[發明專利]一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統

在審

• 申請號: 201510015979.4
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104501965A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 方正;陳德衍;陳雅琳;向倫慈;陳思媛
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種溫度檢測系統，尤其是涉及一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統。

背景技術

當前，紅外傳感器應用廣泛，涵蓋工業生產、生活等各個領域，紅外測溫因其非接觸的特性，可以對一些遠距離、運動的和有危險性的物體進行溫度測量，它具有安全、快速、可靠、方便等優勢，已經在電力、石油、化工、交通機械、醫療等許多領域和公共場合得到廣泛的應用，成為產品檢測、故障診斷和預防疾病流行的重要手段。紅外測溫還可用于氣象分析、植物的生長的調查、防災、防盜等。

可以看出，這些運用場合通常要求傳感器不接觸被測物，溫度變化范圍小，溫度變化較平穩。非接觸式紅外傳感器測溫在這里體現出其價格低廉、操作簡單、測溫準確、體積小的優點。同時，設計電路比較簡單，元器件少，所以可靠性和穩定性好，使用方便。非接觸式紅外測溫傳感器還與單片機以及其它類型的傳感器等結合起來。

由于非接觸紅外測溫是根據黑體輻射原理來測量的。如果物體不是黑體，測量是不準確的，而且也無法測出物體輻射率的分布。可通過補償方法以減小誤差，提高精度。對于發射率的補償調校可以通過在測溫之前明確被測物體的發射率并進行相應的修正補償來減小其帶來的測量誤差。對于測量距離的補償調校可以預先設定一個距離系數來實現分析距離因數帶來的測溫誤差，從而為進一步的溫度補償做好準備。對于測量環境的補償調校可以運用傳統的熱敏電阻法。但當要求精度較高時，可以運用軟件處理數據，進行補償。

數值分析是科學領域分析數據、減小誤差、探索規律的強有力武器。在眾多數值分析方法中，最小二乘法格外引人注目。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統。

本發明設有電源、指示燈、紅外非接觸溫度傳感器、LCD顯示屏、繼電器、蜂鳴器、微處理器和外殼；用于指示工作狀態的指示燈與微處理器連接，所述紅外非接觸溫度傳感器通過數字信號輸入端與微處理器連接，紅外非接觸溫度傳感器用于采集被測對象的溫度數據；所述LCD顯示屏通過上拉電阻與微處理器連接；所述蜂鳴器和繼電器分別與微處理器連接。

所述外殼可采用低電阻的金屬材料制成封閉的儀表外殼。

所述微處理器可采用型號為STC89C52的單片機。

所述紅外非接觸溫度傳感器可采用TN901傳感器，TN901傳感器的響應時間為1s，刷新頻率為1.4Hz，精度為正負0.6℃，分辨率為0.0625℃，感應波段5～14μm，只需3V或5V電源供電，不同于多數其他紅外溫度計(9V)；自帶時鐘和溫度補償，集成度高，尺寸小，質量輕，外圍電路簡單。

本發明利用算法軟件對數據進行處理，可以極大地提高效率，準確地判定需要擬合的階次，如k階是最佳擬合，不需要進行更高階擬合，當輸人階數大于k時，計算機就會發出提醒編程者擬合次數不合適。為了簡化多項式，采用線性擬合來來補償非接觸測溫。

本發明的標定與校準主要采用多項式擬合法，相較于插值法，保證觀測數據以外單調遞增即可，能夠規避多項式擬合在樣本點之外誤差較大的點；也可以在很大程度上減少隨機誤差(溫度，濕度，光線強度)對曲線的影響；由多項式擬合可以得出結構相對簡單的式子并寫入C語言程序中，有利于程序的可讀性和后繼開發。

本發明中，將市電整流得到5V直流電源，電源開關負責整個電路的工作狀態，指示燈使電路工作與否一目了然。紅外非接觸溫度傳感器完成被測對象溫度數據的采集和上報。微處理器作為控制中心，負責接收紅外非接觸溫度傳感器發送的時鐘信號和溫度數據，經過程序處理，向LCD顯示器、繼電器和蜂鳴器發送信號。

本發明中采用以最小二乘法為基礎的多項式擬合來進行補償。通過精度較高但運用較不方便的接觸式測溫確定金屬表面的實際溫度，同時將數據與未補償的紅外非接觸測溫數據一一對應，然后通過多項式擬合等，對數據進行處理以補償紅外非接觸測溫，實現在較高精度下用紅外非接觸測溫測量金屬表面溫度。

本發明的算法程序主要建立在多項式擬合思想的基礎上，首先輸入非接觸測溫數據集a與接觸測溫參考集b，然后確定擬合次數m的初始值，接著判斷所用數據點是否夠用，若夠用，則輸出m階多項式系數與擬合偏差，且增加擬合次數m反復上述步驟，直到數據集個數不夠該m階運算時程序結束。