[发明专利]一种基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪

权利要求书

1.一种基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪，其特征在于，包括信号检测和信号处理两个部分，其中：

信号检测部分，包括两个双层红外传感器和一个半透镜，所述两个双层红外传感器分别是双层硅传感器和双层铟镓砷传感器，利用半透镜的能量半透射半反射原理，50％的红外能量透射到双层硅传感器，50％的红外能量反射到双层铟镓砷传感器；该两个双层红外传感器将物体发出的红外辐射能量转换为电信号，分别通过运放芯片实现信号放大，由两片多路开关实现四个不同红外波段信号的二选一操作，然后将两路相邻波长的红外信号输入信号处理部分；

信号处理部分，包括A/D转换芯片和FPGA，A/D转换芯片接收所述两路相邻波长的红外信号并进行模数转换，FPGA接收A/D转换芯片输出的两个波长的数字信号进行比值运算、滤波处理后计算出物体温度，FPGA将温度送液晶显示，同时将数据传给D/A转换芯片，通过4-20mA工业电流标准实现温度数据的远距离传输；

所述双层硅传感器的测量温度为1600到3000摄氏度，双层铟镓砷传感器的测量温度200到1600摄氏度。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪，其特征在于，所述半透镜在近红外波段0.3～2.1μm，透射T:反射R＝50％:50％，物体发出的红外辐射入射角度为45°，所述两个双层红外传感器距离该半透镜中心的距离均为25mm。

3.根据权利要求1所述的基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪，其特征在于，所述信号检测部分的两个双层红外传感器、半透镜和运放芯片封装于金属腔体内，将金属腔体密封后在其外表面设置半导体制冷块和数字温度传感器，由所述FPGA通过数字温度传感器检测金属腔体温度，并控制半导体制冷块将金属腔体加热或制冷，使金属腔体内的两个双层红外传感器保持恒温。

4.根据权利要求3所述的基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪，其特征在于，所述金属腔体的材料为铜。

5.根据权利要求3所述的基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪，其特征在于，所述半导体制冷块的工作电源由开关电源芯片提供，开关电源芯片的输出电压VOUT＝VREF*(1+R1/R2)，其中VREF＝1.22V，固定电阻R1＝10K欧姆，R2即数字电位器为100K欧姆的可调电阻，开关电源芯片和半导体制冷块之间设有继电器；

所述FPGA通过数字温度传感器检测到金属腔体温度后，与设定温度比较，调节数字电位器的阻值，越接近设定温度数字电位器的输出阻值R2越大，输出电压VOUT也就越低，半导体制冷块工作电流越小，从而平滑恒温。

6.根据权利要求5所述的基于多传感器的宽范围高精度红外双色测温仪，其特征在于，所述信号处理部分的FPGA包括时钟分频模块、A/D转换驱动模块、温度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、恒温腔体测温驱动模块、加热制冷控制模块、数字电位器驱动模块，其中：

时钟分频模块的输入时钟来自50M的有源晶振，时钟输出端CLKA连接到A/D转换驱动模块、温度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块的时钟输入端，另一个时钟输出端CLKB是恒温部分即加热制冷控制模块、数字电位器驱动模块的工作时钟；

A/D转换驱动模块的作用是产生A/D转换芯片所需要的片选信号ACS、串行时钟ASCLK、串行数据ASDI，根据A/D转换芯片转换完成的数字信号ASDO，解析出两个红外波长的数字信号InfrA[23..0]和InfrB[23..0]，A/D转换驱动模块的输入时钟为CLKA，来自时钟分频模块，频率为2MHz；

温度计算模块根据来自A/D转换驱动模块的红外波长的数字信号InfrA[23..0]和InfrB[23..0]，来自时钟分频模块的输入时钟CLKA，计算出物体当前温度ObjTem[15..0]；

液晶显示驱动模块根据来自时钟分频模块的输入时钟CLKA，以及来自温度计算模块的温度数据ObjTem[15..0]，输出TFT液晶的控制信号DB[15..0]、LCDCS、LCDRST、LCDWR、LCDRD，将物体温度在液晶上显示；

D/A转换驱动模块根据来自时钟分频模块的输入时钟CLKA，以及来自温度计算模块的温度数据ObjTem[15..0]，输出驱动D/A转换芯片的时钟DACLK、数据DAData和锁存信号DALatch，将温度数据通过4-20mA工业电流标准实现远距离传输；

恒温腔体测温驱动模块的作用是产生所述金属腔体外表面数字温度传感器所需要的片选信号FCS、串行时钟FSCLK、串行数据FDIN，根据数字温度传感器检测到的串行温度数据FDOUT，解析出恒温金属腔体当前温度EnviTem[15..0]，恒温腔体测温驱动模块的输入时钟为CLKB，来自时钟分频模块，频率为10MHz；

加热制冷控制模块根据来自恒温腔体测温驱动模块的温度数据EnviTem[15..0]，来自时钟分频模块的输入时钟CLKB，将EnviTem[15..0]和金属腔体内的双层红外传感器所设定温度进行比较，若高于设定温度，加热制冷控制模块的输出引脚HCSet为高电平，控制半导体制冷块制冷；若低于设定温度，输出引脚HCSet为低电平，控制继电器使半导体制冷块直流电源反转，从而工作于加热状态；

数字电位器驱动模块的作用是根据来自恒温腔体测温驱动模块的温度数据EnviTem[15..0]，来自时钟分频模块的输入时钟CLKB，产生数字电位器所需要的片选信号PCS、串行时钟PSCLK、串行数据PSDI，通过改变半导体制冷块的工作电压，从而实现对制冷、加热程度的控制。