一種高精度紅外測溫系統的設計

　　整個(gè)程序采用 c51編寫(xiě)，初始化模塊主要是初始化各路報警信號，將發(fā)射率等參數設定成默認的值并顯示。主程序不斷通過(guò) I/O口查詢(xún)模塊掃描 AD轉換模塊送過(guò)來(lái)的 12位數字信號，本程序中采用的是 SPI總線(xiàn)的通信方式，串行的接口方式節約了大量 IO口。接受過(guò)來(lái)的數字信號通過(guò)數據處理模塊處理之后按查表的方式得出溫度值，把該溫度值經(jīng)過(guò)數據糾正模塊糾正后送顯示模塊顯示，并將數據傳給上位機界面進(jìn)行顯示，從而完成了一路溫度測量。在程序的運行過(guò)程中，隨時(shí)可以對發(fā)射率，報警值等參數進(jìn)行設定。當功能鍵按下的時(shí)候觸發(fā)單片機的 0外部中斷，在中斷程序中對參數設定按鍵進(jìn)行掃描，并將結果存儲起來(lái)。每路測溫結束后系統通過(guò) RS485將溫度值傳送給上位機，在 VB界面上顯示。

　　1 實(shí)驗數據處理及發(fā)射率整定

　　2 實(shí)驗數據的最小二乘法擬合

　　對于一個(gè)測量系統，其精度和準確度是非常重要的。雖然本設計選用 12位AD，給本設計的高精度奠定了基礎，但是由于傳感器，AD等電子器件自身不可避免的誤差和外界的干擾，測量結果難免會(huì )有些偏差。因此和研究其他儀器儀表一樣，在本設計中，也進(jìn)行了大量實(shí)驗，通過(guò)對實(shí)驗數據的處理，進(jìn)一步提高了準確度。采用的主要方法是曲線(xiàn)擬合的最小二乘法?，F將其原理介紹如下：

　　在函數的最佳平方逼近中,函數 f(x)∈C[a,b]，如果 f(x)只在一組離散點(diǎn)集{xi，i=0,1,…,m}上給定，那么我們就需要對實(shí)驗數據{（xi，yi），i=0,1,…,m}進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，其中，yi= f(xi)。若要求函數 y=S （(*)x）與所給數據{（xi，yi），i=0,1,…,m}擬合，則誤差δi= S *（x）-yi。設Φ 1（x），Φ2（x），…, Φn（x）是C[a,b]上線(xiàn)性無(wú)關(guān)函數族，在Φ =span{Φ1（x），Φ2（x），…, Φ n（x）}中找一函數S （(*)x），使其誤差平方和最小即可。因為實(shí)驗數據量很大，故在實(shí)際運算中，可以借助 MATLAB等數學(xué)工具，通過(guò)調用或者編寫(xiě)相關(guān)函數來(lái)完成曲線(xiàn)擬合，最后選擇適當的結果輸出。

　　4．2 發(fā)射率ε的整定

　　根據紅外測溫的原理，我們在檢測時(shí)，應該首先明確被測物體的發(fā)射率。在較高的測溫應用中，應實(shí)際測定被測對象的發(fā)射率ε，否則將造成嚴重的誤差。而對于電力設備，其發(fā)射率一般在 0.85-0.95之間。測得的是被測對象的黑體輻射溫度，在實(shí)際測量應用中，需要把黑體輻射溫度 T P換算到真實(shí)溫度T。換算公式為:T=T Pε-?

　　發(fā)射率確定方法如下：首先選定一個(gè)被測物體，確定被測物體的真實(shí)溫度 T（例如溫300K），當然也可以選擇其它溫度，溫度值可以通過(guò)熱電阻或者其它測溫設備測出來(lái)。然后，將測溫系統，對準被測物體，得到一個(gè)溫度值 T P=T0,通過(guò)以上公式，得到ε的設定值；然后將ε值輸入系統，再測試，通過(guò)微調ε值，直到 T 0= T時(shí)，所得到的ε值，就是該物體的實(shí)際發(fā)射率。同一種被測物體的實(shí)際發(fā)射率ε，基本上是一樣的。如果被測物體的材料，形狀有變化，將改變它的發(fā)射率，用同樣的方法可以測出它的實(shí)際發(fā)射率。本設計中有發(fā)射率設定，調整部分，可以方便調整發(fā)射率的值，這樣，使用同一個(gè)測溫設備，通過(guò)調整發(fā)射率，滿(mǎn)足各種材料的測溫要求。

　　六.結束語(yǔ)

　　非接觸紅外測溫儀采用紅外技術(shù)可快速方便地測量物體的表面溫度。不需要機械的接觸被測物體而快速測得溫度讀數。只需瞄準，即可在顯示屏上讀出溫度數據。紅外測溫儀重量輕、體積小，使用方便，并能可靠地測量熱的、危險的或難以接觸的物體，而不會(huì )污染或損壞被測物體。另外，紅外測溫儀每秒可測若干個(gè)讀數，而接觸測溫儀每次測量就需要數秒的時(shí)間。經(jīng)實(shí)驗對比，本測溫儀和美國福祿克公司生產(chǎn)的紅外測溫儀的誤差在一度以?xún)?，但本測溫儀有參數設定功能并且價(jià)格較低，因此本測溫儀具有較高的性?xún)r(jià)比，目前已應用于電力設備中，對高壓柜中的銅板溫度進(jìn)行監測，效果良好。