[發明專利]提高紅外熱像儀測溫均勻性的裝置及方法

有效

• 申請號: 201010164125.X
• 申請日: 2010-05-05
• 公開（公告）號: CN101852650A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 陳樂;富雅瓊;孫堅;鐘紹俊;鄭恩輝;徐紅偉;黃艷巖
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及測量溫度的方法及裝置，具體涉及一種提高紅外熱像儀測溫均勻性的裝置及方法。

背景技術

紅外熱成像技術的原理是通過非制冷焦平面等傳感器接收被測物發射出的紅外輻射，從而測得被測物表面的溫度分布。由于其直觀、非接觸性等特點，被廣泛地應用于醫療診斷、故障監測、管道探傷等領域。除了監控功能，紅外熱像儀也天然是一種測溫工具。它的優點是可直接測量具有一定面積的二維溫度場，而熱電偶、熱電阻等傳統溫度傳感器只能測量單點的溫度。

盡管紅外熱像儀可以測量溫度場，目前卻無法達到較高的測量準確度，其中一個重要問題是各個像素點測量誤差分布不均勻。有三個原因造成了這種情況：一、由于紅外探測器的制造工藝問題，無法保證焦平面上的所有探測元都具有完全相同的響應特性，這種非均勻性導致紅外熱像上存在固定的噪聲圖案，反映在測溫結果上就是不均勻的固定誤差。采用黑體校準的方法可以補償這種非均勻性，而未決專利CN?200710192272則提出了一種實時定標裝置大大簡化了標定的步驟；二、由于光學系統中光闌、光孔等的遮擋作用，一部分軸外光束無法被紅外探測器接收到，以致探測器接收能量不均勻，這種現象稱為“漸暈”，文獻《紅外光學系統出瞳與冷屏匹配方式及漸暈分析計算》(紅外技術，2006年28卷第2期)對這種現象進行了說明。這種誤差的補償因子可以根據熱像儀本身的結構參數計算出來；三、斜光束入射光學系統時，隨著入射角的增大，探測器上的照度逐漸變小，如果按照文獻《紅外熱像儀測溫計算與誤差分析》(紅外技術，1999年21卷第4期)所述的熱像儀常用公式計算時，會發生越靠圖像邊緣誤差越大的情況。

上述三種現象中，前兩種只和熱像儀的結構參數有關，已有比較好的方法進行補償。但是第三種誤差除了固定的結構參數，還和熱像儀工作時的動態參數——像距、物距相關，因而現有的熱像儀裝置還未能克服這種非均勻性誤差的影響。

發明內容

針對目前紅外熱成像技術測量二維溫度場的非均勻性問題，本發明的目的于提供一種提高紅外熱像儀測溫均勻性的裝置及方法，以改善背景技術中因第三類非均勻性引起的測量誤差。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一、一種提高紅外熱像儀測溫均勻性的裝置：

包括殼體、安裝在殼體中心的光學鏡頭組、安裝在基板上的非制冷紅外焦平面和電機、熱成像電路模塊、對焦機構和對焦電路模塊；在基板上安裝基于差動互感器原理的位移傳感器，所述位移傳感器從內到外依次包括鐵芯、原副邊線圈繞組和屏蔽殼，滑動桿一端與鐵芯相連，另一端與光學鏡頭組外殼相連，位移傳感器的屏蔽殼安裝在基板上，原副邊線圈繞組與位移傳感器驅動檢測電路模塊相連。

所述的位移傳感器驅動檢測電路模塊包括AD598單片式線位移差動變壓器信號調節器、運算放大電路OPA177和AD轉換芯片AD7887；原邊線圈繞組兩端分別與AD598的輸出端EXC1和EXC2相連，副邊線圈繞組兩端分別與AD598的輸入端VA和VB相連，AD598的信號輸出端與運算放大電路OPA177輸入端相連，運算放大電路OPA177的輸出端與AD7887的模擬輸入端相連，AD7887的數字輸出端和控制端與DSP模塊相連。

二、一種提高紅外熱像儀測溫均勻性的方法，其特征在于該方法的步驟如下：

a)調整熱像儀的光學鏡頭組位置，使熱像儀對被測目標聚焦；

b)通過熱成像電路模塊采集非制冷紅外焦平面中的i×j個探測元上的電壓信號V_i，j，通過位移傳感器驅動檢測電路模塊測量位移傳感器的輸出電壓V_M；

c)DSP模塊利用內置在FLASH模塊中的標定參數k和b，將V_M換算成熱像儀光學鏡頭組的像距l’，

d)用V_i，j和V_M計算各個像素點的溫度T：

具體計算公式如下：