远红外线测温仪

远红外线温度检测

一、检测目的

随着现代科学技术的发展，传统的接触式测温方式以不能满足现

代一些领域的测温需求，对非接触、远距离测温技术的需求越来越大,

为了监检恶劣生产条件、特殊环境的温度，以便进行预防性维护，进

行了红外线温度检测。

二、远红外线温度检测原理

任何物体内部的带电粒子都处于不断运动状态，当物体温度高于

热力学温度0时，它就会不断地向周围进行电磁辐射。物体的自发辐射，

常温下主要是红外辐射，俗称红外线，它是人眼看不见的光线，具有

强烈的热作用，故又称热辐射。热辐射特性主要由温度决定，故称为

温度辐射，是光学温度传感的基础。物体在常毛利新介 温下，发射红外线；当

温度升高至500℃左右，便开始发射部分暗红外观的可见光；当温度继

续升高，物体会向外辐射电磁波，且随着温度的升高其波长会变短。

当温度升到1500℃时，便开始发出白色光。当将一束白色光照射到一

个玻璃三棱镜上时，通过三棱镜对不同波长光的折射，就会显现七彩

的单色光束。

三、远红外线温度检测硬件电路设计

远红外测温系统由以下几部分组成：远红外透镜及滤光系统、测

试装置、A/D转换器、微处理机（单片机）和终端显示组成。

1、远红传感器

具体操作：将远红外测温仪对准被测的物体，按触发器启动单片

机，并在仪器的LED上读出温度数据，保证测温距离和光斑尺寸之比。

使用远红外测温仪时还必须注意：1、只测量表面温度，红外测温仪不

能测量内部温度。2、不能透过玻璃进行测温，玻璃有很特殊的反射和

透过特性，不允许精确红外温度读数。但可通过红外窗口测温。红外

测温仪最好不用于光亮的或抛光的金属表面的测温（不锈钢、铝等）。

3、定位热点，要发现热点，仪器瞄准目标，然后在目标上作上下扫描

运动,直至确定热点。4、环境温度，如果将红外测温仪突然暴露在环

境温差为20度或更高的情况下，允许仪器在20分钟内调到新环境温度。

远红外探测器一般由光学系统、敏感元件、前置放大器和信号调

制器组成。光学系统是远红外探测器的重要组成部分。对于反射式光

学系统的红外探测器的结构，它由凹面玻璃反射镜组成为了减小像差

或使用上的方便，常另加一片次镜，使目标辐射经两次反射聚集到敏

感元件上，敏感元件与透镜组合在一起，前置放大器接收热电转换后

的电信号，并对其进行放大。

在透射式光学系统中,其部件用红外光学材料做成，不同的红外光讲普通话手抄报

波长应选用不同的红外光学材料：在测量700℃以上的高温时，用波长

为0.75～3um范围内的近红外光，用一般光学玻璃和石英等材料作透镜

材料；当测量100～700℃范围内的温度时，一般用3～5um的中红外光，

多用氟化镁、氧化镁等热敏材料；当测量100℃以下的温度用波长为5～

14um的中远红外光，多采用锗、硅、硫化锌等热敏材料。三个范围内

的波长远红外光其测量的温度相对较低，同时对仪器的损坏了相对较

小，而远红外测温仪最适合的工作波长是8～14um，因此，在选用波段

时应充分考虑远红外测温仪的工作波长而选择第三段。

远红外测温仪的探头部分的方框图是一个包括光、机、电一体化

的红外测温系统，利用热辐射体在远红外波段的辐射能量来测量温度，

由测温传感器、放大单元、滤波单元及加法单元、温度补偿单元组成。

测温传感器为一暗盒，盒内固定热释电探测器件，前方有遮光板，电

动机带动遮光板旋转，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射线，

红外测温装置通过光电敏感元件将远红外辐射能变换为电信号输出，

温度补偿二极管也固定在盒内；放大单元是选用集成运放作为模拟放

大器,且运放工作于线性放大区，电路的输出与输入之间存在一一对应

的关系,反馈信号通过反馈电阻送到输入端,即利用电压本身的变化

量通过反馈网络对放大电路起自动调整作用,最终达到放大并稳定输

出电压的作用；滤波单元采用集成运放组成的有源滤波器,由两白夜行读后感 节RC

滤波电路和反相比例放大电路所组成,开环电压增益的输入阻抗很

高，输出阻抗较低,而且具有一定的电压放大和缓冲作用；温度补偿单

元采用二极管温度补偿电路,利用半导体受到外界的光和热的刺激时，

其导电性能将会发生其显著变化，在将二极管的温度补偿信号经差动

放大以补偿环境温度的影响。

2、同相放大器

运算放大器实际上是多级直接耦合放大电路的集成形式，其特点

是高输入电阻、高放大倍数、低输出电阻。通常可以选用集成运算放

大器作为模拟放大器，在某些精密的数字仪表系统中则可以选用仪表

放大器和隔离放大器。选择放大器时主要考虑放大器的带宽和精度，

放大器的满度误差和零位误差多半是可调的，因此这里精度主要指温

漂和噪声。这些电路归纳为两大类：一是运放的线性应用，此类电路

有一个显著的待点，即运放工作于线性放大区，电路的输出与输入之

间存在一一对应的函数关系；二是运放的非线性应用，此类电路在多

数情况下，运放工作在饱和状态。由于运放的工作状态不同，故所适

用的分析方法亦不同。

在常用的放大电路中，比例运算放大器电路的接法有两种：一种

是同相输入接法，另一种是反相输入接法，分别属于电压串联负反馈

电路和电压并联负反馈电路。在本课题中比例运算放大电路采用同相

输入的接法，其电路图如图3.4所示。这种电路的重要特点是：电路的

输出电压趋向于维持恒定，因为无论反馈信号以何种方式引回到输入

端，实际上都是利用输出电压本身的变化量通过反馈网络对放大电路

起自动调整作用，这就是电压反馈的实质。若从输入电压取样，通过

反馈网络得到反馈电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净输

入电压进行放大，则称电路中引入了电压串联负反馈,其工作原理是：

当输入端正向电压增加时，且接放大器的同相输入端，反馈电压，若

输入电压对R1和R2所组成的反馈网络的作用忽略不计，即可以为R1上

的电压；并且，由于集成运放开环差模增益很大，因而其净输入电压

也可以忽略不计。根据“虚短”和“虚断”的概念，集成运放的净输

入电压为零，即说明集成运放有共模输入电压。

3、温度补偿

在这种方法测量温度时,要进行温度补偿,而温度补偿方案的设计

有两种方案:

1、采用恒温控制电路。恒温的原理为，感温电阻作为电桥的一臂，

当温度等于所需要的某一温度（拐点温度）时，电桥输出直流电压经

放大后，对加热电阻丝加热，以维持平衡温度；当环境温度变化，从

而使电桥温偏离原来温度时，通过感温电阻的变化改变加热电阻的电

流，从而减少电桥温度的变化。

2、采用二极管温度补偿电路。由于半导体受到外界的光和热的刺

激时，其导电性能将会发生其显著的变化，在将二极管的温度补偿信

号经差动放大用以补偿环境温度的影响。

4、A/D转换器

A/D转换器已经成为计算机系统中不可缺少的接口电路。为确保系

统处理结果的精确度，A/D转换器必须具有足够的转换精度；在实现对

快速变化的信号的实时控制与检测，还要求具有较高的转换速度。为

将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数

字信号，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程，在实

际电路中，这些过程有的是合并进行的，同时实现。即外部的各种模

拟信号必须通过A/D转换器变换为数字信号后，才能送入微处理器芯

片。在单片集成A/D转换器中，ADC0809是8位的芯片，采用逐次比较式

工作原理。具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用单一+5V电源，其

模拟量输入电压的范围为00H—FFH，转换时间为100，无须调零或调整

满量程。

四、远红外测温仪的软件设计

1、AT89C51:8位微处理器和控制器，中央处理器是整个单片机的

核心部件，能同时处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和

调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作适合小学生唱的歌 。

内含4KB可重擦写的可编程闪烁程序存贮器（EEPROM）。

内含128*8位的数据存贮器（RAM）。

4个8位(32根)双向且可独立寻址的I/O（输入输出）接口～。

2个16位的计数器/定时器。

片内振荡器和时钟电路。

全双工方式的串行接口(DART)。

两级中断优先权的6个中断源/5个中断矢量的中断逻辑。

指令集有111条指令，其中64条为单周期指令，支持6种寻址方式。

最高时钟振荡频率可达12MHz，大部分指令执行时间为1us，乘、

除指令为4us。

与MCS-51兼容，寿命为1000次写/擦循环，数据保留时间为10年。

低功耗的闲置和掉电模式，可编程串行通道，三级程序存储器锁

定。

由于AT89C51内部具有RAM和EEPROM，所以在芯片的外部接上时钟

电路和上电复位电路就可以构成一个基本的应用系统了，如图4.4所

示。本系统采用自动复位方式新春吉祥 ，主频率为6MHz，一方面保证满足系统

对时间的要求，同时也考虑了可靠性的要求，即适当降低速度以提高

抗干扰能力。由于内部的程序空间有限，不适合编写较大、较复杂的

程序，所以，这个系统适合于简单的控制系统的应用。

单片机应用系统是指以单片机为核心，由硬件部分和软件部分组

成，配以一定的外围电路和软件，能实现某几种功能的应用系统expanding 。硬

件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其合理的调配和使用，

从而完成应用系统所要完成的任务。单片机应用系统的设计分为硬件

设计和软件设计两大部分，其设计包括下述几个步骤：总体设少年先锋队队徽 计；系

统硬件设计（用PROTEL）；系统软件设计（用仿真机软件）；仿真调

试硬件和软件（用仿真机）；固化应用程序（用仿真机）；脱机运行

（用户系统）。一个单片机应用系统的硬件设计电路包括两大部分内

容：一是单片机系统的扩展部分设计，这包括存储器扩展和接口扩展。

二是各功能模块的设计。如信号测量功能模块、信号控制功能模块等，

根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外

围设备，设计合适的接口电路。

在进行应用系统的硬件设计时，首要问题是确定电路的总体方案，

并需进橙子简笔画 行详细的技术论证。设计还需要考虑以下几点：

尽可能选择典型电路。

系统的扩充和外围装置，应充分满足应用系统的要求，并留有一

些扩充槽，以便进行二次开发。

硬件结构应结合应用软件一并考虑。

整个系统器件尽可能做到性能匹配。

可靠性及抗干扰性设计是硬件设计极其重要的部分，包括器件选

择、电路板布线、通道隔离等。

单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动激励歌曲 能力，驱动能力不足时，

系统工作不可靠。解决办法是增加驱动能力，降低总线负载。

五、总结

通过本次作业,我查阅了很多书籍,通过查阅这些书籍,我学习到

了很多关于检测温度的方法,之所以选择这种方法来作为本次作业的

方案,是因为这种方法很接近目前科技的发展,对于目前的技术也是一

种很好的体现,这种新型的检测温度的方法,相对于传统方法来说,测

量的范围更广,也更加准确。很感谢老师给我们布置的这次作业,在完

成这次作业的过程中,我努力查阅多种这方面的书籍,更加充实了我,

弥补了许多不足,也让我认识到,要想做好一件事,必须要很认真负责

地去做,才能做好属于自己的事,也才能学到知识。

六、参考文献

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