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CN111272289A - 一种用于红外热像仪的实时校准装置 - Google Patents

一种用于红外热像仪的实时校准装置 Download PDF

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CN111272289A
CN111272289A CN202010126404.0A CN202010126404A CN111272289A CN 111272289 A CN111272289 A CN 111272289A CN 202010126404 A CN202010126404 A CN 202010126404A CN 111272289 A CN111272289 A CN 111272289A
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CN
China
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thermal infrared
temperature sensor
infrared imager
calibration
real
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CN202010126404.0A
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English (en)
Inventor
朱清
王纪章
朱晓斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Hongran Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Hongran Intelligent Technology Co ltd
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种用于红外热像仪的实时校准装置，该装置包括红外热像仪、温度传感器、校准面板、传感器数据线、及嵌入式模块；红外热像仪远离温度传感器的一侧固定设置有嵌入式模块，嵌入式模块及温度传感器分别通过支架支撑设置于工作环境中，红外热像仪与温度传感器间隔设置温度传感器位于红外热像仪的可视范围内，在温度传感器朝向红外热像仪的一侧紧贴设置有校准面板，温度传感器通过传感器数据线与嵌入式模块连接；通过采用具有高发射率的温度传感器替代常规红外热像仪校准用的黑体辐射源，减少系统复杂性、降低了系统的成本及系统累积误差，实际校准效果达到主流黑体校准水平，可在工作环境中替代黑体实现在线实时动态校准。

Description

一种用于红外热像仪的实时校准装置
技术领域
本发明涉及红外热像测温领域，具体涉及一种用于红外热像仪的实时校准装置。
背景技术
红外热像测温技术是当今迅速发展的高新技术之一，在实时无接触测量物体表面温度方面有其优异的特点。红外热像仪测温时，其测量精度受到被测物体表面的发射率、测量距离、环境温度、使用年限等参数的影响；为实现红外热像仪对温度的精确测量，需要对红外热像仪进行校准。目前的红外热像仪校准方法是在设定的环境条件下，用一定数量已知温度的黑体进行标定。
黑体作为参数依据，其整体性并没有出现太大的变化，但是红外热像仪却发展的很快.随之使得红外热像仪的校准要求黑体从单个形式上升为陈列分布，并且对灵敏度的要求也相应提高几个数量级。黑体是用于标定红外系统的基准源，它的光谱能量可以通过计算而获得，是工业、实验室、科研、国防用来标定红外点式测温仪、线型扫描测温仪、热成像仪的标准源。但是在实际应用场景中，为了准确测量温度，尤其是在室外环境温度变化范围较大的情况下，需要实时对红外热像仪进行在线标定，而目前常用的是便携式黑体作为校准热源，这种方式存在成本过高，无法与红外热像仪实现同步在线校准的缺陷。
根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理，基于史蒂芬-波兹曼定律，黑体是一个发射率为1的标准热源，而通过高发射率的材料代替黑体也可以实现对红外热像仪的校准。因此，通过采用固定距离和已知发射率的材料代替标准黑体，以实现红外热像仪势必可以降低红外热像仪的成本。同时通过实时测量环境温度和校准面的温度，可以精确和有效实现红外热像仪的在线同步校准。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷与不足，本发明根据热辐射理论和红外热像仪的测温原理，基于史蒂芬-波兹曼定律，通过已知发射率的温度传感器表面作为校准面，利用红外热像仪测量的温度传感器表面温度和传感器获得的温度、校准面的发射率和检测距离，从而对红外热像仪进行在线校准，其具体发明内容如下：
一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：该装置包括红外热像仪、温度传感器、校准面板、传感器数据线、及嵌入式模块；其中，红外热像仪远离温度传感器的一侧固定设置有嵌入式模块，嵌入式模块及温度传感器分别通过支架支撑设置于工作环境中，红外热像仪与温度传感器间隔设置且温度传感器位于红外热像仪的可视范围内，在温度传感器朝向红外热像仪的一侧紧贴设置有校准面板，温度传感器通过传感器数据线与嵌入式模块连接。
进一步地，所述红外热像仪选用红外点式测温仪、线型扫描测温仪、或热成像仪中的任意一种。
进一步地，所述校准面板选用初期测定其发射率的表面喷涂高发射率的涂层或高发射率的导热平板。
进一步地，在工作环境中指定位置的校准过程中，所述红外热像仪与温度传感器之间的间距相对固定。
进一步地，所述红外热像仪与温度传感器之间的间距能够调节以实现工作环境中不同位置的校准过程。
进一步地，所述嵌入式模块与温度传感器之间能够采用无线方式连接。
进一步地，所述校准面板与温度传感器集成为一体设置。
本发明相对于现有技术所取得的有益效果是：
1)本发明通过采用具有高发射率的温度传感器替代常规红外热像仪校准用的黑体辐射源，减少系统复杂性、降低了系统的成本及系统累积误差，实际校准效果达到主流商用黑体校准水平，可在工作环境中替代黑体实现在线实时动态校准。
2)本发明通过温度传感器作为红外热像仪的标定材料，同时采集环境温度数据，既作为红外热像仪标定的基准温度，同时也作为红外热像仪的环境温度来实现红外热像仪的校准，进一步提高红外热像仪的校准精度。
3)本发明通过红外热像仪和温度传感器同步测量与校准，可以实现红外热像仪的在线校准，以减少红外热像仪在测量过程中由于环境温度、气体浓度、开机工作时间和使用年限等参数的影响，提高了系统的精度，尤其是在恶劣环境条件下的测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1---红外热像仪，2---温度传感器，3---校准面板，4--- 传感器数据线，5---嵌入式模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明专利的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，本实施例中的红外热像仪1中包括FLIR Neutrino 热成像芯片，芯片分辨率640×512，通过Arm嵌入式模块5读取红外热像仪1的数据；温度传感器选用WZPT型接触式PT100温度传感器，测量精度为±(0.15+0.002|t|)，采用经过氧化铝发黑处理的平板材料作为校准面板，初始测定其发射率为0.95；温度传感器2直接与校准面紧密接触以测量校准面温度，温度传感器2与嵌入式模块 5通过传感器数据线4直接连接，嵌入式模块5经由传感器数据线4 读取温度传感器2的测量结果。
具体地，红外热像仪1与嵌入式模块5组成红外热成像系统，温度传感器2安装在支架上，在嵌入式模块5中输入校准面板3的发射率及红外热像仪1与温度传感器2之间的距离值，红外热像仪1直接采集靠近温度传感器2的校准面板3上的温度值T1，同时嵌入式模块5通过传感器数据线4传输获得温度传感器2所采集的校准面板3 的温度值T2，同时该温度值作为环境温度值T3(即T3＝T2)，嵌入式模块5中的校准模型根据预先输入的发射率、测量距离和红外热像仪1、温度传感器2采集的校准面板温度T1、T2，以及环境温度T3 等参数实时带入并计算出校准值，实现对红外热像仪进行在线实时动态校准，即基于史蒂芬-波兹曼定律，嵌入式模块5中的校准模型中设置的辐射通量R是关于发射率e、测量距离d、校准面板温度T1、 T2、以及环境温度T3的函数模型。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：该装置包括红外热像仪(1)、温度传感器(2)、校准面板(3)、传感器数据线(4)、及嵌入式模块(5)；其中，红外热像仪(1)远离温度传感器(2)的一侧固定设置有嵌入式模块(5)，嵌入式模块(5)及温度传感器(2)分别通过支架支撑设置于工作环境中，红外热像仪(1)与温度传感器(2)间隔设置且温度传感器(2)位于红外热像仪(1)的可视范围内，在温度传感器(2)朝向红外热像仪(1)的一侧紧贴设置有校准面板(3)，温度传感器(2)通过传感器数据线(4)与嵌入式模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：所述红外热像仪(1)选用红外点式测温仪、线型扫描测温仪、或热成像仪中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：所述校准面板(3)选用初期测定其发射率的表面喷涂高发射率的涂层或高发射率的导热平板。
4.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：在工作环境中指定位置的校准过程中，所述红外热像仪(1)与温度传感器(2)之间的间距相对固定。
5.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：所述红外热像仪(1)与温度传感器(2)之间的间距能够调节以实现工作环境中不同位置的校准过程。
6.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：所述嵌入式模块(5)与温度传感器(2)之间能够采用无线方式连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于红外热像仪的实时校准装置，其特征在于：所述校准面板(3)与温度传感器(2)集成为一体设置。
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