[發明專利]紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統

有效

• 申請號: 201510767381.0
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105444893B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 余丹;李佳
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: G01J5/14
• 分類號: G01J5/14
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅;韓鳳

1.紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統，其特征是，包括：感知紅外輻射的熱電堆和用于提供發熱源的發熱電阻(1)，發熱電阻(1)的供電電壓值由片上數字處理模塊(7)提供，所述數字處理模塊(7)輸出的數字自測試供電電壓信號經過片上數模轉換器(5)轉換為模擬電壓值連接到發熱電阻(1)一端，發熱電阻(1)的另一端接地；發熱電阻(1)兩端的電壓差通過模數轉換器(6)連接到數字處理模塊(7)的輸入端；熱電堆的響應輸出電壓信號依次經過放大器(2)和模數轉換器(6)后連接數字處理模塊(7)的輸入端；本地溫度測量電路(3)將探測出的本地溫度信號通過模數轉換器(6)連接到數字處理模塊(7)的輸入端；所述數字處理模塊(7)接收各個模數轉換器(6)的輸出信號，分析和判斷后輸出數字供電電壓到數模轉換器(5)或者直接數據輸出；

在自測試模式下，數字處理模塊(7)產生大于0的自測試供電電壓傳送到發熱電阻(1)，使其發熱為熱電堆提供熱輻照，熱電堆吸收發熱電阻(1)產生的熱輻照，從而得到響應電壓差值ΔV₁，結合獲得的發熱電阻(1)兩端的電壓差Vr₁從而計算得到此時器件的響應率R₁并保存；然后重復改變發熱電阻(1)的熱輻照功率，獲得發熱電阻(1)兩端變化的電壓差值Vr₂和熱電堆輸出的變化電壓差值ΔV₂，計算每一次改變熱輻照功率時的響應率R₂并保存；將兩次得到的響應率R₁和R₂進行差值運算，并對差值運算結果進行分析和判斷后獲得測試結果，從而實現紅外熱電堆溫度傳感器響應率的片上自測試；在自校準模式下，片上自測試供電電壓信號輸出為0，數字處理模塊(7)通過內部計數，自校準信號被激活，從而使一個大于0的自校準供電電壓傳送到發熱電阻(1)，使其發熱為熱電堆提供熱輻照，熱電堆吸收發熱電阻(1)產生的熱輻照，得到此時的響應電壓差值ΔV和發熱電阻(1)兩端的電壓差值Vr，從而計算得到此時器件的響應率R并保存，然后片上自校準供電電壓信號輸出為0，發熱電阻(1)不發熱，熱電堆通過吸收紅外輻射正常工作，此時利用自校準供電電壓下計算出的響應率R和紅外輻射效率，估算出實際的紅外響應率，從而實現紅外熱電堆溫度傳感器響應率的片上自校準；

其中，熱電堆的自測試方法具體為：根據熱電堆紅外探測器的響應率R為在給定的輻照功率P下，熱電堆的輸出電壓ΔV與入射輻照功率的比值，表示為：

其中發熱電阻產生的輻照功率P為：

公式(1-3)中V_r為發熱電阻兩端的電壓，r為發熱電阻阻值，ε為發熱電阻的輻射系數；將公式(1-3)代入公式(1-2)得：

利用公式(1-4)得到在兩次不同熱輻射條件下各自的響應率R₁和R₂為：

從而計算R₁和R₂二者差值δ：

δ＝|R₁-R₂| (1-6)

根據公式(1-6)在數字處理模塊中設定誤差閾值δ_T，當δ≤δ_T時，說明熱電堆正常工作，測試通過；否則說明熱電堆工作異常，測試不通過。

2.如權利要求1所述的紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統，其特征是，探測器的響應率的自校準方法具體為：根據熱電堆吸收紅外輻射的效率η的表達式

其中R₀為探測器的紅外響應率，R_e為探測器的電學響應率，通過系統內部計數，自校準信號被激活，產生一個自校準供電電壓信號，利用在此電壓信號的作用下獲得的發熱電阻兩端的電壓V_r和響應的熱電堆的輸出電壓ΔV，可以得到此時探測器的電學響應率R_e，最后結合公式(1-7)得到在當前環境溫度下的響應率R₀為：

其中k＝η/ε，為常數，r為發熱電阻阻值，利用公式(1-8)可以實時的進行響應率的自校準。

3.如權利要求1或2所述的紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統，其特征是，所述發熱電阻的阻值r的確定方法為：通過將熱電堆與地相接的那一端斷開并且引出，引出的節點與一個固定電阻串聯后接地，在初始上電的條件下，測量固定電阻兩端的電壓，然后通過比例換算得到發熱電阻的阻值。