紅外測溫系統(tǒng)

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1、苗周立功單片機 紅外測溫系統(tǒng) 專注的力■成就夢? 苗周立功單片機 本章學習重點 1. 紅外測溫原理； 2. 紅外測溫糸統(tǒng)傳感器opt-538u介紹； 3. 紅外測溫糸統(tǒng)的放犬色路分析 4 .紅外測溫糸統(tǒng)的總體設(shè)計思路 5.紅外測溫糸統(tǒng)的軟硬件設(shè)計 1紅外測溫原理 溫度測量分為接紈扎和非搖觸式I兩大類。 測溫元件直接與菠測對象相接觸，兩者之間進行充分 的熱交換達到熱平衡，這肘感溫元件的禁?一煬理參數(shù) 的量值就代獲了菠測對象的溫度值。 優(yōu)點：直觀可靠。 缺點：扁溫元件影響彼測溫度場的分布; 接觸不良等帶來測量誤差; 當溫和庸飩性介質(zhì)影響扁溫元件的性能和

2、壽命。 1紅外測溫原理 ?感廈元件不與菠測對象相接羅，而通過熱輻射進行熱 交換； ?具有較富的測浜上限; ?熱慣性小，可達千分之一多S故便于測量運動腸體的 鍛度和快速麥化的鍛度。 紅外測溫原理 ?簡介 1800年，絲胥余首先發(fā)現(xiàn)了紅外輻射，經(jīng)過幾代科學家 100多年的探索.賣驗與研克，總結(jié)出了正確的輻射定律，為成 功地硏制紅外輻射測溫儀奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀60年代以 后，由于各種嘉靈斂度紅外探測器、干莎濾光片以及數(shù)字行號 戲理技術(shù)的發(fā)畏，犬犬促進了紅外技術(shù)應用的進程。近幾十年 來,比色測溫儀.光纖測溫儀、掃描測溫儀等滿足各種需要的 紅外測溫儀相繼出現(xiàn)和不斷歡進,使紅外技術(shù)的

3、硏克與應用有 了新的飛更。雖然紅外測溫技術(shù)問世的肘間并不很長,但是它 安全.可靠、非接觸、快速、準確、方便、壽命長等不可巻 代的優(yōu)勢，己彼越來越多的企業(yè)與廠家所認識和接受，在冶金、 石化.色力、交通、水泥、橡膠等行業(yè)得到了廣泛的應用，成 為企業(yè)故障檢測.產(chǎn)品質(zhì)量控制和提嘉經(jīng)濟效益的重要手段。 \熱輻射基本定律 （-）基爾霍夫定律 （二） 斯忒潘一玻耳茲曼定律 （三） 普朗克定律 （四）維恩位移定律 （一）基爾霍夫定律 1-出射輻射能與吸收輻射能的一致性 輻通量：單位時間內(nèi)通過某一截面的輻射能, 又稱輻射功率，SI單位為瓦。 光譜吸收率勺（門: ""表示物體對輻射到其上的輻

4、通量可吸收的比例O UJ 式中,切（入門為被物體吸收的輻通量；d（/）W 為照射到物 體單位面積上的輻通量。 基爾霍夫定律 ^aA（T） = l:黑體—能全部吸收輻射到其上 能量的物體（理想）。 色Ct）y1：非黑體——只能部分吸收輻射到其 L 上能量的物體（實際）O 基爾霍夫證明了: 輻射出射度：從輻射源表面單位面積發(fā)射出的輻通量, 某一特定波長的輻射出射度稱為單色輻射出射度。 物體的單色輻射出射度Ma(T)與單色吸收比色(:T) 的比值為一普適函數(shù)龍(門 MQ) 辦(T)與溫度及波長有關(guān)。 熱平衡時物體向四周的輻射功率等于它能吸收的功率。 其中，（門為黑體在溫度

5、T時的光譜輻射出射度； M,（門為非黑體在溫度T時的光譜輻射出射度o 基爾霍夫定律：在同樣的溫度下，各種不同物體對相同波 長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于 該溫度下黑體對同一波長的單色輻射出射度。 光譜發(fā)射率乙（T）:實際物體與黑體在溫度T 時的光譜輻射岀射度之比o Mg 結(jié)論：A(T)=aA(T) 則：物體的光譜發(fā)射率等于其光譜吸收率。 吸收輻射能力強的物體，受熱后向外輻射的能力也強; 專注的力■成就夢? 周立 (空)普朗克定律(單色輻射強度定律) 物體輻射出射度與溫度間的關(guān)系 ?溫度為T的絕對黑體，單位面積元在半球方向上 所發(fā)射的全部波長

6、的輻射岀射W(r)與溫度T的 四次方成正比。 M(T) =(tT4 對于非黑體的一般物體： M(T) = st(tT4 式中： 虧為溫度為丁時全波長范圍的材料發(fā)射率，也稱為黑度系數(shù); b為斯忒潘一玻耳茲曼常數(shù)；cr=5. 67032xlO_8W-m-2^4 廠為物體的熱力學溫度 描述輻射能量在各波長上的分布關(guān)系 溫度為T的單位面積元的絕對黑體，在半球面方向所輻射 的波長為入的輻射出射度為 M^(T) = 2加cF(嚴 _i)-i = cxZ\e^T _1)- 式中， c_光速； h—普朗克常數(shù)，6.626176X10 34Js； k—波爾茲曼常數(shù)，1.38066244

7、 X10-23J/K； G—第一輻射常數(shù)，3.7418 X1016W-m2； C2—第二輻射常數(shù)，1.4388 X 1012m-K； T—絕對溫度。 M(T} 也可以用輻射亮度來表示： C(T)= 丄」 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 （四）維恩位移定律 最大輻射波長與溫度的關(guān)系 ?熱輻射光譜中包含著各種波長，從實驗 可知，物體峰值輻射波長幾與物體自身的 絕對溫度T成以下關(guān)系 人/ = 2897//〃 K 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 (一 E-S-UE ?多二?>:二 2 3 4

8、5 6 7 H910 20 30 川J1IT1 10090 溫度升高: 單色輻射強度隨溫度 升高而增加; 總輻射能量增加; 峰值波長減小O 每一條曲線下的面積 表示該溫度下物體輻 射能量的總和，與溫 圖9-11物體輻射曲線 度的四次方成正比。 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 ?從圖9J1曲線中可以看出: ?⑴隨著溫度升高,輻射能量增加，這是紅外輻射理 ?論的出發(fā)點，也是單波段紅外測溫儀的設(shè)計依據(jù)。 ? (2)瞰著溫

9、度升壽，輻射蜂值疫長向短疫方向移動, ?其規(guī)律符合維思住移之律，即：T?入m = 2897. 8 (fim-K), ?其中T為熱力學溫度，入m為蜂值響應疫長。這個公式 ?告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y溫儀多工作在短疫處，低溫測溫 ?儀多工作在長疫致。 ? (3)輻射能量隨溫度的吏化率，短冰處此長冰處大， ?即短冰處工作的測溫儀相對信噪此壽(靈斂度當)，抗干 ?擾性強。測溫儀應盡量選擇工作在蜂值冰長處,特別是 ?低溫小目標的情況下，這一點顯得尤為重要。 紅外測溫儀的性能特點及分類 紅外測溫儀的種類很多，可分為便攜式、在線式、 描式，并有光纖、 玖色等測溫儀。 專注的力■成就夢想

10、 苗周立功單片機 便攜式（手持式）：體積小、重量輕、削池供電，迨合 隨身攜帶，可酸時進行溫度的檢測和記錄，有光學臘準 或激光臘準裝置,操作非常簡單，只需輕輕一扣扳機，就 能進行測量。美國Raytek公司最新推出的MX糸列, 可將菠面積用環(huán)形激光顯示出來，更為直觀、 方便。 在線式（固之式）： 時連續(xù)監(jiān)測,和計算機相連，閉環(huán)控制，打印輸出。加裝 保護及風冷、水冷裝置，可以在惡為環(huán)境及315 C的高 溫下工作。 ?掃描式:即行掃描測溫儀，用于測量90度視場內(nèi)一條線的溫度分布, 毎行可測256個點，利用軟件，在監(jiān)視器上形成目棟的熱圖像，它能 更直觀、更請晰、更快

11、捷地進行溫度監(jiān)測,尤其適用于傳送帶、＜ 轉(zhuǎn)試滾筒竽連續(xù)運動的目棟。 ?光纖式:由于光纖直徑小.可穹曲，適合在狹小、t ?曲的通道及環(huán)境溫度很爲的惡劣環(huán)境中進行測量。 ? 玖色（比色）測溫儀:利用兩個很窄的相近波段測量 ?同一物體，取較短波段傳號與較長波段傳號的比值，這 ? 個比值隨溫度的升離而加大，這種根擔比值測溫的測溫 ? 儀叫比色測溫儀或玖色測溫儀。由于這兩個疫段靠得 ?非常近,多彼測物在這個很窄的波長內(nèi)，發(fā)射率沒有1 ? 化肘，則發(fā)射率和氣氛吸收對兩個待號的衰減相同，不 ? 會影響比值。所以，玖色測溫儀抗干擾能力強，對發(fā)射 ?率.煙霧、灰塵.木宅不敘感，可以測量部分菠

12、遮扌當?shù)哪繕?，測量 感應線圈縷隙內(nèi)加熱工件的溫度，更顯其莘越 ? 性能。美國Raytek衣司的玖色測溫儀，性能優(yōu)越，智怕 ?目捺只占視場的5 %,也能精確測量。 2紅外測溫系統(tǒng)傳感器opt-538u 介紹 ? otp-538u是一個熱電堆傳感器，具116種 熱電偶元素，傳感器芯片經(jīng)由微細加工, 可快速反應環(huán)境里的溫度改變，導致輸 出端電壓響應， 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 2紅外測溫系統(tǒng)傳感器opt-538u 介紹 ?紅外溫度傳感器：  傳扁器的特性： Parameter Min Typ Max Unit Conditi ons Out

13、put Voltage 0.77 1.44 mV Tamb =25 C Tobj. =50 C Sensitivity 70 85 100 V/W * TC of sensitivity 0.10 0.11 0.12 %/K Typical Sensitivity area in diameter ■■■ 545 ■■ ■ Resistance of thermopile 50 65 80 KQ 251 TC of resistance 0.09 — %/K Typical Time constant ■ ■

14、■ 16 ■■ ■ ms * Noise voltage 28 32 36 nV/Hz1/2 NEP 0.28 0.36 0.48 nW/Hz1/2 Normalized detectivity (D*) 1.0*108 cm*Hz1/2/W * 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 溫度與勅壓曲線圖: 專注的力■成就夢想 苗周立功單片

15、機 3.紅外測溫系統(tǒng)的放大電路分析 Application Circuit: Circuit 1:  1、信號獲取電路：該電路使用到的元件有otp-538u,電 阻lk910k,電容47uf 47 uF 專注的力■成就夢想 酋周立功單片機 2、色壓枚犬勅路：采用嘉阻抗差動放丸彖，色路放大差模傳號，抑 制共模傳號。選用元件有集成運放LM324,,勒阻Rl = 10k, aRl =bR2 = 100k J/c R=10k, R= Im o 色壓的枚大得數(shù)：C= 100 , a = b = 10 , Uo = C (1+a+b) Ui =2100 Ui 色路

16、的連接方式：10腳接地, 12腳接傳號輸入，14腳和8腳一級放犬后輸出，分別接入5腳和6腳， 最后7腳輸出。 專注的 酋周立功單片機 專注的 酋周立功單片機 力二 C(1 4a + b)(總2 一科) R 1-C 專注的 苗周立功單片機 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機 八「cc R6 1 kOhm ^WV C1 47uF R5 IDkOhm J>^R2 R3

17、 R4 10kOhm 1 M Ohm ?_ AA,_?—— AA^ R7 1 kOh 100 k Ohm -^WV- R1 10kOhm R2 WOkOhm Uo R3 10kOhm -AAAr- R4 1 M Ohm ?~VW 專注的力■成就夢想 苗周立功單片機

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