摘 要

温度是物体重要的物理参数，准确获得物体的温度信息有助于改善我们的生产与生活，所以选用合适的测量方法提高温度的测量精度就显得尤为重要。随着红外探测器的不断发展，红外测温仪的测温精度不断得到提高，红外测温技术在现实应用中发挥着越来越重要的作用。

本文以红外辐射热定律为理论基础，以提高红外测温的精度为出发点，设计基于温度定标的红外测温系统。采用Matlab的GUI作为测温算法的设计平台，交互式反馈温度信息，编译后可独立运行。分析了目前红外传感器测温的原理，通过ARM模块完成灰度值数据的采集；设计和完成了红外测温的定标模型，建立灰度值和温度的映射关系；介绍了红外测温精度的影响因素，重点分析了工作温度和距离对定标曲线系统的影响，设计了定标曲线的搬移调整，形变调整和多段拟合的补偿方法，补偿后的温度误差达到0.5℃以内；设计了图像的伪彩显示方法，采用彩虹码的编码方式，将采集的灰度值还原成图像，显示出各坐标点的RGB值。完成了红外测温系统的软硬件设计。

关键词：温度；红外测温；定标模型；曲线拟合；温度补偿

Abstract

Temperature is the important physical parameters of the object, accurately to obtain the temperature of the object information helps to improve our production and life, so choosing the appropriate temperature measurement method of improving the measuring accuracy is particularly important. With the continuous development of infrared detectors, infrared thermometer temperature measurement precision improved constantly, the infrared temperature measurement technology is playing an increasingly important role in practical application.

Based on the infrared radiation thermal law, the infrared temperature measurement system is designed to improve the accuracy of infrared temperature measurement based on temperature calibration. Using Matlab GUI as the design platform of temperature measurement algorithm, the temperature information can be interactively feedback, and can be run independently after compiling. The principle of temperature measurement of infrared sensor is analyzed, and the gray value data is collected by ARM module. The calibration model of infrared temperature measurement is designed and completed, and the mapping relationship between gray value and temperature is established. Introduce the influencing factors of infrared temperature measurement accuracy.The influence of working temperature and distance on the calibration curve system is analyzed emphatically.The compensation method of calibration curve movement adjustment, deformation adjustment and multistage fitting is designed, The temperature error after compensation is reached. 0.5 ℃ or less. The pseudo color display method of image is designed. The coding method of rainbow code is used to restore the gray value to image, and the RGB value of each coordinate point is displayed.

Keywords: Temperature；Infrared temperature measurement；Calibration model；Curve Fitting; temperature compensation

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和目的 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 主要内容及章节安排 3

第二章 红外测温的原理与方法 4

2.1 红外辐射及其规律 4

2.2 红外测温的原理 4

2.3 红外测温方法 6

2.4 红外测温误差因素分析 8

2.5 本章小结 10

第三章 图像采集模块硬件介绍 11

3.1 非制冷红外焦平面介绍 11

3.2 AD转换电路 14

3.3 SD卡存取电路 15

第四章 红外测温软件设计 17

4.1 程序总体方案设计 17

4.2 定标模型的建立 18

4.3 温度值补偿方案设计 20

4.4 伪彩显示 22

4.5 本章小结 23

第五章 实验调试与分析 24

5.1 不同工作温度下数据补偿分析 24

5.2 不同测量距离下数据补偿分析 25

5.3 伪彩显示效果 28

5.4 本章小结 29

第六章 总结与展望 30

6.1 总结 30

6.2 展望 30

参考文献 31

致谢 33

附录A 34

第一章 绪论

1.1 研究背景和目的

1800年，赫歇尔在太阳光下进行不同色光带对温度计的加热实验，当温度计位于红光带外侧的位置时加热效果最好，温度计度数上升最快。于是赫歇尔便把这种在光谱中看不到但具有热效应的光线称作红外线，这种红外线的热效应在自然界中以电磁波的形式向外传播。后来研究发现：任何物体温度高于绝对温度时，其内部由于分子、原子不规律运动和空穴、电子的运动与跃迁都在不停地向外辐射能量。温度的升高会加速物体内部分子的运动，相应红外辐射也会增强，这种与温度有关的红外辐射称为热辐射^[1,2]。

物体的辐射强弱与温度有关，利用目标物体本身的热辐射，测量辐射强度大小，可以反向推出其实际温度。利用这一红外技术制成的红外测温装置可以实现物体温度的测量。工作原理是利用光学镜头将目标物体分解成一个个的像元点，各像元点的红外辐射通过光学镜头汇聚到测温仪的红外探测器上。红外探测器是光电转换装置，输出与红外辐射成正比的电信号，经过信号的预处理电路和AD转换电路的处理后，输出各像元的灰度值，在测温软件中可以进行目标物体表面温度分布状况的伪彩显示。