【正文】 的波長(zhǎng)可通過(guò)下式計(jì)算：λ=2898/T。紅外感應(yīng)源通常采用熱電堆元件，這種元件在接收到人體紅外輻射時(shí)，由于自身溫度變化，產(chǎn)生電荷或電勢(shì)差，再利用一定的電路將該電信號(hào)進(jìn)行放大處理就可以得出要測(cè)量物體的溫度值。 紅外測(cè)溫傳感器的測(cè)溫特點(diǎn)某些晶體材料，當(dāng)其受熱時(shí)溫度升高，在晶體兩端產(chǎn)生數(shù)量相等符號(hào)相反的電荷；晶體冷卻，產(chǎn)生的電荷符號(hào)則與溫度升高時(shí)相反。當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)，首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。其中紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。式中：A為光學(xué)常數(shù)，與儀器的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)；ε1為被測(cè)對(duì)象的輻射率；ε2為紅外溫度計(jì)的輻射率；TO為被測(cè)對(duì)象的溫度（K）；TA為紅外溫度計(jì)的溫度（K）；它由一個(gè)內(nèi)置的溫度檢測(cè)元件測(cè)出。（27）根據(jù)式（26）的原理，儀器所測(cè)得的紅外輻射為： E=Aσε1ε2（TO4TA4） 在不同的溫度范圍，對(duì)象發(fā)出的電磁波能量的波長(zhǎng)分布不同，在常溫（0~100℃）范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。利用這個(gè)原理我們可以制成紅外測(cè)溫儀。為了減少測(cè)量物體的溫度誤差，去除環(huán)境溫度因素的影響，所以修正的紅外輻射定律如下： E=σε（T04TA4） （26）式中：E為輻射出射度數(shù)，單位W/m；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)，108W/(m2基爾霍夫定律揭示了熱平衡下物體的輻射與吸收的關(guān)系，指出一個(gè)好的吸收體也是一個(gè)好的輻射體。因此，利用在同溫度下實(shí)際物體與黑體的輻射度之比來(lái)表示該物體的一種特性，可以稱(chēng)之為實(shí)際物體的發(fā)射率，也叫全發(fā)射率，用ε表示。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。而這個(gè)輻射系數(shù)就是常說(shuō)的發(fā)射率，或稱(chēng)之為比輻射率，其定義為實(shí)際物體與同溫度黑體輻射性能之比。 基爾霍夫輻射定律與發(fā)射定律： 實(shí)驗(yàn)證明，物體的輻射度除了依賴(lài)于溫度和波長(zhǎng)外，還與該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。C0cosθ （23）此定律表明：黑體在輻射表面法線方向的輻射最強(qiáng)。因此，只要能夠探測(cè)到黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率，就可以確定該黑體的溫度。此定律表明：凡是溫度高于開(kāi)氏零度的物體都會(huì)自發(fā)的向外發(fā)射紅外熱輻射，同時(shí)黑體單位面積發(fā)射的總輻射功率與開(kāi)氏溫度的四次方成正比。其數(shù)學(xué)表示如下： W=σεT4 （22）其中，σ=108w/m2 斯忒藩（德）—波長(zhǎng)10km~10000km1mm~1km1um~1mm1nm~1um~1nm名稱(chēng)聲波無(wú)線電波紅外線可見(jiàn)光紫外線X射線 電磁波波譜圖輻射的光譜分布規(guī)律——普朗克輻射定律： 一個(gè)絕對(duì)溫度為T(mén)（K）的黑體，單位面積表面在波長(zhǎng)λ附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率（簡(jiǎn)稱(chēng)為光譜輻射度）Mλ，T與波長(zhǎng)λ、溫度T滿足下列關(guān)系： Mλ,T=C1(eC2/λT1) (21) 式中CC2分別為第一、第二輻射常數(shù)。m波段的電磁波稱(chēng)為紅外波段。~~根據(jù)普朗克輻射定律：凡是絕對(duì)溫度大于零度的物體都會(huì)向外輻射電磁波，物體的輻射強(qiáng)度與溫度及表面輻射能力有關(guān)，輻射的電磁波與物體溫度密切相關(guān)。這也就是我們所說(shuō)的紅外測(cè)溫理論的依據(jù)基礎(chǔ)。不同波段的電磁波，它的能量也是不同的。同時(shí)，給醫(yī)療方面也帶來(lái)了很大的方便?，F(xiàn)在紅外測(cè)溫技術(shù)已經(jīng)被人們普遍應(yīng)用，其中紅外測(cè)溫儀是紅外技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用，它是利用人體發(fā)出的紅外線來(lái)測(cè)量出人體的平均溫度。隨著紅外傳感器的體積越來(lái)越小、價(jià)格逐漸降低，在食品、采暖空調(diào)和汽車(chē)等領(lǐng)域也有了新的應(yīng)用。隨著紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一種新型的紅外技術(shù)——智能數(shù)字紅外傳感技術(shù)正在悄然興起。在食品行業(yè)，紅外溫度可以在不被污染的的情況下實(shí)現(xiàn)食物溫度的監(jiān)測(cè)和控制，鑒于這種優(yōu)點(diǎn)，紅外溫度傳感器在食品加工方面別受歡迎。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)與控制方面，紅外溫度傳感器以其優(yōu)異的性能，滿足了多方面的要求。目前我國(guó)研制出的熱像儀，可以滿足軍隊(duì)武器系統(tǒng)的各種性能需要。改革開(kāi)放以來(lái)，紅外技術(shù)的研究得到了迅速的發(fā)展，開(kāi)展了從單元、線列到紅外線平面的探測(cè)器研究工作。然而，我國(guó)的紅外線技術(shù)的研究工作是在新中國(guó)成立后才開(kāi)展的。目前，美國(guó)將紅外技術(shù)應(yīng)用于單兵裝備、裝甲車(chē)輛、航空和航天的偵察監(jiān)視、預(yù)警、跟蹤以及武器制導(dǎo)等各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)，德國(guó)研制出硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件制成一些軍用紅外系統(tǒng)，例如高射炮用導(dǎo)航儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測(cè)和跟蹤系統(tǒng)、機(jī)載轟炸機(jī)探測(cè)儀和火控系統(tǒng)等等。赫胥爾從熱的角度來(lái)研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線?，F(xiàn)在，紅外測(cè)溫儀已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，也發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。紅外測(cè)溫技術(shù)不僅可以對(duì)個(gè)人實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的測(cè)溫，而且可以在大規(guī)模的檢疫站，大流量的人群實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。利用高科技和不懈的努力，人們終于研究設(shè)計(jì)出一種新型的測(cè)溫儀——紅外線測(cè)溫儀。面對(duì)這種傳統(tǒng)體溫計(jì)的不利因素，不僅給人們傳達(dá)錯(cuò)誤的信息，而且還有害健康。傳統(tǒng)的體溫計(jì)主要是水銀式體溫計(jì)，通過(guò)儲(chǔ)存在水銀球內(nèi)的水銀受熱膨脹，然后讀取刻度值來(lái)判斷溫度的高低。如果能及時(shí)知道一個(gè)人的體溫，也許就能知道這個(gè)人的生理參數(shù)是否正常運(yùn)行。紅外測(cè)溫技術(shù)設(shè)計(jì)方案第一章 緒論 課題研究的目的和意義隨著科技的快速發(fā)展和醫(yī)療技術(shù)的需要，測(cè)溫技術(shù)也在不斷地提高和改進(jìn)。眾所周知，體溫是一個(gè)重要的人體生理參數(shù)，不僅是人體生命活動(dòng)的基本特征，而且也是觀測(cè)人體機(jī)能是否正常運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。所以，體溫計(jì)無(wú)論是日常生活還是臨床醫(yī)療，都是必不可少的測(cè)量器具。但是這種溫度計(jì)測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、準(zhǔn)確度低，在遇熱或者放置不當(dāng)時(shí)，容易破裂使水銀泄露，造成人體接觸中毒、污染環(huán)境。因此，需要研究出一種新型的測(cè)溫技術(shù)，改變傳統(tǒng)體溫計(jì)的測(cè)溫方法，不僅能夠方便、快捷、準(zhǔn)確的測(cè)出人體的溫度，而且對(duì)人體和環(huán)境沒(méi)有傷害。這種新型的測(cè)溫儀是利用人體發(fā)出特定波段的紅外線來(lái)測(cè)量人體的溫度，采用高精度的紅外溫度傳感器，能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)出人體的平均溫度，從而解決了傳統(tǒng)體溫計(jì)的弊端，使測(cè)溫技術(shù)更高效、更快捷。不僅節(jié)省了時(shí)間，也給人們帶來(lái)了方便。 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展概況 紅外線的最早研究是在1800年開(kāi)始的，首先是英國(guó)物理學(xué)家FW自從赫胥爾發(fā)現(xiàn)紅外線至今，紅外線技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)了近兩個(gè)世紀(jì)，從那時(shí)起，紅外輻射和紅外元件、部件的科學(xué)研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術(shù)。此后，美國(guó)、英國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)競(jìng)相發(fā)展，特別是美國(guó)，大力研究紅外技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，隨著光學(xué)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，紅外檢測(cè)技術(shù)也日趨完善，其中紅外測(cè)溫技術(shù)也形成了完整的理論并成功地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域。首先研究的是波段工作在13um的硫化鉛紅外探測(cè)器，數(shù)年之后又相繼研究鈦酸鉛等熱電探測(cè)器，并得到了一定的應(yīng)用。上世紀(jì)90年代中期，我國(guó)研制出第一臺(tái)熱像儀，其技術(shù)性能與國(guó)外水平相當(dāng)，為我國(guó)紅外技術(shù)的升級(jí)換代起到了重要的作用。另外，在民用領(lǐng)域各種紅外測(cè)溫儀、紅外熱像儀、星載紅外遙感儀等，也逐漸研制成功，逐漸發(fā)展成熟，在日常生活中得到了充分的應(yīng)用。在產(chǎn)品加工行業(yè),一些需要對(duì)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的地方，都離不開(kāi)溫度傳感器，既實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，也可以及時(shí)的進(jìn)行調(diào)控。在醫(yī)療方面，紅外測(cè)溫技術(shù)主要應(yīng)用于人體溫度的測(cè)量，對(duì)人體機(jī)能是否正常運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這種智能傳感器內(nèi)置微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通信，具有小型化、數(shù)字通信、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此，應(yīng)用普遍而且易被接受。例如在食品烘烤機(jī)、理發(fā)吹風(fēng)機(jī)上，都有紅外溫度傳感器，用來(lái)檢測(cè)溫度是否過(guò)熱，以便決定下一步該怎么操作，是停止加熱將食物從烘烤機(jī)中取出，或是使吹風(fēng)機(jī)冷卻等。這種測(cè)溫儀采用的是高精度的紅外溫度傳感器和微電子技術(shù)，它能夠快速、準(zhǔn)確、方便的測(cè)出人體的平均溫度，不僅方便、快捷，而且解決了傳統(tǒng)體溫計(jì)易碎和水銀污染等問(wèn)題。第二章 紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理 紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)理論在自然界中，所有溫度高于絕對(duì)零度（℃）的物體，由于自身分子的熱運(yùn)動(dòng)，都在不停的向周?chē)臻g輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，而且通過(guò)一定的設(shè)備室可以檢測(cè)到這些不同波段的電磁波的。物體的紅外輻射能量大小和波長(zhǎng)的分布與它表面的溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外線能量的測(cè)量，就可以準(zhǔn)確的測(cè)出物體表面的溫度。紅外線是電磁波譜中的一部分，而且這一波段正好位于可見(jiàn)光和微波之間。在電磁波波譜中，600181。近年來(lái)，紅外線技術(shù)已經(jīng)成為一門(mén)發(fā)展迅速的新興學(xué)科，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科研、加工、軍事、醫(yī)療、美容等領(lǐng)域。普朗克輻射定律是所有單位計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)。波爾茲曼（奧）（Stefan—Boltzmann）定律:物體的總輻射率，即單位面積發(fā)射總功率與黑體溫度的四次方及材料表面的發(fā)射率成正比。K4，為Stefan—Boltzmann常數(shù)，ε為材料表面發(fā)射率。而且，只要溫度有較小變化時(shí)，都會(huì)使物體發(fā)射的輻射功率發(fā)生很大的變化。 輻射的空間分布規(guī)律—朗伯余弦定律：所謂的郎波余弦定律，就是黑體在任何方向上的輻射強(qiáng)度與觀測(cè)方向相對(duì)于輻射表面法線夾角的余弦成正比： Iθ=因此，實(shí)際做紅外檢測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能選擇在被測(cè)表面法線方向最大值的cosθ倍。我們引入一個(gè)隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，即可把黑體的基本定律應(yīng)用于實(shí)際物體的紅外溫度測(cè)量。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在大于0和小于1的數(shù)值區(qū)間。影響發(fā)射率的主要因素有：材料種類(lèi)、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。數(shù)學(xué)表示為 ε=M/M0 (24)式中：M為實(shí)際物體的輻射度，Mo為相同條件下黑體的輻射度。可以用以下公式表達(dá)： ε=α （25）由此可看出，任何處于熱平衡下的物體吸收率等于發(fā)射率，即物體的吸收本領(lǐng)越大發(fā)射本領(lǐng)也就越大。K4)；ε為物體的輻射率；T0為物體的溫度，單位K；TA為物體周?chē)沫h(huán)境溫度，單位K；只要測(cè)量出所發(fā)射的E的值，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度。這種測(cè)量技術(shù)不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測(cè)溫。用于不同溫度范圍和不同測(cè)量對(duì)象的測(cè)溫儀器，其具體的設(shè)計(jì)也不同。 所有的物體，包括人體各部位的表面，其ε值都是某個(gè)大于0而且小于1的數(shù)值。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)元件及其位置確定。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路和信號(hào)處理電路，按照儀器相關(guān)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測(cè)溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱(chēng)作熱釋電效應(yīng)。其中溫差電堆由若干熱電偶串聯(lián)組成，熱電偶傳感器測(cè)定溫度與輸出電壓的關(guān)系的測(cè)溫點(diǎn)在接收到紅外輻射能量后溫度升高，因?yàn)椤叭惪诵?yīng)”而產(chǎn)生