非制冷红外热像仪稳定性验证方法研究

非制冷红外热像仪随着环境温度、电源波动以及吸收红外辐射的增加,将会产生严重的温度漂移现象,这将影响到红外探测器的响应特性,从而导致输出信号受一定的影响。本文针对应用在测温检测方面的非制冷红外热像仪开展研究,提出了一种红外热像仪稳定性验证试验方法,并通过此方法对国内外多款非制冷红外热像仪进行了稳定性测试,绘制其输出信号随时间变化的曲线。根据稳定性情况确定针对热像仪温度漂移的温度补偿算法,提升应用产品的测温精度。     

目标到测试系统距离对红外测温精度的影响

为了提高红外测温精度、减小测温误差,研究了目标到红外系统的距离对红外测温的影响,采用非制冷红外焦平面阵列热像仪和标准黑体进行定标研究,实验结果表明黑体红外热图像的灰度均值随温度呈线性变化,随距离呈非线性变化的关系,利用红外热像仪探测面上照度与像方孔径角的关系,对测试距离的影响做出了合理的解释;比较了不同距离处测量温度与真实温度的差别,得出在近距离测温时,距离变化对测温影响较大,最大误差可达±5℃;在远距离测温时,测试距离在大范围内变化,对测温结果影响很小,误差在±0.02℃范围之内.实际测量距离与热像仪标定距离不同,也会引入测温误差,因此保持实际测温距离与校准距离相同以减小误差,或根据不同距离处表观温度与实际温度的差别,对表观温度修正,以提高测温精度.     

热探测器温度对非制冷红外热像仪测温的影响

根据红外辐射理论和热像仪测温原理，给出了热探测器非制冷红外热像仪的温度计算公式；针对热探测器热像仪，分析了探头温度对热像仪测量结果的影响。     

红外热像仪高精度测温标定技术

红外热像仪能够监测目标温度从而起到事故预警与位置确认、大规模人体表面温度筛查等作用。由于环境温度变化与红外辐射吸收产生的温度漂移现象,目前大部分测温红外热像仪需要采用黑体进行实时校正,但是基于黑体的红外热像仪架设场景固定,便携性差。针对以上问题提出了一种无黑体式红外热像仪测温标定和温度补偿技术,通过对红外测温原理进行推导,采用多黑体标定获得目标温度与辐射量的先验关系,针对探测器内部结构引起温度漂移,由牛顿冷却定律进行非线性建模实现实时温度补偿。通过实验验证,所提出的测温标定技术可将测温平均相对误差长时稳定保持在0.9%以内,相比于标定前平均相对误差有效降低64%,从而实现小型化红外热像仪便携、实时、稳定高精度测温。     

基于ZYNQ的非制冷红外热像仪设计与实现

常用的红外热像仪信号处理方案主要有3种,分立的ARM或DSP+FPGA方案、TI达芬奇处理器方案和FPGA方案。以上3种方案分别存在芯片间带宽不足、不能支持焦平面探测器、串行处理不易实现等缺点。针对这些问题,提出一种基于Xilinx ZYNQ处理器的红外热像仪信号处理方案,该方案选择非制冷红外焦平面探测器作为敏感元件。系统工作时,探测器产生的信号首先经过信号处理和模数转换操作,然后输入到ZYNQ中,在ZYNQ内部完成非均均匀性校正、温度测定和图像增强等处理,最后通过千兆以太网或者HDMI接口输出。试验表明该方案数据带宽充足,能适配各种焦平面探测器或者红外机芯,串行处理易于实现。使用该方案设计的系统成像效果良好,测温精度满足要求。     

基于图像灰度的大范围辐射温度反演

为解决高温辐射源和环境温度对红外测温的影响,提高极端工况下红外热像仪的测温精度,以红外辐射理论以及红外热像仪测温原理为基础,提出了一种将红外图像灰度与目标温度、环境温度和积分时间相结合的综合辐射温度反演方法,该方法实现了环境(镜头)温度与场景温度参量解耦,可以独立预估各参量变化所产生的探测器响应变化。首先对红外热像仪进行数据标定,标定时一般采用高精度面源黑体,之后通过计算面源黑体辐射亮度,利用黑体辐亮度和黑体灰度的线性关系,对黑体温度与黑体图像灰度值两组数据之间关系进行拟合,建立全环境温度和全积分时间的大范围温度反演匹配模型。最后在实验室环境下,分别用热像仪和基于灰度的温度反演模型对探测目标进行测温。经过实验验证,该反演模型在实验室环境下取得了较为良好的效果。     

非制冷焦平面红外热像仪测温范围拓展研究

非制冷焦平面红外热像仪其核心部件是红外焦平面阵列,以法国UILS公司生产的UL01011型非制冷焦平面红外探测器技术参数为基础,其工作波长范围为8～14 μm,温度感测范围为-20～60 ℃。为拓展测温范围,在非制冷焦平面红外热像仪前加装衰减波片,通过对不同衰减波片的实验数据的计算,得出不同条件下的测温范围,以完善其测量广度。     

基于反射温度补偿及入射温度补偿的红外测温影响分析

以红外辐射理论及红外热像仪测温原理为基础,为解决环境高温物体对红外测温的影响,提出反射温度补偿和入射温度补偿两种方法。分析了两种温度补偿方法的理论可行性和实际操作方案并具体进行实验测温对比。对4个硫化矿样本分别应用两种补偿方法同未经补偿的红外测温进行实验测温对比研究,分析结果显示:经过温度补偿后,相对误差明显小于未经补偿的红外测温,且反射温度补偿法较入射温度补偿法更为精确,验证了两种温度补偿方法的可用性及精确性。两种补偿方法在保证测量精度的同时拓宽了普通红外热像仪的应用范围,保证了硫化矿自燃红外预测数值精度。     

锑化铟红外热像仪测温的大气修正计算

基于红外辐射理论,推导出了红外热像仪测温的基本公式;根据锑化铟的光谱响应度,计算出了锑化铟红外探测器的响应电流与被测物体真实温度的数值关系;进一步的计算出了在大距离上大气传输导致的红外热像仪的测温相对误差值.     

基于非制冷红外焦平面探测器的工业测温系统

传统的非接触性测温系统主要采用红外CCD,其工作波长大多为0.4～1.1 μm,受到截止波长的影响,红外CCD在工业中低温测量误差过大.非制冷焦平面红外热像仪(uncooled IRFPA camera)的工作波长一般在8～14 μm之间,常温环境下测温可精确到0.01℃.UL01011型非制冷微测辐射热计是非制冷焦平面热像仪中最常使用的核心光电探测器,以此作为实验用光电探测器件,构建了非接触性工业测温系统,从实验结果可以看出,该方法在实际应用中获得了较好的效果.     

pH-ISFET温度特性分析及其温度补偿方法的研究

本文分析了pH-ISFET测量系统的温度特性,推导了器件输出电压的温漂表达式,提出了“零温度系数工作点”的新概念和“零温度系数调整法”.研究表明,“零温度系数调整法”与“差分对管补偿法”均可使器件的温漂降低1—2个数量级.     

动车组轴温报警系统用温度传感器测温部位寿命研究

该文主要对动车组轴温报警系统用温度传感器测温部位进行寿命研究,通过建立加速寿命试验模型,并对动车组温度传感器测温部位进行温度循环加速寿命试验,确认了其满足使用寿命6年的要求.     

高温煤气窑炉测温的研究

分析了窑内气氛对红外辐射的影响,并确定了仪表的工作波段,介绍了WFY—01型窑炉专用红外温度计的工作原理和性能,最后介绍了专用红外温度计测量窑内温度的精度。仪表的现场实测误差小于5℃。     

Low Temperature Characteristics of FBG Temperature Sensors with Small-size Packaging

Two small-size package methods, thin stainless steel tube based package method and plating gold based package method for fiber Bragg grating（FBG） temperature sensors, are designed. The characteristics of the FBG temperature sensors in the environment temperature between 203 K and 243 K are investigated. The wavelengths of the FBG temperature sensors as a function of the temperature are examined experimentally. The experiment results of the two different small-size package sensors in identical conditions are compared with each other. The transmission spectrum of the sensors is analyzed at the temperature of 273 K and 213 K. The temperature sensitive factors of the sensors are derived analytically and are verified by experiments. Linear fitting to the wavelength-temperature curve is carried out.     

中温热补偿MLC陶瓷

本文研究了ＢａＯ－ＴｉＯ２－Ｎｄ２Ｏ３（ＢＴＮ）系陶瓷的结构和介电性质。在该系统中加入适量的玻璃和添加剂，获得了一系列中温热补偿独石电容器（ＭＬＣ）陶瓷，实验结果证实：当Ｔｉ／Ｂａ＝１．００３时，ＢＴＮ系陶瓷的居里温度（Ｔｃ）随Ｎｄ２Ｏ３含量的增大而产生逐步漂移。用ＸＲＤ确定了陶瓷的主晶相，ＳＥＭ照片显示出晶粒尺寸对Ｎｄ＾３＋含量的依赖关系，分析了Ｔｉ／Ｂａ比对陶瓷介电系数温度系数（ａｅ）的影响。     

基于DSP与数字温度传感器的温度控制系统

传统的温度控制系统是以热敏电阻为温度传感器件,辅以风冷或水冷来达到目的的,存在体积大,噪音大且精度有限的缺点。介绍了利用数字温度传感器（DS18B20）与DSP芯片（TMS320F2812）组成的温度测量系统,结合模糊PID算法（Fuzzy-PID）,利用DSP的脉宽调制控制通过半导体制冷器的电流大小,达到温度控制的效果,体积小且精度达到0.1℃。给出DSP与DS18B20的接线图,并且介绍了利用CCS（代码编辑工作室）进行软件开发。该系统已经运用在LD温度控制方面,取得了很好的效果。     

宽温度范围声表面波标签温度补偿的研究

大容量延迟线型声表面波(SAW)标签除需利用回波时延,还需利用回波的载波相位进行编码,而回波载波相位会受温度的影响而发生变化。在实际应用中必须对回波相位进行温度补偿。因此,该文提出了一种基于3根标准温度反射栅的设计及实际温度补偿过程中温度补偿系数的确定方法,并讨论了相位测量误差对温度补偿适用范围及温度补偿精度的影响。     

GaN基蓝光micro-LED的结温和载流子温度研究

结温及载流子温度因作为影响LED发光效率的重要参数而广受关注。文章研究了GaN基蓝光集成传感微小尺寸发光二极管(micro-LED)的光致发光(PL)光谱、载流子温度等随结温的变化规律。通过内置集成传感单元芯片,设计实现了GaN基蓝光micro-LED在0.04～53.4 A/cm²电流密度下结温和PL光谱的实时精确测量,并将正向电压法测量结温的低温端范围拓展至123 K。结果表明,低温下由于载流子泄漏、串联电阻的原因,结温与正向电压的线性斜率发生变化。针对PL光谱使用高能侧斜率法计算得到不同电流密度下的载流子温度,发现载流子温度与结温在所研究的结温和电流密度范围内可以近似用二次方程拟合,并对载流子温度随结温和电流密度变化的规律进行了分析和解释。     

混沌电路的温度特性及其在温度测量中的应用

本文给出了一种基于映射式混沌电路的温度测量新方法，与现有的测量方法完全不同。把对温度敏感的所有元件参数都考虑在内，测量过程中将这些元件都置于测温环境中，电路输出的符号序列直接反映了温度的变化。因此不再有测量电路的温度漂移的问题，具有较高的精确度和灵敏度。此外，该电路的结构简单，又能直接输出反映温度变化的二进制代码，即数字信号，便于计算机处理。计算机仿真和实际电路实验都显示该方法的优越性。     

与绝对温度成正比BiCMOS集成温度传感器设计

利用工作在弱反型区MOS管饱和漏电流的指数特性,设计了一款与绝对温度成正比(PTAT) BiC-MOS集成温度传感器,主要电路由PTAT电流产生电路、启动电路和输出电路3部分组成,电路结构简单,体积小.测试结果表明,该温度传感器的精度小于0.5℃,线性度小于0.65％,灵敏度为2.5μA/℃,芯片面积为150 μm×75 μm,具有线性度及灵敏度高的优点,可广泛应于各类便携式电子产品中.