一种新型非接触常温测量方法的研究

摘要

非接触红外测温是目前重要的温度测量方式之一。它具有响应速度快、测量范围宽、灵敏度高等优点，因而被广泛应用于各个领域。用非接触方式测量动态物体的温度目前多采用红外辐射法。但用红外辐射法测量常温下动态物体的温度是比较困难的。
　　针对目前非接触红外测温的现状，本文提出了一种新型非接触常温测量方法。它是一种利用致冷参考温度比较法对室温下的物体进行非接触方式检测的方法。基本工作原理是用半导体致冷技术产生一个较低的参考温度与被测常温物体温度进行比较，然后得到被测物体的相对温度。相对温度与致冷块的参考温度相加获得常温物体的真实温度。
　　基于测温的基本原理，本文设计实现了新型非接触常温测量系统。在测温系统中，相对温度信号（非接触红外信号）经过自主采样式热释电探测器的调制、接收后转变成正弦电压信号。致冷块的参考温度信号（接触温度信号）经过Pt100的电桥电路转换为标准电压信号。这两个电压信号经过放大、滤波、整形和A/D转换电路转换成数字信号，再送到单片机进行数据处理、补偿和显示。为了提高温度测量的精度，在系统设计过程中，采用最小二乘法、模糊PID控制等软件算法进行温度补偿。
　　经模拟实验表明，用新型非接触测温方法对常温下动态物体温度进行测量不但能够克服由于测量温差过小所产生的信噪比较小问题，而且还可以补偿由于环境温度变化等所产生的测量误差，大大提高了温度测量的精度。

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1 绪 论

1.1 引 言

1.2 红外基础知识

1.3 红外测温技术的发展

1.4 课题的目的和内容

2 非接触常温测量的基本原理

2.1 总体方案选择

2.2 红外测温的原理[7-8]

2.3 热释电红外探测器

2.4 致冷参比温度测量

2.5 本章小结

3 非接触常温测量系统的硬件设计

3.1 系统的硬件框架及结构

3.2 微处理器选择与外围电路设计

3.3 温度信号采集系统

3.4 自主红外调制部分

3.5 半导体参比温度致冷控制

3.6 人机接口部分

3.7 电源部分

3.8 本章小结

4 参比温度的模糊PID控制原理与实现

4.1 经典PID控制器[42-44]

4.2 模糊控制[45-48]

4.3 参数自整定模糊PID控制器[44] [49-51]

4.4 本章小结

5 非接触常温测量系统的软件实现

5.1 主程序设计

5.2 信号采集子程序设计

5.3 温度补偿的软件实现原理

5.4 参考温度控制的软件实现

5.5 人机接口的软件实现

5.6 本章小结

6 模拟系统调试与实验结果分析

6.1 系统硬件调试与分析

6.2 系统软件调试与分析

6.3 系统调试中出现的问题

6.4 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献