一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統的制作方法
【專利摘要】一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統，涉及一種溫度檢測系統。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；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；LCD顯示屏通過上拉電阻與微處理器連接；蜂鳴器和繼電器分別與微處理器連接。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。
【專利說明】一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統
【技術領域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]本發明設有電源、指示燈、紅外非接觸溫度傳感器、IXD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IXD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。
[0008]所述外殼可米用低電阻的金屬材料制成封閉的儀表外殼。
[0009]所述微處理器可采用型號為STC89C52的單片機。
[0010]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ls，刷新頻率為1.4Hz，精度為正負0.6°C，分辨率為0.06250C，感應波段5?14 μ m，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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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IXD顯示器、繼電器和蜂鳴器發送信號。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]本發明主要采取電磁屏蔽的方法，用低電阻的金屬材料制成封閉的儀表外殼。單片機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，控制IXD顯示屏、繼電器和蜂鳴器。單片機程序中包含了溫度的補償程序。紅外非接觸溫度傳感器以其非接觸、與被測對象互不相干擾、測溫范圍寬、響應速度快等優點在許多場合，尤其是電力行業有很好的應用前景。
[0017]由于發射率對測溫結果的影響是線性的，因此本發明在數據處理時主要考慮多項式擬合中包括線性擬合在內的次數較低的擬合。本發明采用算法軟件編寫多項式擬合程序，然后將擬合得到的結果寫入原來的單片機程序中，從而對非接觸測溫進行補償，使紅外非接觸溫度傳感器TN901能夠在較高精度下測量金屬表面的溫度。
[0018]本發明具備以下特點:不破壞被測對象的溫度分布，響應速度快，測量精度高，穩定性強，方便直觀，適合后續開發等，具體體現在:
[0019](I)測溫精度優于1°C ;
[0020](2)單片機相應程序下載接口 ；
[0021 ] (3) LCD實時顯示溫度；
[0022](4)滿足市電工作要求；
[0023](5)工作環境滿足金屬表面測溫要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明實施例的電路組成框圖。
【具體實施方式】
[0025]以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0026]參見圖1，本發明實施例設有5V直流電源2(5V直流電源2的輸入端外接220V交流電源I)、指示燈(在圖1中未畫出)、紅外非接觸溫度傳感器3、IXD顯示屏5、繼電器6、蜂鳴器7、微處理器4和外殼；用于指示工作狀態的指示燈與微處理器4連接，所述紅外非接觸溫度傳感器3通過數字信號輸入端與微處理器4連接，紅外非接觸溫度傳感器3用于采集被測對象A的溫度數據；所述LCD顯示屏5通過上拉電阻與微處理器4連接；所述蜂鳴器6和繼電器7分別與微處理器4連接。
[0027]所述外殼可采用低電阻的金屬材料制成封閉的儀表外殼。
[0028]所述微處理器4可采用型號為STC89C52的單片機。
[0029]所述紅外非接觸溫度傳感器3可采用TN901傳感器，TN901傳感器的響應時間為ls，刷新頻率為1.4Hz，精度為正負0.6°C，分辨率為0.0625°C，感應波段5?14 μ m，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。
[0030]本發明中，單片機為控制中心，型號為STC89C52。交流220V交流電源通過整流變為5V直流電源，為單片機供電。紅外非接觸溫度傳感器檢測到被測對象狀態后，向單片機發出信號，其中，紅外非接觸溫度傳感器的型號為TN901。單片機中的程序通過USB 口下載。IXD顯示器通過上拉電阻與單片機相連，IXD顯示器顯示單片機處理之后的數據，即紅外非接觸溫度傳感器檢測到的溫度，其中顯示器的型號LCD1602。蜂鳴器與單片機連接，當溫度超過門限溫度時，蜂鳴器報警。
[0031]本發明中，單片機中的程序循環檢測紅外傳感器所測的數據，又實時計算更新顯示在顯示器上，同時程序循環檢測，當溫度超過門限溫度時，蜂鳴器報警。
[0032]本發明中，紅外傳感器檢測到的溫度需經過補償，補償的函數是通過算法軟件，以最小二乘法為基礎的多項式擬合得出。通過補償，可以提高檢測溫度的準確性。
【權利要求】
1.一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統，其特征在于設有電源、指示燈、紅外非接觸溫度傳感器、IXD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。
2.如權利要求1所述一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統，其特征在于所述外殼采用低電阻的金屬材料制成封閉的儀表外殼。
3.如權利要求1所述一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統，其特征在于所述微處理器采用型號為STC89C52的單片機。
4.如權利要求1所述一種適于金屬表面非接觸式溫度測量系統，其特征在于所述紅外非接觸溫度傳感器采用TN901傳感器。
【文檔編號】G01J5/00GK104501965SQ201510015979
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月13日 優先權日:2015年1月13日
【發明者】方正, 陳德衍, 陳雅琳, 向倫慈, 陳思媛 申請人:廈門大學