阵列式红外测温仪的研究

论文摘要

红外测温技术是一种现代化的检测手段。与一般的测温技术相比,红外测温仪不用与被测物接触,不会破坏被测物体的温度分布,而且操作简便,安全可靠。因而红外测温技术在国家现代化工业、农业和军事领域中得到越来越高的关注。常用的红外测温仪器主要包括两大类:红外测温仪和红外热像仪,两者都可以进行温度的测量,但各自都有一定的缺点,并不能很好的满足实际测量的需要。红外测温仪测量精度比较高,但是得到的是被测物体某一小面元的平均温度值,不能够准确反映被测物体整体的温度分布;而红外热像仪可以准确描述被测物体各部分的相对温度分布情况,但由于红外热像仪是利用所在环境温度进行定标的,不能准确测量物体表面各点温度的绝对值。在高温段（>200℃）,存在较大的误差,而且红外热像仪制造技术复杂,价格比较昂贵,因而在大规模地推广应用方面受到限制。在红外测温技术应用的基础上,考虑到测温仪器测量精度和成本,本文提出了一种可以实时对目标进行测量的测温方法,属于一种应用创新,利用该种测温方法实现测温的仪器称为阵列式红外测温仪。其基本原理是按照热像仪探测器的结构将测温仪的探测器阵列化（M*N）,由阵列探测器接收从光学系统聚焦的红外辐射,并把红外辐射转换为模拟信号。由于从探测器转化的信号非常微弱,需要经过放大滤波电路后传送给A/D转换器,经A/D转换器转换后的数字信号直接送给给AVR单片机,经过单片机的简单处理后,由串口通信把数据传送给上位机。上位机采用VC++语言编写实现串口通信模块接收数据,并把以电压形式的数据转变为温度显示出来。该仪器不但测量准确度远高于热像仪,而且成本远低于红外热像仪。本文给出了阵列式红外测温仪（8*8）的整个设计过程,并给出了阵列探测器和数据信号处理系统的具体设计方案;对影响系统误差的原因进行了分析,提出了相应的改进测温仪性能参数的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 红外测温技术的发展及其应用
• 1.2.1 红外测温技术的发展
• 1.2.2 红外测温技术的应用
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 红外测温的基本原理
• 2.1 红外辐射基本规律
• 2.1.1 斯蒂芬-玻耳兹曼定律
• 2.1.2 基尔霍夫定律
• 2.1.3 普朗克定律
• 2.1.4 维恩位移定律
• 2.2 红外测温方法
• 2.2.1 全辐射测温法
• 2.2.2 亮度测温法
• 2.2.3 比色测温法
• 2.2.4 三种测温方法的比较
• 2.3 本章总结
• 第三章 阵列式红外测温仪的总体设计
• 3.1 阵列式红外测温仪的总体设计目标
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 性能指标
• 3.2 红外光学系统的设计
• 3.3 探测器的设计
• 3.3.1 探测器的简单介绍
• 3.3.2 探测器的性能参数
• 3.3.3 硅光电探测器的设计流程
• 3.3.4 硅光电探测器的测试
• 3.4 本章总结
• 第四章 红外测温仪信号处理系统设计
• 4.1 信号处理系统的总体设计
• 4.2 AVR 单片机
• 4.3 信号放大和滤波电路
• 4.4 A/D 转换电路
• 4.4.1 A/D 转换器的选择
• 4.4.2 A/D 转换器与滤波电路以及单片机的接口电路
• 4.5 串口通信电路
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统软件设计和误差分析
• 5.1 系统软件实现
• 5.1.1 数据处理系统软件实现
• 5.1.2 温度显示部分软件设计
• 5.2 测温仪系统误差分析及降低误差的措施
• 5.3 本章总结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢