一种新型红外测温电路的制作方法

1.本实用新型涉及非接触式光学测温设备技术领域，尤其涉及用于钢包测温的一种新型红外测温电路。


背景技术：

2.在铸造行业生产过程中，为了保证钢水质量，需要监控熔炼和浇注过程中的钢包内的钢水温度。钢包温度检测通常采用直接测量和间接测量，直接测量钢水温度需要将检测部件伸入钢水中，钢水温度通常在1600摄氏度以上，很容易造成检测部件的损坏；间接测量方法是检测钢水产生的红外热辐射来间接测量钢水温度。采用镜头配合光纤传输红外光，通过分光棱镜分光后进行光电转换，间接测量钢水温度是目前常用的手段，但是红外光受环境影响比较大，相关的测量电路的抗干扰能力强，导致测量精度不太理想。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提出了一种精度可靠、能对光电信号的噪声抑制的新型红外测温电路。
4.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种新型红外测温电路，包括红外光探测器(1)、信号调理子电路(2)、处理器单元(3)、按键输入子电路(4)、da输出子电路(5)、显示输出子电路(6)、存储器单元(7)、通信单元(8)和电源单元(9)；
5.红外光探测器(1)，其输出端与信号调理子电路(2)的输入端电性连接，信号调理子电路(2)的输出端与处理器单元(3)的输入端电性连接；按键输入子电路(4)的输出端也与处理器单元(3)的输入端电性连接；处理器单元(3)的输出端分别与da输出子电路(5)和显示输出子电路(6)的输入端电性连接；处理器单元(3)还分别与存储器单元(7)和通信单元(8)信号连接；电源单元(9)分别为上述红外光探测器(1)、信号调理子电路(2)、处理器单元(3)、按键输入子电路(4)、da输出子电路(5)、显示输出子电路(6)、存储器单元(7)和通信单元(8)提供工作电压；
6.其中，红外光探测器(1)接收光纤传输的钢包内发出的红外光，并进行光电转换发出电流信号，信号调理子电路(2)对红外光探测器(1)输出的电流信号进行两级放大、滤波后输入处理器单元(3)，处理器单元(3)进一步通过da输出子电路(5)或者显示输出子电路(6)输出。
7.在以上技术方案的基础上，所述信号调理子电路(2)包括第一运算放大器u2、第二运算放大器u3、第三运算放大器u4、第四运算放大器u5和adc转换器u6；红外光探测器(1)的输出端与第一运算放大器u2的反相输入端电性连接，第一运算放大器u2的同相输入端接地，第一运算放大器u2的输出端与反相输入端之间并联有电阻r16和电容c16；第一运算放大器u2的输出端还与第二运算放大器u3的反相输入端电性连接，第二运算放大器u3的输出端与其反相输入端之间设置有三个电阻构成的t形电阻反馈网络，t形电阻反馈网络的三个电阻的公共端并联在一起，三个电阻的非公共端分别与第二运算放大器u3的反相输入端、
输出端和地线连接；第二运算放大器u3的输出端还与第三运算放大器u4的同相输入端电性连接；第三运算放大器u4的同相输入端与第二运算放大器u3的输出端之间顺次串联有电阻r17和电容c17，电阻r17和电容c17的公共端分别与电阻r18的一端和电容c18的一端并联，电阻r18的另一端接地，电容c18的一端与第三运算放大器u4的输出端电性连接；第三运算放大器u4的同相输入端还与电阻r19的一端电性连接，电阻r19的另一端接地，第三运算放大器u4的反相输入端与其输出端之间并联有电阻r20；第三运算放大器u4的输出端与第四运算放大器u5的同相输入端通过电阻r21串联，第四运算放大器u5的反相输入端与电阻r22串联后接地，第四运算放大器u5的反相输入端与其输出端之间并联有反馈电阻r23；第四运算放大器u5的输出端与adc转换器u6的模拟输入端电性连接，adc转换器u6的输出端与处理器单元(3)的输入端电性连接。
8.进一步优选的，所述按键输入子电路(4)包括若干按键组成的按键阵列，按键阵列同一列的各按键的一侧的引脚并接在处理器单元(3)的同一输入端上，按键阵列同一行的各按键的另一侧的引脚并接在处理器单元(3)的另一个输入端上。
9.更进一步优选的，所述da输出子电路(5)包括第五运算放大器u7和三极管q1，处理器单元(3)的输出端与第五运算放大器u7的同相输入端电性连接，第五运算放大器u7的反相输入端与三极管q1的发射极并联；第五运算放大器u7的输入端与三极管q1的基极电性连接；三极管q1的集电极作为da输出子电路(5)的输出端；q1的发射极还分别与电阻r1的一端和电容c2的一端并联，电阻r1的另一端和电容c2的另一端并联后接地。
10.再进一步优选的，所述显示输出子电路(6)包括lcd液晶屏u8和三极管q2，lcd液晶屏u8的引脚1—5分别与处理器单元(3)的输出端一一对应电性连接；三极管q2的基极还与处理器单元(3)的另一输出端电性连接，三极管q2的集电极与lcd液晶屏u8的引脚8电性连接，三极管q2的发射极与+3.3v电源电性连接。
11.更进一步的优选的，所述存储器单元(7)包括tf读卡器u9，tf读卡器u9的引脚1、2、3、5、7和8分别与处理器单元(3)的输出端电性连接，tf读卡器u9的引脚3与+3.3v电源电性连接，tf读卡器u9的引脚6接地。
12.再进一步的优选的，所述通信单元(8)包括电平转换芯片u10和db9接口；电平转换芯片u10的引脚1和引脚3分别与电容c3的两端并联；电平转换芯片u10的引脚4和引脚5分别与电容c4的两端并联；电平转换芯片u10的引脚9和引脚10与处理器单元(3)的串口电性连接，电平转换芯片u10的引脚7和引脚8与db9接口的引脚3和引脚2一一对应电性连接。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述红外光探测器(1)为半导体光电二极管。
14.本实用新型提供的一种新型红外测温电路，相对于现有技术，具有以下有益效果：
15.(1)本实用新型的红外光探测器接收到光纤传输的红外光后，其输出信号通过信号调理子电路依次进行i/v转换、前级放大、带通滤波和后级放大的连续处理后，再经过ad转换后输入处理器单元中进一步处理，使得红外光探测器的信号处理过程中的噪声进行合理抑制，提高温度测量的精度；
16.(2)第二运算放大器及其外围器件构成前级放大电路，具有较高的增益，同时也会引入噪声，随后第三运算放大器及其外围器件构成滤波电路，对噪音进行抑制，第四运算放大器及其外围器件构成后级放大电路进行二次放大，随后adc转换器u6将二次放大后的电压信号转换为数字信号送入处理器单元中；
17.(3)da输出子电路将处理器单元输出的数字信号转换为4—20ma模拟量输出，作为仪表信号与其他设备进一步连接；
18.(4)显示输出子电路可将温度在lcd液晶屏上直观显示；同时温度数据由存储器单元储存在对应的tf卡中；
19.(5)通信单元通过电平转换后连接db9接口，可进一步与外部设备进行通信。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型一种新型红外测温电路的结构框图；
22.图2为本实用新型一种新型红外测温电路的处理器单元的一种最小系统接线图；
23.图3为本实用新型一种新型红外测温电路的信号调理子电路的接线图；
24.图4为本实用新型一种新型红外测温电路的按键输入子电路的接线图；
25.图5为本实用新型一种新型红外测温电路的da输出子电路的接线图；
26.图6为本实用新型一种新型红外测温电路的显示输出子电路的接线图；
27.图7为本实用新型一种新型红外测温电路的存储器单元的接线图；
28.图8为本实用新型一种新型红外测温电路的通信单元的接线图。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
30.如图1所示，本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种新型红外测温电路，包括红外光探测器1、信号调理子电路2、处理器单元3、按键输入子电路4、da输出子电路5、显示输出子电路6、存储器单元7、通信单元8和电源单元9；
31.红外光探测器1输出端与信号调理子电路2的输入端电性连接，信号调理子电路2的输出端与处理器单元3的输入端电性连接；按键输入子电路4的输出端也与处理器单元3的输入端电性连接；处理器单元3的输出端分别与da输出子电路5和显示输出子电路6的输入端电性连接；处理器单元3还分别与存储器单元7和通信单元8信号连接；电源单元9分别为上述红外光探测器1、信号调理子电路2、处理器单元3、按键输入子电路4、da输出子电路5、显示输出子电路6、存储器单元7和通信单元8提供工作电压；
32.本实用新型工作时，红外光探测器1接收光纤传输的钢包内发出的红外光，并进行光电转换发出电流信号，信号调理子电路2对红外光探测器1输出的电流信号进行电流—电压转换成电压信号后，依次经过前级放大、带通滤波、后级放大和ad转换后输入处理器单元3，处理器单元3进一步通过da输出子电路5向其他仪表输出或者显示输出子电路6输出，温度数据由存储器单元7储存在对应的tf卡中。红外光探测器1为半导体光电二极管，如硅半
导体光电二极管、锗半导体光电二极管等产品。
33.如图3所示，信号调理子电路2包括第一运算放大器u2、第二运算放大器u3、第三运算放大器u4、第四运算放大器u5和adc转换器u6；红外光探测器1的输出端与第一运算放大器u2的反相输入端电性连接，第一运算放大器u2的同相输入端接地，第一运算放大器u2的输出端与反相输入端之间并联有电阻r16和电容c16，第一运算放大器u2的输出端还与第二运算放大器u3的反相输入端电性连接，；此处第一运算放大器u2、电阻r16和电容c16构成了i/v转换器，红外光探测器1输出的微弱电流经i/v转换后变为电压信号，输入第二运算放大器u3的反相输入端中，该电压信号为该微弱电流和电阻r16的乘积。
34.第二运算放大器u3的输出端与其反相输入端之间设置有三个电阻r12、r14和r15构成的t形电阻反馈网络，t形电阻反馈网络的三个电阻r12、r14和r15的公共端并联在一起，三个电阻r12、r15和r14的非公共端分别与第二运算放大器u3的反相输入端、输出端和地线连接；第二运算放大器u3的输出端还与第三运算放大器u4的同相输入端电性连接；第二运算放大器u3和t形电阻反馈网络实现了前级放大，电压放大倍数由r12+r15+r12r15/r14决定，前级放大倍数不宜过高。
35.第三运算放大器u4的同相输入端与第二运算放大器u3的输出端之间顺次串联有电阻r17和电容c17，电阻r17和电容c17的公共端分别与电阻r18的一端和电容c18的一端并联，电阻r18的另一端接地，电容c18的一端与第三运算放大器u4的输出端电性连接；第三运算放大器u4的同相输入端还与电阻r19的一端电性连接，电阻r19的另一端接地，第三运算放大器u4的反相输入端与其输出端之间并联有电阻r20；第三运算放大器u4及其上述外观器件构成了二阶带通滤波器，有效过滤因前级放大引入的噪声。
36.第三运算放大器u4的输出端与第四运算放大器u5的同相输入端通过电阻r21串联，第四运算放大器u5的反相输入端与电阻r22串联后接地，第四运算放大器u5的反相输入端与其输出端之间并联有反馈电阻r23；第四运算放大器u5的输出端与adc转换器u6的模拟输入端电性连接，adc转换器u6的输出端与处理器单元3的输入端电性连接。第四运算放大器u5及电阻r21、r22和r23构成了后级放大电路，放大倍数由r22和r23决定；处理器单元3，即图示的u1选用st公司的stm32f103单片机，图2展示了该芯片u1的最小系统的一种接线图。adc转换器u6为ads1113，输出为16位数字信号，经由i2c接口送入处理器单元u1。
37.如图4所示，按键输入子电路4包括若干按键组成的按键阵列，按键阵列同一列的各按键的一侧的引脚并接在处理器单元3的同一输入端上，按键阵列同一行的各按键的另一侧的引脚并接在处理器单元3的另一个输入端上。按键阵列按照九宫格键盘样式设置。
38.如图5所示，da输出子电路5包括第五运算放大器u7和三极管q1，处理器单元3的输出端与第五运算放大器u7的同相输入端电性连接，第五运算放大器u7的反相输入端与三极管q1的发射极并联；第五运算放大器u7的输入端与三极管q1的基极电性连接；三极管q1的集电极作为da输出子电路5的输出端；q1的发射极还分别与电阻r1的一端和电容c2的一端并联，电阻r1的另一端和电容c2的另一端并联后接地。da输出子电路5输出的4—20ma标准模拟量电流信号可以与外部仪表直接连接。
39.如图6所示，显示输出子电路6包括lcd液晶屏u8和三极管q2，lcd液晶屏u8的引脚1—5分别与处理器单元3的输出端一一对应电性连接；三极管q2的基极还与处理器单元3的另一输出端电性连接，三极管q2的集电极与lcd液晶屏u8的引脚8电性连接，三极管q2的发
射极与+3.3v电源电性连接。处理器单元3即芯片u1的另一i2c端口与lcd液晶屏u8对应连接，pb15端口可作为lcd液晶屏u8背光亮度调节输入。lcd液晶屏u8选用lcd12864。
40.如图7所示，存储器单元7包括tf读卡器u9，tf读卡器u9的引脚1、2、3、5、7和8分别与处理器单元3的输出端电性连接，tf读卡器u9的引脚3与+3.3v电源电性连接，tf读卡器u9的引脚6接地。tf读卡器u9内放置tf卡后，可存储实时温度相关数据。
41.如图8所示，通信单元8包括电平转换芯片u10和db9接口；电平转换芯片u10的引脚1和引脚3分别与电容c3的两端并联；电平转换芯片u10的引脚4和引脚5分别与电容c4的两端并联；电平转换芯片u10的引脚9和引脚10与处理器单元3的串口电性连接，电平转换芯片u10的引脚7和引脚8与db9接口的引脚3和引脚2一一对应电性连接。通信单元8可实现芯片u1与外部具有rs232通信接口的设备的连接。
42.需要说明的是，附图中提供了相关芯片的可采用的型号，在获取芯片的同时，很容易得到相应的datashet，而且本实用新型不涉及程序上的改进。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。