【正文】 像儀 ,由于它可以代替成千上萬(wàn)支溫度計(jì)和熱電偶的同時(shí)工作 ,使其他的測(cè)溫方法更加相形見絀 。 這 些 性能在做預(yù)防 性維護(hù)時(shí)特別重要，如監(jiān)視惡劣生產(chǎn)條件和將導(dǎo)致設(shè)備損壞或停機(jī)的特別 事件 。用 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀，可快速探測(cè)操作溫度的微小變化，在其萌芽 期 就可將問(wèn)題解決，減少因設(shè)備故障造成的開支和 縮小 維修范圍 ， 安全是使用 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀最重要的益本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 10 處。 因此，遠(yuǎn)紅外測(cè)溫技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的適用范圍很廣并 獲得飛速發(fā)展 。 各種設(shè)備的缺陷和 故障都直接或間接與溫度變化相關(guān) ,而這種溫度的變化往往不能使用常規(guī)的接觸測(cè)溫方法監(jiān)測(cè) ,只適合于非接觸的遠(yuǎn)紅外測(cè)溫。 表 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫和接觸測(cè)溫方式的性能比較 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫 接觸測(cè)溫 特 點(diǎn) ,可測(cè)動(dòng)物體和瞬態(tài)溫度 溫范圍寬 ,分辨 ℃ 或更小 ,直徑可達(dá)數(shù)微米 ,測(cè)溫要求較簡(jiǎn)單 、線、面測(cè)溫 ,也可測(cè)相對(duì)溫度 ,測(cè)溫要求嚴(yán)格 要 求 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀采用紅外技術(shù) ， 通過(guò)測(cè)量表征被測(cè)溫度的物 理參數(shù)來(lái)求得被測(cè)溫度，它不存在熱接觸和熱平衡帶來(lái)的缺點(diǎn)和應(yīng)有范圍的限制， 可快速方便地測(cè)量物體的表面溫度。 瞄準(zhǔn) 后 只需按動(dòng)觸發(fā)器，在 LED 顯示屏上讀出溫度數(shù)據(jù)。遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀每秒可測(cè) 出 若干個(gè)讀數(shù) ,而接觸測(cè)溫儀 做 每 次 測(cè)量就需要若干分鐘。 紅外測(cè)溫技術(shù)作為無(wú)損檢測(cè)眾多方法中的一種，確有其獨(dú)特的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，可完成 X 射 線、超聲波及激光全息檢測(cè)等技術(shù)無(wú)法勝任的檢測(cè)。 ○ 2 測(cè)量范圍寬 .在理論上無(wú)測(cè)量上限 ,可以測(cè)量相當(dāng)高的溫度。 ○ 4 不必接觸被測(cè)物體 ,操作方便。 與此同時(shí)， 由于任何一種先進(jìn)的技術(shù)方法都不可能完美無(wú)瑕的， 遠(yuǎn) 紅外檢測(cè)也不例外。 選擇 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀的要求 上述輻射定律不僅指出了被測(cè)物體的紅外輻射與其表面溫度的關(guān)系，而且為檢測(cè)方向和紅外檢測(cè)儀器工作波長(zhǎng)范圍的正確選擇提出了原則性的要求。為此， 除根據(jù)蘭貝特余弦定律選擇最佳檢測(cè)方向以外，還要求根據(jù)目標(biāo)輻射的光譜分布選擇紅外儀器的響應(yīng)波長(zhǎng)范圍。 影響紅外測(cè)溫儀精度的因素 遠(yuǎn) 紅外技術(shù)及其原理 可 理解為其精確的測(cè)溫。 有幾個(gè) 決定精確測(cè)溫的重要因素，最重要的因素是發(fā)射率、 溫度范圍 、 光學(xué)分辨率 、 視場(chǎng)、到光斑的距離和光斑的位置。當(dāng)紅外測(cè)溫儀測(cè)量表面溫度時(shí)，儀器能接收到所有這三種能量。測(cè)量誤差通常由其它光源反射的紅外能量引起的。 溫度范圍： 本設(shè)計(jì) 的溫度范圍 要求達(dá)到 27～ 227 攝氏 度 (分段 )，溫度范圍應(yīng)與具體應(yīng)用的溫度范圍相匹配 這是由測(cè)溫儀所工作的不同環(huán)境、要求所決定 的。 比值越大，分辨率越好，且被測(cè)光斑尺寸也就越小。 目標(biāo)尺寸：測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)應(yīng)大于測(cè)溫儀的視場(chǎng)，否則測(cè)量有誤差。 視場(chǎng)，確保目標(biāo)大 于紅外測(cè)溫儀測(cè)量時(shí)的光斑尺寸，目標(biāo)越小，就應(yīng)離它越近。 最大輻射對(duì)比度 當(dāng)用紅外輻射檢測(cè)表面溫度與背景溫度很接近的目標(biāo)時(shí)，分辨目標(biāo)與背景十分困難。為此，把目標(biāo)與背景的輻射對(duì)比度 RC 定義為： RC = )( )()(bbt TM TMTM??? ? 式 （ ） 式中， )( tTM? 溫度為 )(KTt 的目標(biāo)光譜輻射度； )( bTM? 溫度為 )(KTb 的背景光譜輻射度； 由于電氣設(shè)備上同種材料構(gòu)成的不同部位表面 (目標(biāo)與背景 )除有微小溫差外 ,其余特征基本相同。 這樣的問(wèn)題實(shí)際上歸結(jié)為適當(dāng)選擇紅外檢測(cè)儀器的響應(yīng)波長(zhǎng)，以便使光譜輻射度隨溫度的變化率達(dá)到最大值。即光譜輻射度對(duì)溫度的變化率為： TTM?? ）（ = 22251)1()(22??TcTceTcec?? ??=2221 1)( TceTM Tc ??? ???22)( TcTM ?? 式 （ ） 由于式（ ）中的最后近似式，是在通常 環(huán)境溫度附近有 Tce?2 1，則 TTM?? ）（? = 2251 2 Tcec Tc ?? ? ?? 式 （ ） 為了求得式（ ）中 TTM?? ）（? 的最大值，我們?cè)O(shè) x= Tc?2 則： TTM?? ）（? = ??ecTc 65241 式 （ ） 將式（ ）對(duì) x 求導(dǎo)數(shù)，并令其結(jié)果為 0，可得 x=6 再將 x=6 代回 T? ，得 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 13 CCT? =2411（ Km?? ） 式 （ ） 即 :與光譜輻射度隨溫度變化率達(dá)到最大值相應(yīng)的波長(zhǎng) c? 應(yīng)滿足式（ ）。 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫的原理 當(dāng)物體 溫度高于絕對(duì)零度 時(shí) 都可以產(chǎn)生紅外輻射 能量 ， 且 強(qiáng)度與其溫度成比例。 通過(guò)測(cè)量表征被測(cè)物體的物理參數(shù)來(lái)求得被測(cè)溫度 ,它不存在熱功當(dāng)量接觸和熱功當(dāng)量平衡帶來(lái)的缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍的限制 。熱流在物體內(nèi)部擴(kuò)散和傳遞的路徑中，將會(huì)由于材料或設(shè)備的熱物理性質(zhì)不同，或受阻堆積 、或通暢無(wú)阻傳遞，最終會(huì)在物體表面形成相應(yīng)的“熱區(qū)”和“冷區(qū)”， 從而在物體表面形成不同的溫度分布，而不同的溫度分布狀態(tài)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)， 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫技術(shù)正是通過(guò)對(duì)這種紅外輻射能量的測(cè)量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，而材料、設(shè)備及工程結(jié)構(gòu)等的運(yùn)行熱狀態(tài)是反映其運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要方面， 熱狀態(tài)的變化和異常往往是確定被測(cè)對(duì)象實(shí)際工作狀態(tài)及判斷其可靠性的重要依據(jù)，這就是 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫技術(shù)的基本原理。結(jié)合紅外測(cè)溫的工作原理及實(shí)際操作的需要，進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的計(jì)算和論證，在確定方案可行的情況下，最后得出遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的原理框圖如圖 。而信號(hào)采集系統(tǒng)中最重要的是用濾光片收集遠(yuǎn)紅外區(qū)域內(nèi)（ 8～ 14um）的光譜，使紅外測(cè)溫的波長(zhǎng)范圍相對(duì)縮小，精度有所提高。 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)也越來(lái)越先進(jìn)、品種越來(lái)越繁多、功能越來(lái)越齊全 、價(jià)格不斷的趨于穩(wěn)定。 使 用 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀時(shí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫原理 14 還必須注意 ： 只測(cè)量表面溫度，紅外測(cè)溫儀不能測(cè)量?jī)?nèi)部溫度。但可通過(guò)紅外窗口測(cè)溫。 定位熱點(diǎn)，要發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)，儀器瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后在目標(biāo)上作上下掃描運(yùn)動(dòng) ,直至確定熱點(diǎn)。 圖 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的組成圖 工作原理 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀由 五 部分組成 ， 正常工作時(shí)光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡匯集其視場(chǎng)內(nèi)的發(fā)熱體所輻射出的紅外輻射能量， 并匯集遠(yuǎn)紅外波段 內(nèi)的光譜。紅外激光器是用于測(cè)量過(guò)程中對(duì)被測(cè)對(duì)象瞄準(zhǔn)作用，為了獲得精確的溫度讀數(shù)，測(cè)溫儀與電力設(shè)備之間的距離必須在合適的范圍之內(nèi)，共軛光學(xué)測(cè)距儀是測(cè)定儀器到目標(biāo)的距離，在調(diào)測(cè)量距離時(shí)，應(yīng)確保目標(biāo)直徑等于或大于受測(cè)的光點(diǎn)尺寸，所謂光點(diǎn)尺寸就是指測(cè)量?jī)x測(cè)量點(diǎn)的面積。整個(gè)系統(tǒng)還配備了顯示器和 RS232（一種接口標(biāo)準(zhǔn)）數(shù)字輸出接口，最終將此溫度值送終端顯示進(jìn)行顯示輸出或者將異常的溫度數(shù)據(jù)送報(bào)警 顯示 電路啟動(dòng)報(bào)警裝置，提醒工人注意被測(cè)物體的溫度出現(xiàn)異常，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)被測(cè)設(shè)備和 工業(yè)生產(chǎn)控制的自動(dòng)化和智能化。光學(xué)系統(tǒng)是 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器的重要組成部分。 對(duì)于反射式光學(xué)系統(tǒng)的紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，它由凹面玻璃反射鏡組成，其表面鍍金、鋁和鎳鉻等紅外波段反射率很高的材料構(gòu)成反射式光學(xué)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中主要使用透射式光學(xué)系統(tǒng)的 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器，其原理圖如圖 。 三個(gè)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外光其測(cè)量的溫度相對(duì)較低，同時(shí)對(duì)儀器的損壞了相對(duì)較小，而遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀最適合的工作波長(zhǎng)是 8～ 14um，因此，在選用波段時(shí)應(yīng)充分考慮遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的工作波長(zhǎng)而選擇第三段。 圖 透射式 遠(yuǎn) 紅外探測(cè)器示意圖 測(cè)溫 部分模塊分析 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫儀 系統(tǒng) 是一個(gè)有機(jī)的整體，并能對(duì)各種信息進(jìn)行快捷的處理和顯示，因此 ,在進(jìn)行信號(hào)接收時(shí)首先利用遮 光板對(duì)被測(cè)物體所發(fā)出的紅外輻射能量進(jìn)行有選擇的吸收， 主要吸收其中的遠(yuǎn)紅外光譜。經(jīng)選擇吸收的 遠(yuǎn) 紅外輻射光信號(hào)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的硬件電路設(shè)計(jì) 16 通過(guò)敏感元件的轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的電信號(hào)并送到放大器進(jìn)行放大處理，再經(jīng)濾波器的濾波處理成所需要的電信號(hào)送到加法器運(yùn)算，最后送到顯示輸出端顯示，但是在進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)要利用溫度補(bǔ)償部分對(duì)所輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體溫度值與顯示輸出的線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)溫儀的智能化控制，據(jù)此原理得出 遠(yuǎn) 紅外測(cè)溫 儀的 部份處理 裝置的原理框圖如圖 。測(cè)溫傳感器為一暗盒，盒內(nèi)固定熱釋電探測(cè)器件，前方有遮光板，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)遮光板旋轉(zhuǎn)，將被測(cè)的紅外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射線，紅外測(cè)溫裝置通過(guò)光電敏感元件將 遠(yuǎn) 紅外輻射 能 變換為電信號(hào)輸出，溫度補(bǔ)償二極管也固定在盒內(nèi)；放大單元 是選用 集成運(yùn)放作為模擬放大器 ,且運(yùn)放工作于線性放大區(qū)，電路的輸出與輸入 之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系 , 反饋信號(hào)通過(guò)反饋電阻 送 到輸入端 ,即利用電壓本身的變化量通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)放大電路起自動(dòng)調(diào)整作用 ,最終達(dá)到放大并穩(wěn)定輸出電壓的作用；濾波單元采用集成運(yùn)放組成的有源濾波器 , 由兩節(jié) RC濾波電路和反相比例放大電路所組成 , 開環(huán)電壓增益的輸入阻抗很高，輸出阻抗較低 ,而且具有一定的電壓放大和緩沖作用；溫度補(bǔ)償單元采用二極管溫度補(bǔ)償電路 ,利用半導(dǎo)體受到外界的光和熱的刺激時(shí)，其導(dǎo)電性能將會(huì)發(fā)生其顯著變化，在將二極管的溫度補(bǔ)償信號(hào)經(jīng)差動(dòng)放大以補(bǔ)償環(huán)境溫度的影響。將交流電變換成穩(wěn)恒直流電的設(shè)備稱為穩(wěn)壓電源， 直流電源的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓 (即市電 )，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)的有效值相差較大，因而需要通過(guò)電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。 在 工作過(guò)程中調(diào)整管始終 正常工作，所 謂正常工作，是指在輸入電壓波動(dòng)和輸出電壓改變時(shí)調(diào)整管應(yīng)始終工作在放大狀態(tài)，即工作在線性放大區(qū) 。 串聯(lián)型 穩(wěn)壓電源的優(yōu)良性能是具有較高的穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度，同時(shí)具備輸出的紋波電壓 小、瞬態(tài)響應(yīng)速度快、線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、沒有開關(guān)干擾等優(yōu)點(diǎn)， 其工作原理 方 框圖如圖 所示。此外，為了使電路安全工 作，還可以在電路中加保護(hù)電路并且接到調(diào)整管的基極上。 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型 穩(wěn)壓電路的單元電路圖如圖 所示，下面就各部分的作用加以介紹。 在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管 T 是核心本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的硬件電路設(shè)計(jì) 18 元件，它的安全工作是電路正常工作的保證。調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到 輸入電壓 iV 由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)節(jié)和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)生的影響。 圖 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型 穩(wěn)壓電路圖 同時(shí)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理也可以簡(jiǎn)述如下：當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻 的變化等）使輸入電壓 IV 增加（或者負(fù)載電流 OI 減小）時(shí)，導(dǎo)致輸出電壓 0V 增加，取樣電路將這一變化趨勢(shì)送到 A 的反向輸入端，并與同相輸入端電位 VF 進(jìn)行放大；反饋電壓02102 VFRRVRV VF ???也增加（ VF 為反饋系數(shù)）?？珊?jiǎn)述如下： oU ? ?????? OBN UUU 或者 ??????? OBNO UUUU 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀的硬件電路設(shè)計(jì) 19 可見，電路是靠引入深度電壓負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。 電源的參數(shù)計(jì)算 從反饋放大電路的角度來(lái)看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因而可得： BV = ）（ 0VFVA VREFV ? 0V?