一种非接触式测温装置和测温方法与流程

本申请涉及测温的技术领域，具体涉及一种非接触式测温装置和测温方法。

背景技术：

根据感温元件与被测介质接触与否，温度测量方法可分为：接触式和非接触式两大类。接触式测温方法是通过传导、对流和辐射等传热方式感受被测介质的温度。非接触式测温法的感温元件不与被测物体相接处，目前最常用的是辐射法，它直接利用被测对象的辐射能与温度的对应关系来测量其温度。

但是，非接触式测量方法受中间介质影响大，接收到的辐射能常常不能直接得出被测对象的实际温度，测出的温度值不准确。

技术实现要素：

鉴于上述的不足之处，本申请的目的在于提供一种非接触式测温装置和测温方法，准确地得出待测目标的温度值。

为了实现上述目的，本申请提供的技术方案为：一种非接触式测温装置，包括：

控制模块，控制其他模块的运行；

红外传感模块，与所述控制模块连接，用于监测待测目标的温度并传输温度信息；

激光测距传感模块，与所述控制模块连接，用于监测与待测目标的距离并传输距离信息；

数据处理模块，与所述控制模块连接，用于对所述红外传感模块和所述激光测距传感模块的监测值进行记录和修正处理；

显示模块，与所述控制模块连接，显示所述控制模块修正计算后得出的数值。

进一步地，所述红外传感模块包括多个热电堆红外传感器，多个所述热电堆红外传感器成阵列排布，组成热电堆红外阵列传感器。

进一步地，所述热电堆红外传感器测温的公式为：

m＝σt⁴；

其中，m为发射度，t为待测目标的绝对温度，σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数。

进一步地，所述热电堆红外阵列传感器的探测距离的计算公式为：

其中，s为探测距离，d为待测目标的直径，α为相邻探测线之间的夹角。

进一步地，所述激光测距传感模块包括飞行时间激光测距传感器，用于监测与待测目标的距离。

进一步地，所述红外传感模块包括热电堆红外传感器，所述热电堆红外传感器和所述飞行时间激光测距传感器处于同一竖直面上。

进一步地，所述热电堆红外传感器的型号为mlx90640esf-baa。

本申请还提供的技术方案为：一种非接触式测温方法，包括步骤：

测出待测目标的温度值；

测出与待测目标的距离；

基于测出的距离对测出的温度值进行修正计算；

显示出准确的温度值。

进一步地，在基于测出的距离对测出的温度值进行修正计算之前包括步骤：

对一个固定尺寸的物体在不同距离下测出多组温度数据，记为测量值；

测出一个固定尺寸的物体在红外传感模块有效探测距离内的温度，记为真值；

将测量值减去真值得到测量温度误差随测量距离变化的数据；

根据最小二乘法得到误差-距离拟合曲线，推算出误差-距离线性拟合公式。

进一步地，所述基于测出的距离对测出的温度值进行修正计算包括步骤：

用激光测距传感模块测出与探测点之间的测量距离；

判断测量距离受否大于红外传感模块有效探测距离；

若是，通过误差-距离线性拟合公式对红外传感模块监测的温度进行修正，显示出温度值；

若否，直接显示出温度值。

有益效果：

本申请先通过所述激光测距传感模块来监测出待测目标的距离是否在所述红外传感模块的有效探测范围内，若在有效探测范围内，就可以直接将所述红外传感模块所监测到的温度值显示出来，即为准确值，若在所述红外传感模块的探测范围之外，就通过数据处理模块对所述红外传感模块监测的温度值进行修正，保证所监测的温度值的准确性，这样可以在较远的地方对待测目标进行温度监测，防止元器件被高温损坏，和防止操作员接近高温区域的危险，提高监测环境的舒适性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请的一实施例的一种非接触式测温装置的示意图；

图2是本申请的一实施例的热电堆红外传感器成像的示意图；

图3是本申请的一实施例的误差-距离线性拟合公式的示意图；

图4是本申请的一实施例的一种非接触式测温方法的流程图；

图5是本申请的一实施例的推算出误差-距离线性拟合公式的流程图；

图6是本申请的一实施例的监测温度值修正的流程图。

其中，100、非接触式测温装置；110、控制模块；120、红外传感模块；121、热电堆红外传感器；130、激光测距传感模块；140、数据处理模块；150、显示模块；160、电源管理模块。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作进一步说明。

如图1所示，本申请实施例公开了一种非接触式测温装置100，包括电源管理模块160、红外传感模块120、激光测距传感模块130、控制模块110、显示模块150和数据处理模块140；所述控制模块110控制其他模块的运行；所述电源管理模块160为所述非接触式测温装置100提供电源；所述红外传感模块120与所述控制模块110连接，用于监测待测目标的温度并传输温度信息；所述激光测距传感模块130与所述控制模块110连接，用于监测与待测目标的距离并传输距离信息；所述数据处理模块140与所述控制模块110连接，用于对所述红外传感模块120和所述激光测距传感模块130的监测值进行记录和修正处理；所述显示模块150与所述控制模块110连接，显示所述控制模块110修正计算后得出的数值。

本申请先通过所述激光测距传感模块130来监测出待测目标的距离是否在所述红外传感模块120的有效探测范围内，若在有效探测范围内，就可以直接将所述红外传感模块120所监测到的温度值在显示模块150中显示出来，即为准确值，若在所述红外传感模块120的探测范围之外，就通过数据处理模块140对所述红外传感模块120监测的温度值进行修正，然后再在显示模块150中显示出来，保证所监测的温度值的准确性，这样可以在较远的地方对待测目标进行温度监测，防止元器件被高温损坏，和防止操作员接近高温区域的危险，提高监测环境的舒适性。

其中，所述红外传感模块120包括多个热电堆红外传感器121，所述热电堆红外传感器121的型号为mlx90640esf-baa，多个所述热电堆红外传感器121成阵列排布，组成热电堆红外阵列传感器。单点的传感器视场较小，同时缺少空间分布，多个传感器组合形成阵列，即多点成像如图2所示，横坐标由col1至col32，纵坐标由row1至row24，可扩大视场，获得视场内空间温度分布，通过滤波算法，确定目标场温度图像。同时该方法带来一个新的功能：判断人体的活动。

所述热电堆红外传感器121包括数据线sda、控制线scl、电源端vdd和接地端gnd。

热电堆红外传感器121原理：热电堆红外传感器121基于黑体辐射原理来实现非接触式温度测量；所述热电堆红外传感器121测温的公式为：

m＝σt⁴；

其中，m为发射度，单位为w/m²，t为待测目标的绝对温度，单位为k，σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数，σ＝5.67×10-8w/(m²k⁴)。

热电堆红外传感器121接受红外辐射转换为电压，通过计算得到周边物体的温度值。本测温方法通过红外阵列传感器mlx90640esf-baa对待测目标进行测温得到768个像素点的温度值t0(i,j)，i表示行，j表示列，例如第0行，第5列像素点的温度表示为t0(0,5)；

所述热电堆红外阵列传感器的探测距离的计算公式为：

其中，s为探测距离，d为待测目标的直径，α为相邻探测线之间的夹角。

mlx90640esf-baa的成像分辨率为32*24，x方向视场角为110°，y方向视场角为75°，根据红外成像距离得到x方向每个像素视场(瞬时视场)3.4375°，y方向每个像素视场(瞬时视场)3.125°。而地下电缆沟普遍尺寸为1米*1米，经过计算与实测，得出红外阵列传感器mlx90640esf-baa的有效探测距离。

采用单一变量实验，通过热电堆红外阵列传感器对一固定尺寸的物体在不同距离下探测多组温度数据，热电堆红外阵列传感器的有效探测范围内测量的固定尺寸物体的温度作为真值，二者相减便可以得到测温误差随测量距离变化的数据，根据最小二乘法可得到误差-距离拟合曲线，推算出误差-距离线性拟合公式，如图3所示。具体的，通过飞行时间(tof)激光测距传感器来探测待测目标的距离。

所述控制模块110为mcu控制单元，mcu控制单元根据激光测距传感器探测到的距离s是否为红外阵列传感器的有效探测距离内，当s大于红外阵列传感器的有效探测距离时，通过误差-距离线性拟合公式对红外阵列传感器探测到的温度值t0(i,j)进行补偿校准。

进一步地，所述热电堆红外传感器121和所述飞行时间激光测距传感器处于同一竖直面上。所述热电堆红外传感器121的探头和所述飞行时间激光测距传感器的探头设置在同一竖直面上，保证两个传感器的探头到待测目标的水平距离一致，使飞行时间激光测距传感器所探测的距离更加准确，使所测温度值修正得更加精准，所得出的温度值更加接近实际温度值。

本申请实施例还公开了一种非接触式测温方法，如图4所示，包括步骤：

s1、测出待测目标的温度值；

s2、测出与待测目标的距离；

s3、基于测出的距离对测出的温度值进行修正计算；

s4、显示出准确的温度值。

通过测出与待测目标的距离来判断测出的温度值是否准确，当超出了预设的距离之后，对所测出的温度值就行修正，得出准确的温度值。

其中，如图5所示，在基于测出的距离对测出的温度值进行修正计算之前包括步骤：

s31、对一个固定尺寸的物体在不同距离下测出多组温度数据，记为测量值；

s32、测出一个固定尺寸的物体在红外传感模块有效探测距离内的温度，记为真值；

s33、将测量值减去真值得到测量温度误差随测量距离变化的数据；

s34、根据最小二乘法得到误差-距离拟合曲线，推算出误差-距离线性拟合公式。

通过测出超过红外传感模块有效探测距离的温度值来减去有效探测距离内的准确的温度值来得到测量温度误差随测量距离变化的数据，通过实际的温度值的变化规律来推算出修正公式，使得公式更具有实用性。

具体的，误差-距离线性拟合公式为y＝0.0075856x-0.015163。

如图6所示，所述基于测出的距离对测出的温度值进行修正计算包括步骤：

s35、用激光测距传感模块测出与探测点之间的测量距离；

s36、判断测量距离受否大于红外传感模块有效探测距离；

s37、若是，通过误差-距离线性拟合公式对红外传感模块监测的温度进行修正，显示出温度值；

s38、若否，直接显示出温度值。

以通过实际的温度值的变化规律来推算出修正公式来对所测得的温度值进行修正，使得所得到的温度值更加准确。

需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。

以上内容是结合具体的可选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。