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1、人體溫度的紅外測量導(dǎo)師:李蓓 郭從良答辯人: 李東風(fēng)7/30/20211致謝本課題是在導(dǎo)師李蓓老師、郭從良老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在課題的進(jìn)展過程中，她們傾注了大量心血，她們兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人的優(yōu)秀品質(zhì)給我留下了非常深刻的印象。在本課題的研究中,我學(xué)到了很多東西,取得了很大的進(jìn)步.這與郭老師在生活上、工作上和學(xué)習(xí)上給予我的關(guān)心和幫助是分不開的。在此我深表謝意。同時我還要特別感謝萬民師兄和龐健、李天睿、許東星等同學(xué)，他們在整個課題當(dāng)中給予我無私的幫助和熱心的支持.7/30/20212本文主要從五個方面進(jìn)行闡述：一：紅外理論基礎(chǔ)二：系統(tǒng)總體設(shè)計方案三：硬件設(shè)計四：
2、軟件設(shè)計五：誤差分析7/30/20213第一章緒論1.1輻射測溫綜述紅外輻射俗稱紅外線，是一種人眼看不見的光線。任何物體，當(dāng)其溫度高于絕對零度(-273.15度)時都將有能量向外輻射。物體的溫度愈高，則輻射到周圍空間的能量愈多，輻射能以波動的方式傳遞其中包括的波長范圍很廣。人們主要研究能被物體吸收的、并能重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟ㄩL0.8-40μm的紅外線。這種射線又稱為熱射線，其傳遞過程稱為輻射或紅外輻射.7/30/20214輻射測溫的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀自1800年Herschel發(fā)現(xiàn)紅外輻射以來，輻射測溫學(xué)己有將近200年的發(fā)展歷史。在19世紀(jì)各國科學(xué)家主要致力于發(fā)現(xiàn)各種熱輻射定律，20世紀(jì)則主要
3、著重于應(yīng)用。本世紀(jì)60年代之前，輻射測溫主要用于高溫范圍(800℃以上)，但隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，它已逐步擴(kuò)展到中溫、常溫甚至低溫范圍。輻射測溫技術(shù)的另一個重要發(fā)展趨勢是動態(tài)與快速測量。毫秒級、亞微秒級甚至微秒級輻射溫度計的相繼問世，標(biāo)志著這種技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的階段。在這方面，計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用做出了重要的貢獻(xiàn).7/30/202151.2本課題研究的目的及意義紅外輻射測溫技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等方面有著重要的意義。低溫目標(biāo)的溫度及紅外輻射特性的計量測試技術(shù)在國防、軍事等領(lǐng)域也越來越受到重視?，F(xiàn)有的人體溫度的測量方法多為用水銀溫度計,在占中國大部分人口的農(nóng)村更是這樣.從2003年鬧非典開
4、始,在一些大城市逐漸開始使用紅外探測器進(jìn)行人體溫度的測量,紅外溫度計響應(yīng)時間快,測量精度高,數(shù)字顯示的方法也改掉了以往人眼觀察誤差較大的缺點.7/30/20216但現(xiàn)在使用的紅外溫度計價格多偏高,不利于推廣使用.本課題通過對低溫目標(biāo)溫度測量的理論與實驗研究，設(shè)計和制造了人體輻射的紅外測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)的主要特點是測溫精度高、響應(yīng)時間快和成本低，從而可以大大提高該類型的測溫裝置的普及。7/30/20217第2章溫度計的總體方案設(shè)計7/30/202182.1紅外輻射測溫原理紅外輻射測溫技術(shù)是以普朗克定律,維恩位移定律和斯蒂芬－玻爾茲曼定律為理論基礎(chǔ)，根據(jù)所有溫度大于絕對零度的物體都向外以電磁
5、波形式發(fā)射熱輻射與物體的表面溫度成一定的函數(shù)關(guān)系來實現(xiàn)目標(biāo)溫度測量的非接觸測溫方法。物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能量越強。紅外探測器經(jīng)匯聚的紅外光照射后產(chǎn)生信號，該信號傳到處理電路，處理電路對其進(jìn)行處理并計算出物體的溫度。該紅外輻射溫度計是以斯蒂芬－玻爾茲曼定律為理論基礎(chǔ)而設(shè)計的7/30/202192.2人體溫度紅外探測器系統(tǒng)構(gòu)成人體溫度紅外探測器主要是由紅外探測器、采樣系統(tǒng)和處理電路三部分構(gòu)成。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖2-1所示7/30/202110圖2-1人體溫度紅外探測器的系統(tǒng)構(gòu)成7/30/202111儀器的工作原理:目標(biāo)輻射能被探測器接收后，再經(jīng)過前置放大后送AD574A進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)
6、字信號后送89C51單片機，經(jīng)過單片機數(shù)據(jù)處理后變成目標(biāo)的真實溫度，送數(shù)碼管顯示7/30/202112作為輻射溫度計的探測元件,可分為兩大類型,第一是光電型,第二是熱敏型.人體可輻射出中心波長為9-10μm的紅外線.因此,只要對這種波長9-10μm敏感的傳感器,均可作為檢測人體用的紅外傳感器.本課題選用的是TPS334溫差電堆傳感器.7/30/2021132.3本章小結(jié)本課題采用全輻射測溫的方法，利用熱電堆吸收7-14μm波長段的紅外光并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換送單片機處理，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到目標(biāo)溫度。本課題所研究的紅外輻射溫度計具有如下的優(yōu)點:①不必接觸被測人體，操作方便;②響應(yīng)時間短,
7、測量精度高.7/30/202114第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計7/30/2021153.1TPS334簡介圖3-1TPS334外形圖7/30/202116測輻射熱電偶是利用溫差電效應(yīng)制成的紅外探測器。當(dāng)把兩種具有不同溫差電動勢率的金屬絲或半導(dǎo)體細(xì)絲連結(jié)成一封閉環(huán)時，若用紅外輻射照射一個結(jié)點(暴露結(jié))，它因吸收入射輻射而升溫，于是，與另一結(jié)點(參考結(jié))出現(xiàn)溫差，在環(huán)內(nèi)產(chǎn)生溫差電功勢。根據(jù)溫差電動勢的大小(取決于輻射引起的結(jié)點溫差)則
