非接触式红外测温仪.docx

成绩评定：

传感器技术
课程设计

题目非接触温度计
摘要
在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。

关键词：红外辐射测温红外传感器

目录
TOC\o"1-2"\u一、设计目的 1
二、设计任务与要求 2
2.1设计任务 2
2.2设计要求 2
三、设计步骤及原理分析 3
3.1设计方法 3
3.2设计步骤 4
3.3设计原理分析 5
四、课程设计小结与体会 6
五、参考文献 6
TOC\o"1-2"\h\z\u


一、设计目的
在人们的日常生活中，测量温度普遍使用水银温度计，反应比较慢，通常需要十分钟才能准确测出体温。水银温度计使用时需要与体肤接触，因此在使用前需要严格消毒，不适合对多人进行连续温度采集。而且水银一旦泄露会产生水银泄露，污染环境，并且有毒。近年来，国内外在温度传感器研发领域取得了长足进步，非接触式红外测温传感技术日趋成熟。
二、设计任务与要求
2.1设计任务
当物体温度处于绝对零度以上时，因为其内部带电粒子的运动，以不同波长的电磁波形式，向外辐射能量，波长涉及紫外、可见、红外光区。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，红外测温仪通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
2.2设计要求
红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，在使用红外测温仪测温时，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。
设计步骤及原理分析
3.1设计方法
当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律，众所周知，自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定，即：
下图1-1是不同温度下的黑体光谱辐射度图：

从上图中曲线可以看出黑体辐射具有几个特征:
①在任何温度下，黑体的光谱辐射度都随着波长连续变化，每条曲线只有一个极大值；
②随着温度的升高，与光谱辐射度极大值对应的波长减小。这表明随着温度的升高，黑体辐射中的短波长辐射所占比例增加；
③随着温度的升高，黑体辐射曲线全面提高，即在任一指定波长处，与较高温度相应的光谱辐射度也较大，反之亦然。

依据测温原理的不同，红外测温仪的设计有五种方法:
a.全辐射测温法:它是根据测量波长从零到无限大整个光谱范围物体的总辐射功率用黑体定标的仪器来确定物体的温度。其总辐射功率的大小与被测对象温度之间的关系是由斯蒂芬-玻尔兹曼定律来描述。
b.亮度测温法:它是根据测量给定波长K0附近一窄光谱范围的辐射用黑体定标的仪器来确定物体的温度,适用于高温测量。
c.双波段测温法:它是根据测量两个给定波长K1和K2的辐射功率之比,用黑体定标的仪器来确定物体的温度,适合测量发射率变化或未知的物体,但只适合于测量辐射能量密度大的高温物体。这3种方法均由普朗克定律来描述。
d.多波段测温法:依次取多个波段,通过计算这些波段辐射功率之间的复杂关系来确定物体的温度。
e.最大波长测温法:由维恩位移定律,黑体辐射峰值波长Kmax与绝对温度T之积为一常数,通过测量峰值波长Kmax来计算温度T。此法常用测量极高温(大于2000°C)。由此可见,非接触红外测温有以下的缺点：测得的温度值是测量对象的表面温度,且必须用发射率进行修正,增加了测量的复杂性;周围介质的影响引起测量误差。
亮度测温法无需环境温度补偿，发射率误差较