【摘要】：工業(yè)生產(chǎn)溫度測量在科學(xué)研究、、軍事等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。目前,非接觸式測溫法在逐漸取代傳統(tǒng)的接觸式測溫法。而在非接觸式測溫法中,紅外測溫法由于其不干擾溫場、響應(yīng)速度快等優(yōu)點,應(yīng)用最為廣泛。隨著紅外探測技術(shù)的發(fā)展,紅外測溫儀也日漸向高精度、普適性等方向發(fā)展。其中,雙色測溫儀因性價比高、測量范圍大、抗干擾能力強等優(yōu)點,在紅外測溫儀中逐漸占據(jù)重要地位。相比國外而言,國內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚,在雙色測溫儀的準(zhǔn)確度和抗干擾能力上還和國外有一定差距。本文著眼于研究提高雙色紅外測溫精度的方法。在傳統(tǒng)雙色測溫法的理論基礎(chǔ)上,分析了濾波片帶寬對測溫精度的影響。結(jié)合傳統(tǒng)的標(biāo)定方法,引入了發(fā)射率、溫度和波長三者之間的函數(shù)關(guān)系,并對標(biāo)定方法進行改進。此外,重點分析了坡度和背景溫度對雙色測溫精度的影響,并提出了坡度補償和背景溫度補償方法。本文主要內(nèi)容是設(shè)計雙色紅外測溫儀。在儀器設(shè)計中,根據(jù)需求分析提出了儀器的總體設(shè)計方案和相應(yīng)的光學(xué)、硬件和軟件設(shè)計方案。在光學(xué)設(shè)計部分,采用雙通道非調(diào)制光路系統(tǒng)和InGaAs光電探測器,并通過合理的選擇雙波長來規(guī)避大氣衰減的影響,最終確定了1.2μm和1.55μm的雙波長。在硬件設(shè)計部分,以提高測溫精度和抗干擾能力為主要目標(biāo),在芯片選型和電路設(shè)計中重點考慮了噪聲和溫漂特性的影響,圍繞嵌入式微處理器設(shè)計了I-V轉(zhuǎn)換、低通濾波和50Hz陷波濾波、A/D轉(zhuǎn)換的模擬電路以及人機交互、通訊和環(huán)境溫度采集的數(shù)字電路,并在電磁隔離和降噪上進行優(yōu)化。在軟件設(shè)計部分,基于C語言編寫了嵌入式程序和PC上位機程序,并對比和分析了最小二乘法擬合和樣條曲線擬合的誤差。最后是測溫儀的標(biāo)定和各項性能參數(shù)的分析。利用黑體爐對測溫儀進行標(biāo)定,并分析不確定度和重復(fù)性。實驗結(jié)果表明,在500~1200℃的測溫范圍內(nèi),儀器的精度在0.5%以內(nèi),重復(fù)性在0.1%以內(nèi),實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。另外,進一步分析了系統(tǒng)主要的誤差來源,并提出相應(yīng)的解決方法。
【圖文】：

a) 美國Raytek紅外測溫儀 b) 德國Optris紅外測溫儀 c) 德國SensorTherm紅外測溫儀a) Raytek IR thermometer b) Optris IR thermometer c) SensorTherm IR thermometer圖 1-2 現(xiàn)有的紅外測溫儀Fig.1-2 Infrared thermometer in existence國外在紅外測溫領(lǐng)域的 研究水平較高。據(jù)調(diào)查，目前國際上主要的紅外測溫儀廠商有美國的 Raytek、Fluke，德國的 Optris、SensorTherm 等，如圖 1-2 所示。

圖 2-1 黑體的普朗克曲線Fig.2-1 Planck curve of blackbody體輻射曲線，，反映了不同溫度和不同波段下黑出一些特性：下，輻射出度 MT 隨波長而變化，每 條曲線
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH811

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本文編號：2611266