【正文】 (224)在一定溫度下，它與光照度E呈對數(shù)關(guān)系，但最大值不超過接觸電勢差。光磁電探測器實(shí)際應(yīng)用很少。它的溫度決定于吸收輻射、工作時所加電流產(chǎn)生的焦耳熱、環(huán)境溫度和散熱情況。(2)熱電偶 熱電偶是最古老的熱探測器之一，至今仍得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)考慮上述因素后，最終可導(dǎo)出輻射熱電偶吸收輻射所產(chǎn)生的溫升幅值為 (231)式中，其中為熱電偶無輻射時的熱導(dǎo)。因此熱電堆比單個熱電偶的應(yīng)用更廣泛。此外，熱探測器的響應(yīng)速度決定于熱探測器的熱容量和散熱速度。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。但是自由電荷中和面束縛電荷的時間很長，而晶體自發(fā)極化的馳豫時間很短，約10－12s。如果小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。第3章電路系統(tǒng)設(shè)計調(diào)制實(shí)質(zhì)上是對所需處理的信號或被傳輸?shù)男畔⒆瞿撤N形式上的變換，使之便于處理或傳輸。因此，斬波器不斷地旋轉(zhuǎn)，探測器就會輸出一系列的脈沖信號。課題選用豐源微特電機(jī)有限公司生產(chǎn)的20BY20L01型兩相永磁步進(jìn)電機(jī)，其主要性能指標(biāo)如表31所示。10腳是Cw/Ccw控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向的輸入端，輸入邏輯電平0或1，分別對應(yīng)于步進(jìn)電動機(jī)順時針(Cw)或逆時針(Ccw)方向。中間的113腳為接地端。充電時間（輸出高電平）為 （31）放電時間（輸出低電平）為 （32）振蕩信號的周期為 (33)占空比為 (34)本課題需要一個100 Hz，占空比為50%的方波信號。另外，由于信號中不可避免的包含有各種噪聲，所以必須要對探測器檢測到的信號進(jìn)行濾波，以使有用頻率信號通過而同時抑制（或大為衰減）無用頻率信號。其共模輸入阻抗可達(dá)200 M，輸出阻抗僅為60。對該電路進(jìn)行Pspice仿真，其仿真結(jié)果如37圖所示。此信號經(jīng)過放大和濾波，變成了近似于正弦波的交流信號。這樣，就能選擇性能合適、性價比較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該芯片是一種開關(guān)電容式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、時鐘源、+ V參考電壓及與微處理器的并行/串行接口。具有連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、轉(zhuǎn)換無失碼。 圖41所示為ADS7824的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖它采用的是具有固有采樣/保持功能的電容式DAC(CDAC)轉(zhuǎn)換方式，CDAC是根據(jù)電荷再分配的原理產(chǎn)生模擬輸出電壓的。10 V。D2(15)：當(dāng)PAR/SER端為高時，該端輸出8位并行數(shù)據(jù)bit2，PAR/SER為低時，為串行時鐘信號輸出。CS(23)（非）：片選端。圖42為ADS7824在并行方式下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時序圖[56]。 DS18B20功能簡介DS18B20是美國DALLAS公司推出的單線數(shù)字化測溫IC芯片。1wire單總線適用于單個主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機(jī)設(shè)備。位傳輸之間的恢復(fù)時間沒有限制，只要總線在恢復(fù)期間處于空閑狀態(tài)(高電平)。在主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出DS18B20暫存器、啟動溫度轉(zhuǎn)換以及判斷?；趩慰偩€上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。 單總線要求外接一個約5 k的上拉電阻，這樣，單總線的閑置狀態(tài)為高電平。與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式，如SPI/I2（平方）C/MICROWIRE不同，它采用單根信號線既傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。同時由于74LS373的片選端CE（非）。Vs1，Vs2(27，28)：+5 V電源輸入端。在讀取期間，若BYTE為0，則高8位有效；若為1，則低4位有效。D3(13)：當(dāng)PAR/SER端為高時，該端輸出8位并行數(shù)據(jù)bit3，PAR/SER為低時，該端輸出為同步信號SYN，當(dāng)系統(tǒng)使用多個ADS7824時，使用該引腳可實(shí)現(xiàn)各個芯片數(shù)據(jù)輸出的同步。ADS2874有28個引腳，其各引腳定義如下：AGND1(1)，AGND2(8)：模擬地。采用單+5 V電源供電。積分非線性(INL)最大為177。綜合考慮，本課題選用了美國BB公司生產(chǎn)的ADS7824模數(shù)轉(zhuǎn)換器。第4章數(shù)據(jù)的采集和顯示 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多，特性各異。兩級電路的放大倍數(shù)約為1 000倍左右。則濾波電路和放大電路的連接如圖36所示由下列公式可計算出濾波器的中心頻率和帶寬式中B為濾波器的帶寬，f0為濾波器的中心頻率，G39。因此可以計算出來紅外測溫儀的工作頻率為20 Hz。對這種能量過于微弱的電信號，既無法直接顯示，一般也很難做進(jìn)一步的分析處理。在這種工作方式中，電容的充電值和放電值分別在(1/3) Vcc和(2/3) Vcc之間。二、在RB上加上一定電壓信號作為本集成電路的狀態(tài)設(shè)置(Set信號)。SAA1042的各引腳功能如下：三個輸入端接收微處理器來的控制指令，內(nèi)部均設(shè)有滯環(huán)緩沖電路，以消除噪聲影響。步進(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)動慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。課題中所使用的斬波器形狀如圖31所示。工作電壓~15V工作電流~24A本章詳細(xì)介紹了紅外測溫儀光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計和選擇。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須要經(jīng)過調(diào)制。但這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。常用的熱釋電探測器有：硫酸三甘肽(TGS)探測器[40,41]、鈮酸鍶鋇(SBN)探測器[42]、鉭酸鋰(LiTaO3)探測器[43,44]、鋯鈦酸鉛(PZT)探測器等[45,46]。熱探測器是一種對一切波長的輻射都具有相同響應(yīng)的無選擇性探測器。將若干個熱電偶串聯(lián)在一起就成為熱電堆。圖213是輻射熱電偶工作電路示意圖，圖中，為輻射熱電偶吸收輻射產(chǎn)生的溫差電動勢，為熱電偶的內(nèi)阻，為負(fù)載電阻。前一類的電阻溫度系數(shù)很高；后一類材料的電阻溫度系數(shù)比較低，性能比較穩(wěn)定，可用于較大的溫度范圍。常利用的物理性能變化有下列幾種，利用其中的一種就可以制備一種類型的熱探測器。利用光磁電效應(yīng)制成的探測器稱為光磁電探測器(簡稱為PEM器件)。光伏效應(yīng)有兩個重要參數(shù)：開路電壓與短路電流，它們的定義都要從pn結(jié)電流出發(fā)。(3)光伏探測器利用光伏效應(yīng)制成的紅外探測器稱為光伏探測器(簡稱PV器件)。利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的紅外探測器叫做光電導(dǎo)探測器，目前，它是種類最多、應(yīng)用最廣的一類光子探測器。對于本征半導(dǎo)體，在無光照時，由于熱激發(fā)只有少數(shù)電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶。用于微光及遠(yuǎn)紅外的光電管目前只有兩種。根據(jù)光電效應(yīng)第一定律—斯托列托夫定律可知：當(dāng)照射到光電子發(fā)射器件上的入射光頻率或頻譜成分不變時，飽和光電流（即單位時間沒發(fā)射的光電子數(shù)目）與入射光強(qiáng)度成正比。再加上紅外濾光片和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的調(diào)制盤，整個光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換部分的結(jié)構(gòu)如圖28所示。色差現(xiàn)象是客觀存在的。當(dāng)透鏡的厚度不能認(rèn)為非常薄時，就不能保證透鏡成像公式的精確性。角度θθββ2分別為此條光線進(jìn)入透鏡和從透鏡射出時的入射角和折射角。同時大氣對8~14μm之間的紅外線透過率較高，吸收相對較少。(2)曼金折射－反射鏡這種系統(tǒng)由一個球面反射鏡和一個與它相貼的彎月形折射透鏡組成，如圖26所示。但其中心擋光，有較大的軸外像差，難于滿足大視場和大孔徑成像的要求。典型的反射系統(tǒng)有：(1) 牛頓系統(tǒng) 牛頓系統(tǒng)的主鏡是拋物鏡，次鏡是平面，如圖23所示。透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)也稱折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)，它一般由一個透鏡或組合透鏡構(gòu)成。與其它光學(xué)儀器相比，紅外測溫儀的光學(xué)系統(tǒng)具有下面幾個特點(diǎn)：第一、測溫儀光學(xué)系統(tǒng)的作用是會聚能量，它的后續(xù)部件是光電轉(zhuǎn)換器，所以它所成的像必須是實(shí)像。非典疫情過后，人們越來越注重公共衛(wèi)生安全。即使是上述兩種體溫測量儀，由于其自身的特點(diǎn)，也不適合對大流量人群的快速檢測。從表12中可以看出，當(dāng)目標(biāo)溫度越低，環(huán)境溫度越高時，能量誤差就越大。而大氣中的多原子氣體分子，例如H2O、COOCHN2O、CO等，對紅外輻射具有強(qiáng)烈的吸收作用。見表11。目前出現(xiàn)的三波段、四波段、甚至八波段的多波段紅外測溫儀[18,19]。利用黑體標(biāo)定目標(biāo)溫度，則由式(17)得出兩個波長輻射功率的比值為(110)經(jīng)整理得 (111)由此可見，為了提高比色測溫的精度，關(guān)鍵是選擇合適的波長，使兩個波長處的發(fā)射率相近[17]。因此，測量低溫目標(biāo)宜選用長波波長，而測量高溫目標(biāo)宜選用短波波長。單色測溫儀是通過測量目標(biāo)發(fā)射的某一波長范圍內(nèi)的輻射功率來確定目標(biāo)亮溫的儀器[12]。目前尚無對全光譜波段輻射均勻相應(yīng)的探測器，也沒有能透過全光譜波段的窗口或透鏡的紅外光學(xué)材料，因此，全輻射測溫只是一個理想化的概念。并可用于顯微測量和遠(yuǎn)距離測量當(dāng)中。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)生產(chǎn)中50%以上的檢測量是溫度。57 系統(tǒng)誤差分析 數(shù)碼顯示電路43 與單片機(jī)的接口電路35 本章小結(jié)33 信號的放大和整形28 斬波器的設(shè)計9 紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計1 紅外測溫儀的分類1 引言Microcontroller。此信號經(jīng)過放大、濾波、整形和A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、補(bǔ)償和顯示。但目前使用的紅外測溫儀即使其精確度指標(biāo)為1%，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到測量體溫的精度要求?！?。在紅外測溫系統(tǒng)中，紅外信號經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的匯聚、斬波器的調(diào)制和熱釋電探測器的接收后轉(zhuǎn)變成頻率為20 Hz的脈沖信號。Temperature pensation。IAbstract2 單色測溫儀8 課題的意義37第4章 數(shù)據(jù)的采集和顯示47 可編程IO擴(kuò)展口的設(shè)計49第5章 環(huán)境溫度補(bǔ)償及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)60參考文獻(xiàn)66作者簡介溫度是反映物體冷熱程度的物理量，在一切物體的運(yùn)動過程和生產(chǎn)過程中，幾乎可以說熱和溫度的變化無處不在。具有響應(yīng)速度快、測量范圍寬、靈敏度高[7]、對被測溫度場無干擾、熱隋性誤差小等特點(diǎn)。輻射溫度就是指當(dāng)實(shí)際物體總的輻射功率(包括所有的波長)與絕對黑體總的輻射功率相等時，則黑體的溫度叫做實(shí)際物體的輻射溫度。顯然，目標(biāo)的發(fā)射率越接近于1，則測溫儀的指示溫度就越接近目標(biāo)的真實(shí)溫度；反之，發(fā)射率越小，誤差就越大。此外，根據(jù)維恩位移定律可知[13]，隨著溫度的升高，輻射功率最大的波長向短波方向移動。根據(jù)色溫的定義，假定有λ1~（λ1+△λ）和λ2~(λ2+△λ)兩個波長范圍，且△λ選為單位波長，λTξ2。通常情況下只取兩項就可以達(dá)到足夠的精度。由式(15)、式(19)和式(111)可計算出在T=1000℃時，發(fā)射率對測溫儀示值誤差(△T)的影響。環(huán)境因素對紅外測溫儀的影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，自紅外源發(fā)出的輻射，大都要經(jīng)過一定距離傳輸才能被紅外探測器接收。表12提供感受波長范圍為[9μm,12μm]的測溫鏡頭，環(huán)境溫度在270 K至330 K范圍內(nèi)，對從300 K至1 300 K目標(biāo)溫度進(jìn)行測量時產(chǎn)生的能量誤差(%)。在此之前，完全不與人體接觸、又滿足醫(yī)療測量精度的要求的體溫計，還沒有面世。提高醫(yī)用紅外測溫儀的測量精度，必然要考慮外界環(huán)境溫度對它的影響。紅外光學(xué)系統(tǒng)的使用可大大提高靈敏面上的照度，從而提高儀器的信噪比，增大系統(tǒng)的探測能力。常用的紅外光學(xué)系統(tǒng)有三種結(jié)構(gòu)形式，即透射式光學(xué)系統(tǒng)（輻射束通過其中的折射介質(zhì)）；反射式光學(xué)系統(tǒng)（輻射束受到其中一個或幾個反射鏡的反射）；組合式光學(xué)系統(tǒng)（由透射式和反射式系統(tǒng)組合而成）。為了減小色差，常采用反射式光學(xué)系統(tǒng)。與透射式光學(xué)系統(tǒng)相比，反射式光學(xué)系統(tǒng)具有材料要求不高、重量輕、成本低、光能損失小、不存在色差，且能有效減小系統(tǒng)慧差等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)校正板厚度的變化來校正球面鏡的像差。~15μm之間，其中8~14μm波段輻射能占人體總輻射能的46%。C1A和C2B分別為透鏡的曲率半徑r1和r2。 有幾個原因影響透鏡成像公式的準(zhǔn)確性，這些因素是：(1)薄透鏡前面推導(dǎo)透鏡成像公式時，假定透鏡非常的薄。(4)色差構(gòu)成透鏡的材料對不同波長的折射率不同所造成的像差稱為色差。在上式中Φ是透鏡的通光孔徑，v是像距，約等于40 mm，a是孔徑