[发明专利]一种高温烤箱用非接触红外热成像装置及其热力补偿方法

权利要求书

1.一种高温烤箱用非接触红外热成像装置，包括红外热成像传感器、PCB电路板和红外透射镜片，其特征在于，所述红外透射镜片安装在烤箱内壁上，红外透射镜片的右侧为食物放置腔，红外透射镜片左侧设置有导热金属底板，PCB电路板贴合安装在导热金属底板的一侧，红外热成像传感器安装在PCB电路板上，PCB电路板上设置有第一温度传感器，导热金属底板的另一侧粘接有隔热背壳，导热金属底板的下端设置有导热金属底座，导热金属底板与导热金属底座转动连接，导热金属底板的上端设置有旋转杆，导热金属底板的上方设置有驱动电机，旋转杆与驱动电机的转动轴连接，烤箱内壁上安装有第二温度传感器，第二温度传感器安装在靠近红外透射镜片的位置，能够准确的测量红外透射镜片的环境温度；PCB电路板和第二温度传感器与烤箱的中央处理器连接电性连接；所述导热金属底板的下端设置有旋转头，旋转头呈半球形，导热金属底座上端开设有与旋转头相配合的转动槽，旋转头插入转动槽中，旋转头与转动槽转动连接；所述导热金属底板、旋转头和导热金属底座的材质均为具有较高导热系数的金属材料；所述隔热背壳的材质为具有低导热系数的隔热材料；所述红外热成像传感器在正对红外透射镜片时读取热力温度分布数据，所停留时间约占整个旋转周期的5％，停留时间设置为2-5秒；所述红外热成像传感器在获取热力温度分布数据后随即由驱动电机带动旋转杆旋转180°，背对红外透射镜片和烤箱内壁，背对和旋转时间占整个旋转周期的95％，背对和旋转时间总时长设置为40-100秒。

2.根据权利要求1所述的一种高温烤箱用非接触红外热成像装置，其特征在于，所述PCB电路板上设置有接线端子。

3.根据权利要求1所述的一种高温烤箱用非接触红外热成像装置，其特征在于，所述第一温度传感器和第二温度传感器均为NTC温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种高温烤箱用非接触红外热成像装置，其特征在于，所述红外透射镜片的材质为较薄透射率较高的镜片。

5.根据权利要求4所述的一种高温烤箱用非接触红外热成像装置，其特征在于，所述红外透射镜片3的材质为以800um厚，透射率85％的锗片，所述红外热成像传感器为分辨率32x24的TO-CAN插管式封装结构器件。

6.一种如权利要求1-5任一所述的高温烤箱用非接触红外热成像装置的热力补偿方法，其特征在于，具体方法如下：

一、各传感器获取温度数据；

通过红外热成像传感器(分辨率为X,Y)获取箱体内部热力温度分布To(i,j),i∈[1,X],j∈[1,Y]；

通过PCB电路板上的第一温度传感器获取传感器所在的PCB电路板温度为Ta；

通过烤箱内部的第二温度传感器获取红外透射镜片的温度为Te；

红外透射镜片3的红外(5um至15um)波段的透射率选取0.7至1之间；

二、定义系统红外发射率的计算公式；

根据玻尔兹曼公式：H＝ε’σT，其中H是全部能量，ε’是有效能量发射系数，σ是常量，T是物体温度，开尔文单位；

当红外热成像传感器前面加入红外透射镜片时，定义新系统的发射率来体现能量通过红外透射镜片的透射效果为：

E＝(H_o-new-H_a-new)/(H_o-real-H_a-real)＝(ε’σT_o-new-ε’σT_a-new)/(ε’σT_o-real-ε’σT_a-real)＝(T_o-new-

T_a-new)/(T_o-real-T_a-real)

其中，E为系统的红外发射率，H_o-new为加入红外透射镜片后传感器所能获取到物体散发的能量，H_a-new为被测物体的周围环境温度，H_o-real为未红外透射镜片的理想情况的传感器所能获取到所有的能量，也就是物体的真实温度，H_a-real为传感器周围的环境和传感器自身散发的能量；相对应的T_o-new为红外热成像传感器测量得到的物体的温度，T_a-new为烤箱内部的温度，T_o-real想去测量的物体的真实温度，T_a-real为红外热成像传感器的自身温度，在该系统中由于红外热成像传感器紧贴于PCB电路板上，所以等于PCB电路板的温度；

三、建立不同区间的发射率数学模型；

计算整体结构固定后的红外发射率E，将一高温物体参照物置于烤箱内，通过接触式温度计或者控制参照物温度在Trc；

通过调节位置使红外热成像传感器第[i,j]像素点对应参照物，其中第[i,j]像素点为任意像素点，所相应获取的温度为Toc(i,j)；

PCB电路板上的第一温度传感器获取红外热成像传感器和烤箱内部的第二温度传感器分别获取的温度为Tac和Tec；

通过红外发射率的计算公式计算发射率E，

其中温度单位为绝对温度开尔文，对应温度需要加上273.15；

通过调节参照物的温度获取不同区间的发射率的值，并建立数学模型；

四、计算物体补偿温度；

对应建立的发射率数学模型，通过判断To(i,j)所落在的温度区间，通过相应的发射率E进行补偿的方式为：

其中Tr(i,j)为第(i,j)像素点的物体补偿温度，即为本装置测量后通过中央处理器按上述方式处理后所得的温度；To(i,j)为红外热成像传感器的第(i,j)像素点的读取温度，Te为烤箱内部的第二温度传感器的读取温度，Ta为PCB电路板上的第一温度传感器的读取温度，Ex为To(i,j)所对应温度区间的发射率E值。