【正文】 urement range and high sensitivity ,noncontact thermometry can be used in variety of infrared thermometer is used in medicine,The range of infrared thermometer is regulated between ℃to ℃and its precision must be ℃when it is used in most of infrared thermometer couldn’t achieve this ,in this temperature range,the precision of infrared thermometer can be greatly affected by ambient error will increased greatly too.After looked up lots of data and realized the defect of infrared thermometer in medicinal scopes,a new pensatory way on environmental temperature is presented in this new way bases on the principle of pyroelectric detector and defines the quantity of pensation according to the temperature difference between target and its ambient temperature is measured by a digital chip and processed with new way can overe the defect of thermal resistance.After focused by lens,chopped by chopper and received by detector, infrared signal is transformed to electric signal whose frequency is 20 Hz in this infrared electric signal is processed,pensated and displayed in microcontroller system after it is amplified,filtered and adjusted by circuit. During design of this infrared system,microcontrol is debugged with Wave6000 simulation system and software is piled in assembly language because of timing relation between every test of this infrared thermometer indicates that precision and stability has improved it couldn’t reach our country’s standards on medicinal Keywords Infrared thermometer。9 紅外測溫儀光學(xué)系統(tǒng)特點(diǎn)9 常用紅外光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12 透鏡成像公式15 紅外探測器的種類48 本章小結(jié)58 減小誤差的措施眾所周知，物質(zhì)是由分子、原子組成的，它們按照一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)著，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也在不斷地發(fā)生變化，因而不斷地向外輻射能量，這就是熱輻射現(xiàn)象。非接觸式測溫是通過測量被測溫度的物理參數(shù)來求得被測溫度的，它不存在熱接觸和熱平衡帶來的缺點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在石油化工、電子電器、航空航天[5]、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生等各行各業(yè)當(dāng)中。又經(jīng)過了幾十年的努力，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的紅外測溫儀，已有了三種類型的傳統(tǒng)形式。由于不同物體的發(fā)射率差異很大，所以不能只通過測量輻射功率來單一地決定物體的溫度。即 (18)于是得 （19）由式(19)可知，測試波長選的越短，由發(fā)射率引起的誤差就越小，所以單色測溫儀一般工作在短波區(qū)。只要發(fā)射率在這兩個(gè)波段內(nèi)的變化是緩慢的，這兩個(gè)波段上的輻射能量的比值就主要決定于被測物體的表面溫度。早在1966年，前蘇聯(lián)科學(xué)院冶金所的專家就提出：物體的光譜發(fā)射率可近似的認(rèn)為是對(duì)于波長的多項(xiàng)式。由于實(shí)際物體的發(fā)射能力都比同等溫度下黑體的輻射能力低，所以輻射發(fā)射率是個(gè)小于1的數(shù)值[21]。這種復(fù)雜的參數(shù)要準(zhǔn)確的測量是非常困難的[25]。這些氣體分子除吸收紅外線外，還將散射紅外線。由于熱釋電探測器具有響應(yīng)速度快、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬、靈敏度與波長無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，1989年以來，熱釋電耳道式測溫儀已成功的用于體溫測量，1991年以后該產(chǎn)品已遍及歐美市場[31]?！妗Ｑ芯康闹饕獌?nèi)容是設(shè)計(jì)一種能滿足醫(yī)用要求的紅外測溫儀。通常，測溫儀的最近測量距離為20 cm，最遠(yuǎn)測量距離為20 m左右，所以不能將目標(biāo)光源看成平行光。這種系統(tǒng)能很好的消除像差，可獲得較好像質(zhì)，但總透過率低。這種系統(tǒng)較牛頓系統(tǒng)擋光少，像質(zhì)好，結(jié)構(gòu)尺寸小，但曲面加工較困難。反射－透射式光學(xué)系統(tǒng)可以結(jié)合反射式和透射式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用球面鏡取代非球面鏡，同時(shí)用補(bǔ)償透鏡來校正球面反射鏡的像差，從而可獲得較好的像質(zhì)。對(duì)測量特定目標(biāo)的紅外測溫儀的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先考慮的是工作波段。透鏡的成像公式雖然簡單，但與透鏡的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)，具有一定程度的不嚴(yán)格性。同時(shí)假定透鏡非常薄，則A點(diǎn)B點(diǎn)至光軸的距離可認(rèn)為是相等的，且等于它們所對(duì)應(yīng)的弧長，另外，由于透鏡的厚度非常薄，故它們的厚度不影響u和v的值。除非透鏡設(shè)計(jì)成非球面或組合透鏡，否則球差總是存在的。 mm的紅外探測器放在透鏡的焦點(diǎn)處。光子探測器吸收光子后產(chǎn)生電子狀態(tài)的改變，從而引起幾種電學(xué)現(xiàn)象。同時(shí)由光電發(fā)射第二定律—愛因斯坦定律可以知道，如果發(fā)射體內(nèi)電子吸收的光子能量大于發(fā)射體表面逸出功，則電子將以一定速度從發(fā)射體表面發(fā)射，光電子離開發(fā)射體表面時(shí)的初動(dòng)能隨入射光的頻率線性增長，與入射光的強(qiáng)度無關(guān) （28）式中，E=mν2/2是光電子的初動(dòng)能，m為電子質(zhì)量，ν為電子離開發(fā)射體表面時(shí)的速度，hν為入射光子能量，為金屬逸出功(從材料表面逸出時(shí)所需的最低能量)又稱功函數(shù)。光電陰極的量子效率(每一入射光子所發(fā)射的電子數(shù))不高，一般在105~101之間。則光生電子在外電場作用下的漂移電流J(x)為 （214）式中n(x)為x處光生載流子密度為光生載流子在外電場E作用下的漂移速度。其在77 K下對(duì)8~14波段的紅外輻射有很高的探測率。在圖210中，pn結(jié)結(jié)區(qū)存在一個(gè)由n指向p的內(nèi)建電場，熱平衡時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散作用與少數(shù)載流子的漂移作用相抵消，沒有電流通過pn結(jié)；當(dāng)有光照射pn結(jié)時(shí)，樣品對(duì)光子的本征和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子，但由于p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子都被勢壘阻擋而不能穿過結(jié)，因而只有本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子能引起光伏效應(yīng)；p區(qū)的光生電子和n區(qū)的光生空穴以及結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)擴(kuò)散到結(jié)電場附近時(shí)，在內(nèi)建電場的作用下漂移過結(jié)，電子空穴對(duì)被阻擋層的內(nèi)建電場分開，光生電子與空穴分別被拉向n區(qū)與p區(qū)，從而在阻擋層兩側(cè)形成電荷堆積，產(chǎn)生與內(nèi)建電場反向的光生電場，使得內(nèi)建電場勢壘降低，降低量等于光生電勢差。利用pn結(jié)的光伏效應(yīng)制成的紅外探測器已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。光子探測器能否產(chǎn)生光子效應(yīng)，決定于光子的能量。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻用得較多，這種熱敏電阻室溫下的阻值為幾歐至幾兆歐。如圖212所示，兩種不同材料或材料相同而逸出功不同的物體，當(dāng)它們構(gòu)成閉環(huán)回路時(shí)，如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同，環(huán)路中就產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢，這就是溫差電效應(yīng)。為熱探測器的吸收系數(shù)，為熱電偶熱端溫度，為輻射能的幅值，為圓頻率。壓強(qiáng)增加的大小與吸收的紅外輻射功率成正比，由此，可測量被吸收的紅外輻射功率。二、熱探測器對(duì)各種波長的紅外吸收均有響應(yīng)，是無選擇性探測器；而光子探測器只對(duì)短于或等于截止波長的紅外輻射才有響應(yīng)，是有選擇性的探測器。在管殼的頂部設(shè)有濾光鏡。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為 (235)式中A為光敏面面積。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其電路連接和等效電路如圖215所示[49]：電流源的電流強(qiáng)度為式中為熱釋電系數(shù)；為光敏面的面積[50]。為了探測目標(biāo)，需要對(duì)目標(biāo)輻射能進(jìn)行調(diào)制，即把紅外系統(tǒng)接收到的恒定輻射能轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間變化的斷續(xù)的輻射能，以便熱釋電紅外探測器的接收和后續(xù)電路的處理。為了可靠地控制斬波器的轉(zhuǎn)動(dòng)，課題中采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)斬波器轉(zhuǎn)動(dòng)，而步進(jìn)電機(jī)則由SAA1042芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？梢圆捎脙上嚯p四拍的驅(qū)動(dòng)方式，按AB—BA—BA—BA—AB的次序，依次給四個(gè)線圈通電，步進(jìn)電機(jī)就能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。輸入低電平時(shí)為整步方式，輸入高電平時(shí)為半步方式。NE555工作于多諧振蕩狀態(tài)的外部接線圖如圖34所示。=(33)中，可得R1= R2≈750k。此外，由于集成運(yùn)算放大電路的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波器后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。OP07的具體參數(shù)如表32所示 表 32 OP07的功能參數(shù) Table 32 Function parameter of OP07參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電流轉(zhuǎn)換速率輸入偏置電流2nA最大輸出電壓177。 課題中采用的放大電路如圖38所示課題中采用兩級(jí)耦合放大電路，級(jí)間采用阻容耦合方式，以消除直流信號(hào)的影響。整形電路采用四個(gè)鍺二極管組成的橋式整流電路，經(jīng)過整形后的信號(hào)就成為單向的脈動(dòng)信號(hào)。而A/D的轉(zhuǎn)換精度是指在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬電壓與其理想電壓之差的最大值。與其它ADC相比，ADS7824具有非常低的功耗和豐富的片上資源，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，工作性能好，可在40~80℃范圍內(nèi)正常工作，非常適用于儀器儀表及便攜式探測器使用?？讖窖舆t(aperture delay)時(shí)間為40 ns。采樣后，公共端與地?cái)嚅_，自由端與輸入信號(hào)斷開。D7～D5(9，10，11)：當(dāng)PAR/SER端為高時(shí)，為8位并行數(shù)據(jù)高三位輸出，為低時(shí)呈高阻態(tài)。D0(17)：當(dāng)PAR/SER為高時(shí)，該端輸出為8位并行數(shù)據(jù)bit0，PAR/SER為低時(shí)，該端為串行輸出標(biāo)記端。轉(zhuǎn)換開始時(shí)，BUSY為低電平；轉(zhuǎn)換完成后，該端輸出為高電平。圖中，（非）狀態(tài)，BUSY（非）為1時(shí)，表示ADS782完成了一次轉(zhuǎn)換。其典型封裝有3腳TO92，8腳SOIC和6腳TSOC等形式。單總線只有一根數(shù)據(jù)線。另外在寄生方式供電時(shí)，為了保證單總線器件在某些工作狀態(tài)下(如溫度轉(zhuǎn)換期間、EEPROM寫入等)具有足夠的電源電流，必須在總線上提供強(qiáng)上拉(如圖45所示的MOSFET)。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。主機(jī)在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。每次訪問單總線器件，必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。單總線端口為漏極開路。其結(jié)構(gòu)如圖44所示。數(shù)據(jù)讀取完成后，單片機(jī)將R/C（非）和CS（非）端置低40 ns~12μs以啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換，此時(shí)BUSY輸出為低電平。PWRD(26)：電源關(guān)閉模式端，高電平有效。PAR/SER(20)：并行/串行輸出選擇端。D4(12)：當(dāng)PAR/SER端為高時(shí)，該端輸出8位并行數(shù)據(jù)bit 4，PAR/SER端為低時(shí)，該腳為串行時(shí)鐘選擇端。然后，所有電容的自由端接地以驅(qū)動(dòng)公共端至一個(gè)負(fù)壓VIN。差分電壓輸入范圍為177。采樣頻率為40k Hz，最大采樣與轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs。A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率應(yīng)大于400 Hz。 本章詳細(xì)闡述了系統(tǒng)信號(hào)的調(diào)制方式及其實(shí)現(xiàn)。在放大電路中，對(duì)幅值為2 mV