一種高精度紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　整個(gè)程序采用 c51編寫，初始化模塊主要是初始化各路報(bào)警信號(hào)，將發(fā)射率等參數(shù)設(shè)定成默認(rèn)的值并顯示。主程序不斷通過 I/O口查詢模塊掃描 AD轉(zhuǎn)換模塊送過來的 12位數(shù)字信號(hào)，本程序中采用的是 SPI總線的通信方式，串行的接口方式節(jié)約了大量 IO口。接受過來的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)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)過數(shù)據(jù)糾正模塊糾正后送顯示模塊顯示，并將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)界面進(jìn)行顯示，從而完成了一路溫度測(cè)量。在程序的運(yùn)行過程中，隨時(shí)可以對(duì)發(fā)射率，報(bào)警值等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)功能鍵按下的時(shí)候觸發(fā)單片機(jī)的 0外部中斷，在中斷程序中對(duì)參數(shù)設(shè)定按鍵進(jìn)行掃描，并將結(jié)果存儲(chǔ)起來。每路測(cè)溫結(jié)束后系統(tǒng)通過 RS485將溫度值傳送給上位機(jī)，在 VB界面上顯示。

　　1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及發(fā)射率整定

　　2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合

　　對(duì)于一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，其精度和準(zhǔn)確度是非常重要的。雖然本設(shè)計(jì)選用 12位AD，給本設(shè)計(jì)的高精度奠定了基礎(chǔ)，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(cè)量結(jié)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(shè)計(jì)中，也進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，進(jìn)一步提高了準(zhǔn)確度。采用的主要方法是曲線擬合的最小二乘法?，F(xiàn)將其原理介紹如下：

　　在函數(shù)的最佳平方逼近中,函數(shù) 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(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù){（xi，yi），i=0,1,…,m}進(jìn)行曲線擬合，其中，yi= f(xi)。若要求函數(shù) y=S （(*)x）與所給數(shù)據(jù){（xi，yi），i=0,1,…,m}擬合，則誤差δi= S *（x）-yi。設(shè)Φ 1（x），Φ2（x），…, Φn（x）是C[a,b]上線性無關(guān)函數(shù)族，在Φ =span{Φ1（x），Φ2（x），…, Φ n（x）}中找一函數(shù)S （(*)x），使其誤差平方和最小即可。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量很大，故在實(shí)際運(yùn)算中，可以借助 MATLAB等數(shù)學(xué)工具，通過調(diào)用或者編寫相關(guān)函數(shù)來完成曲線擬合，最后選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果輸出。

　　4．2 發(fā)射率ε的整定

　　根據(jù)紅外測(cè)溫的原理，我們?cè)跈z測(cè)時(shí)，應(yīng)該首先明確被測(cè)物體的發(fā)射率。在較高的測(cè)溫應(yīng)用中，應(yīng)實(shí)際測(cè)定被測(cè)對(duì)象的發(fā)射率ε，否則將造成嚴(yán)重的誤差。而對(duì)于電力設(shè)備，其發(fā)射率一般在 0.85-0.95之間。測(cè)得的是被測(cè)對(duì)象的黑體輻射溫度，在實(shí)際測(cè)量應(yīng)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(cè)物體，確定被測(cè)物體的真實(shí)溫度 T（例如溫300K），當(dāng)然也可以選擇其它溫度，溫度值可以通過熱電阻或者其它測(cè)溫設(shè)備測(cè)出來。然后，將測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，得到一個(gè)溫度值 T P=T0,通過以上公式，得到ε的設(shè)定值；然后將ε值輸入系統(tǒng)，再測(cè)試，通過微調(diào)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(cè)物體的實(shí)際發(fā)射率ε，基本上是一樣的。如果被測(cè)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(cè)出它的實(shí)際發(fā)射率。本設(shè)計(jì)中有發(fā)射率設(shè)定，調(diào)整部分，可以方便調(diào)整發(fā)射率的值，這樣，使用同一個(gè)測(cè)溫設(shè)備，通過調(diào)整發(fā)射率，滿足各種材料的測(cè)溫要求。

　　六.結(jié)束語

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