加准确地测量高温物体表面的问题，新发展起一种双色红外测温技术。

现有的双色红外测温装置往往采用滤光片将红外辐射能分成两个相邻波段，然后通过两个独立的探测器接收两个波段的能量，最后根据两个波段能量的比值来确定物体的温度。然而，因为一些干扰波光也可能穿过滤光片而被探测器接收，因此，导致所测得的温度的准确性不高。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前的双色红外测温装置所测得的温度的准确性不高的技术问题，提供一种双色红外测温装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种双色红外测温装置，其包括物镜、物镜旋钮、壳体、第一滤光片、第二滤光片、第一探测器、第二探测器、第三探测器、显示器、目镜、电源与通讯线缆接口、电源模块和温度计算装置，所述温度计算装置包括差分运算模块、ad转换模块和微处理模块，其中：所述物镜旋钮与壳体的一端螺纹连接，物镜安装在物镜旋钮中，第一滤光片、第二滤光片、第一探测器、第二探测器、第三探测器和温度计算装置设置于壳体的内腔中，第一滤光片和第二滤光片与物镜相对设置且第一滤光片位于第二滤光片上面，第一滤光片和第二滤光片筛选出的红外光的波长不同，第一探测器和第二探测器分别与第一滤光片和第二滤光片相对设置，第三探测器设置于第二探测器的下面，第一探测器的信号输出端和第三探测器的信号输出端分别与差分运算模块的第一信号输入端和第二信号输入端连接，第二探测器的信号输出端和第三探测器的信号输出端分别与差分运算模块的第三信号输入端和第四信号输入端连接，差分运算模块的信号输出端与ad转换模块的信号输入端连接，ad转换模块的信号输出端与微处理模块的第一信号输入端连接，微处理模块的信号输出端与显示器的信号输入端连接，目镜设置于壳体另一端的中部，显示器设置于壳体另一端的上部，电源与通讯线缆接口设置于壳体的底面上，且电源与通讯线缆接口中的电源线的一端与差分运算模块的电源输入端、ad转换模块的电源输入端、微处理模块的电源输入端和显示器的电源输入端均连接，电源与通讯线缆接口中的电源线的另一端与电源模块连接，电源与通讯线缆接口中的通信线用于与外部设备连接。

可选地，所述温度计算装置还包括输入模块，所述输入模块的信号输出端与微处理模块的第二信号输入端连接。

可选地，所述双色红外测温装置还包括紧固螺母和支架，支架通过紧固螺母固定于物镜旋钮外围。

可选地，所述差分运算模块包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、运算放大器u2a、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8和运算放大器u2b，ad转换模块包括ad转换芯片u3，微处理模块包括微处理芯片u1，显示器包括芯片lcd1，其中：电阻r1的一端与第一探测器的信号输出端连接，电阻r1的另一端与电阻r3的一端和电容c1的一端均连接，电容c1的另一端接地，电阻r3的另一端与电阻r5的一端、电阻r6的一端和电容c2的一端均连接，电容c2的另一端接地，电阻r6的另一端为差分运算模块的电源输入端，电阻r5的另一端与运算放大器u2a的同相输入端连接；电阻r2的一端与第三探测器的信号输出端连接，电阻r2的另一端与电阻r4的一端和电容c3的一端均连接，电容c3的另一端接地，电阻r4的另一端与电阻r7的一端、电容c4的一端、电阻r8的一端和运算放大器u2a的反相输入端均连接，电容c4的另一端和电阻r7的另一端均接地，电阻r8的另一端与运算放大器u2a的输出端连接；电阻r9的一端与第二探测器的信号输出端连接，电阻r9的另一端与电阻r11的一端和电容c5的一端均连接，电容c5的另一端接地，电阻r11的另一端与电阻r13的一端、电阻r14的一端和电容c6的一端均连接，电容c6的另一端接地，电阻r14的另一端为差分运算模块的电源输入端，电阻r13的另一端与运算放大器u2b的同相输入端连接；电阻r10的一端与第三探测器的信号输出端连接，电阻r10的另一端与电阻r12的一端和电容c7的一端均连接，电容c7的另一端接地，电阻r12的另一端与电阻r15的一端、电容c8的一端、电阻r16的一端和运算放大器u2b的反相输入端均连接，电容c8的另一端和电阻r15的另一端均接地，电阻r16的另一端与运算放大器u2b的输出端连接，运算放大器u2a的输出端与ad转换芯片u3的in0端连接，运算放大器u2b的输出端与ad转换芯片u3的in1端连接，ad转换芯片u3的vref+端为ad转换模块的电源输入端，ad转换芯片u3的vref-端接地，ad转换芯片u3的out1端至out8端分别与微处理芯片u1的p1.0端至p1.7端连接，微处理芯片u1的rst端为微处理模块的电源输入端，微处理芯片u1的p0.0端至p0.7端分别与芯片lcd1的d0端至d7端连接，芯片lcd1的vss端和vee端均接地，芯片lcd1的vdd端为显示器的电源输入端。

可选地，所述输入模块包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、按键开关k1、按键开关k2和按键开关k3，其中：电阻r16的一端与微处理芯片u1的p2.3端连接，电阻r16的另一端与按键开关k1的一端连接，按键开关k1的另一端接地，电阻r17的一端与微处理芯片u1的p2.2端连接，电阻r17的另一端与按键开关k2的一端连接，按键开关k2的另一端接地，电阻r18的一端与微处理芯片u1的p2.4端连接，电阻r18的另一端与按键开关k3的一端连接，按键开关k3的另一端接地。

可选地，所述第一滤光片筛选出的红外光的波长为760±10～850nm，所述第二滤光片筛选出的红外光的波长为930±15～1050nm。

本发明的有益效果是：

通过设置三个独立的探测器分别接收两路不同波段的红外光和一路自然光，并通过差分运算模块将自然光分别与这两路不同波段的红外光进行差分运算，可以抵消干扰波段对测温准确性的影响，因而能够提高所测得的温度的准确性，通过将测温的结果显示于显示器上，使得能够直观地显示所测得的温度。因此，与背景技术相比，本发明具有结构简单，使用方便，能够提高测量准确性等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的右视图。

图3是本发明中所涉及的电路模块的连接关系示意图。

图4是图1中支架的立体图。

图5是本发明中涉及的电路模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。

如图1至图4所示，本实施例中的双色红外测温装置，其包括物镜10、物镜旋钮1、壳体2、第一滤光片3、第二滤光片4、第一探测器5、第二探测器6、第三探测器7、显示器8、目镜9、电源与通讯线缆接口17、电源模块18和温度计算装置，所述温度计算装置包括差分运算模块11、ad转换模块12和微处理模块13，其中：所述物镜旋钮1与壳体2的一端螺纹连接，物镜10安装在物镜旋钮1中，第一滤光片3、第二滤光片4、第一探测器5、第二探测器6、第三探测器7和温度计算装置设置于壳体2的内腔中，第一滤光片3和第二滤光片4与物镜10相对设置且第一滤光片3位于第二滤光片4上面，第一滤光片3和第二滤光片4筛选出的红外光的波长不同，第一探测器5和第二探测器6分别与第一滤光片3和第二滤光片4相对设置，第三探测器7设置于第二探测器6的下面，第一探测器5的信号输出端和第三探测器7的信号输出端分别与差分运算模块11的第一信号输入端和第二信号输入端连接，第二探测器6的信号输出端和第三探测器7的信号输出端分别与差分运算模块11的第三信号输入端和第四信号输入端连接，差分运算模块11的信号输出端与ad转换模块12的信号输入端连接，ad转换模块12的信号输出端与微处理模块13的第一信号输入端连接，微处理模块13的信号输出端与显示器8的信号输入端连接，目镜9设置于壳体2另一端的中部，显示器8设置于壳体2另一端的上部，电源与通讯线缆接口17设置于壳体2的底面上，且电源与通讯线缆接口17中的电源线的一端与差分运算模块11的电源输入端、ad转换模块12的电源输入端、微处理模块13的电源输入端和显示器8的电源输入端均连接，电源与通讯线缆接口17中的电源线的另一端与电源模块18连接，电源与通讯线缆接口17中的通信线用于与外部设备连接。电源与通讯线缆接口中的通信线为rs485通信线。

本实施例中的电源模块18能够提供24v直流电，电源模块18可以为蓄电池，也可以为是能够将市电转换为24v直流电的模块，电源模块18用于为差分运算模块11、ad转换模块12、微处理模块13和显示器8供电。

可选地，所述温度计算装置还包括输入模块14，所述输入模块14的信号输出端与微处理模块13的第二信号输入端连接。通过设置输入模块14，可以设置测温时的测量模式、发射率、烟灰因子、滤波系数、响应速度、峰值保持时间等参数，使得本发明可以满足科研试验、真空设备等温度测量级控制反馈的使用要求。设置好各种参数后，微处理模块13可以控制显示器8对设置的各种参数进行显示。

可选地，所述双色红外测温装置还包括紧固螺母15和支架16，支架16通过紧固螺母15固定于物镜旋钮1外围。通过设置支架16，可以起到固定双色红外测温装置的作用；通过紧固螺母15可以将支架16和双色红外测温装置进行紧密连接。

在该实施例中，如图5所示，所述差分运算模块11包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、运算放大器u2a(ad706k)、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8和运算放大器u2b(ad706k)，ad转换模块12包括ad转换芯片u3(adc0808)，微处理模块13包括微处理芯片u1(80c31)，显示器包括芯片lcd1(lm016l)，其中：电阻r1的一端(差分运算模块11的第一信号输入端)与第一探测器5的信号输出端(输出图5中波段一的红外光)连接，电阻r1的另一端与电阻r3的一端和电容c1的一端均连接，电容c1的另一端接地，电阻r3的另一端与电阻r5的一端、电阻r6的一端和电容c2的一端均连接，电容c2的另一端接地，电阻r6的另一端为差分运算模块11的电源输入端，电阻r5的另一端与运算放大器u2a的同相输入端连接；电阻r2的一端(差分运算模块11的第二信号输入端)与第三探测器7的信号输出端(输出图5中的自然光)连接，电阻r2的另一端与电阻r4的一端和电容c3的一端均连接，电容c3的另一端接地，电阻r4的另一端与电阻r7的一端、电容c4的一端、电阻r8的一端和运算放大器u2a的反相输入端均连接，电容c4的另一端和电阻r7的另一端均接地，电阻r8的另一端与运算放大器u2a的输出端(差分运算模块11的信号输出端)连接；电阻r9的一端(差分运算模块11的第三信号输入端)与第二探测器6的信号输出端(输出图5中波段二的红外光)连接，电阻r9的另一端与电阻r11的一端和电容c5的一端均连接，电容c5的另一端接地，电阻r11的另一端与电阻r13的一端、电阻r14的一端和电容c6的一端均连接，电容c6的另一端接地，电阻r14的另一端为差分运算模块11的电源输入端，电阻r13的另一端与运算放大器u2b的同相输入端连接；电阻r10的一端(差分运算模块11的第四信号输入端)与第三探测器7的信号输出端(输出图5中的自然光)连接，电阻r10的另一端与电阻r12的一端和电容c7的一端均连接，电容c7的另一端接地，电阻r12的另一端与电阻r15的一端、电容c8的一端、电阻r16的一端和运算放大器u2b的反相输入端均连接，电容c8的另一端和电阻r15的另一端均接地，电阻r16的另一端与运算放大器u2b的输出端(差分运算模块11的信号输出端)连接，运算放大器u2a的输出端与ad转换芯片u3的in0端(ad转换模块12的信号输入端)连接，运算放大器u2b的输出端(ad转换模块12的信号输入端)与ad转换芯片u3的in1端连接，ad转换芯片u3的vref+端为ad转换模块12的电源输入端，ad转换芯片u3的vref-端接地，ad转换芯片u3的out1端至out8端(ad转换模块12的信号输出端)分别与微处理芯片u1的p1.0端至p1.7端(微处理模块13的第一信号输入端)连接，微处理芯片u1的rst端为微处理模块13的电源输入端，微处理芯片u1的p0.0端至p0.7端(微处理模块13的信号输出端)分别与芯片lcd1的d0端至d7端(显示器8的信号输入端)连接，芯片lcd1的vss端和vee端均接地，芯片lcd1的vdd端为显示器8的电源输入端。

进一步地，所述输入模块14包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、按键开关k1、按键开关k2和按键开关k3，其中：电阻r16的一端(微处理模块13的第二信号输入端)与微处理芯片u1的p2.3端连接，电阻r16的另一端与按键开关k1的一端连接，按键开关k1的另一端接地，电阻r17的一端(微处理模块13的第二信号输入端)与微处理芯片u1的p2.2端连接，电阻r17的另一端与按键开关k2的一端连接，按键开关k2的另一端接地，电阻r18的一端(微处理模块13的第二信号输入端)与微处理芯片u1的p2.4端连接，电阻r18的另一端与按键开关k3的一端连接，按键开关k3的另一端接地。

在该实施例中，所述第一滤光片3筛选出的红外光的波长为760±10～850nm，所述第二滤光片4筛选出的红外光的波长为930±15～1050nm。

本发明在使用时，目标物体辐射的能量通过物镜10进入双色红外测温装置后，穿过第一滤光片3和第二滤光片4，经第一滤光片3和第二滤光片4筛选后，将物镜10接收的光分解为三路光信号，得到两路波段的红外光和一路自然光，例如，两路波段的红外光的波长范围分别为760±10～850nm、930±15～1050nm，第一探测器5、第二探测器6和第三探测器7分别接收这三路光信号进行处理后，差分运算模块11对波长范围为第一路波段(波长范围为760±10～850nm)的红外光和自然光及第二路波段(波长范围为930±15～1050nm)的红外光和自然光分别进行差分运算，以滤除干扰波段的影响后得到两个波段的光信号，之后这两个波段的的光信号分别经过ad转换模块12进行ad转换后进入微处理模块13，微处理模块13根据这两个波段的光信号的能量之比计算得到目标物体的温度并控制将计算得到的温度显示在显示器8上。通过输入模块14，可以将历史测温数据以及测量温度时设置好的参数存入微处理模块13，通过电源与通讯线缆接口17中的通信线使本发明可以与外界设备进行数据传输，例如传输温度数据等。

其中，微处理模块13根据这两个波段的光信号的能量之比计算目标物体的温度时，可以通过如下公式(1)进行计算：

公式(1)中，m(t,λ1)和m(t,λ2)为在两个波长λ1和λ2下同时测量同一测量点发出的光谱辐射出射度，t为被测物体的温度，λ1和λ2为微处理模块13接收的两个波段的红外光的波长。

其中，

公式(2)中，m(t,λ)为光谱辐射出射度；λ为辐射电磁波的波长；t为热力学温度；c1为第一辐射常数，c1＝3.715×10-16w·m²；c2为第二辐射常数，c2＝1.438×10^-2mk。

微处理模块13通过如此计算目标物体的温度，可以有效消除距离系数、背景辐射、大气吸收等因素对温度测量的影响，从而可以有效提高测温精度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。