CN107246915A - 一种红外测温探头及其测温和传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外测温探头及其测温和传输方法，包括壳体和支架，以及设置在壳体内的红外传感器；壳体内部还设置有激光对准器，激光对准器与红外传感器均为圆柱体并平行设置；壳体内部还设置有MCU模块，MCU模块分别连接红外传感器和激光对准器。激光对准器用于发射参考光束来瞄准待测位置，从而进一步提高测量准确度。MCU模块对激光对准器预设工作时限。上电后MCU模块自动开启激光对准器，工作超过时限后MCU模块自动关闭激光对准器，从而避免激光对准器长时间工作导致的损坏。

Description

一种红外测温探头及其测温和传输方法

技术领域

本发明涉及一种用电安全监控技术领域，特别涉及一种红外测温探头及其测温和传输方法。

背景技术

随着经济的快速发展，用电量逐年加大，用电安全问题也逐渐凸显。用电设备越来越多，且内部电气元件复杂。在用电或电力分配设备运行期间不能够打开外壳或柜门对其进行检测，长期运行后，各元件极易出现过热故障。提前发现已接近故障状态的元器件，从而防患未然，发生故障时，能够迅速、准确地查出元件故障，对于电气设备的维修和保证安全发供电具有十分重要的意义。

红外测温仪的工作原理是：红外测温仪接收被测物体的红外辐射光，通过前端红外透镜将光信号聚焦到传感器上，传感器将光信号转换为电信号，电信号经过后续电路的放大与滤波后，送入模数转换器，微处理器读取电压值，通过电压温度变换函数将电压转换为温度，最后在显示器上显示，红外测温仪为一种非接触式通过接收物体的红外辐射实现温度测量的器具。

目前常用的红外测温仪基本将红外测温探头以及采集探测器两个部分设置在一个壳体内，体积较大，安装和检修不便。

而现有技术中，将温度测量和测量结果汇总传输两个机构分离的技术方案则采用圆柱形红外探头直接通过信号线连接采集器的方式实现温度测量，存在数据测量不准确等问题。例如，已获得授权的201620801325.4号中国发明专利公开了一种红外测温装置，包括：红外短波检测器，数据处理模块以及控制器。其红外短波检测器与数据处理模块电性连接，即通过信号线连接，由于这里的信号线传输的是强度非常弱的数字信号，为实现该信号的输出，数据处理模块需要设置外接的调理电路，才能将红外短波检测器生成的测温信号转换为能够传输的电压信号。

而测温信号的传输抗干扰能力差，对复杂环境的适应性不强，因而采集到的最终数据误差较大。且其外接调理电路，流程复杂，成本高。

另外，目前的监控探测器采用的红外测温探头，多数缺少激光对准器或者需要另外安装，安装的激光对准器在红外测温探头对准后还需要重新拆下，以防止激光对准器因长时间工作而损坏。但对红外测温探头的每一次检修都要重复安装、拆下，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种探头定位准确，温度采集和传输一体化以及数据准确度高的红外测温探头及其测温和传输方法。具体的技术方案如下：

本发明实施例一公开了一种探头定位准确，温度采集和传输一体化的红外测温探头。

一种红外测温探头，包括壳体和支架，以及设置在壳体内的红外传感器；壳体内部还设置有激光对准器，激光对准器与红外传感器均为圆柱体并平行设置；壳体内部还设置有MCU模块，MCU模块分别连接红外传感器和激光对准器。激光对准器用于发射参考光束来瞄准待测位置，从而进一步提高测量准确度。MCU模块对激光对准器预设工作时限。上电后MCU模块自动开启激光对准器，工作超过时限后MCU模块自动关闭激光对准器，从而避免激光对准器长时间工作导致的损坏。

进一步的，MCU模块通过三极管开关电路连接激光对准器。开关三极管具有寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点。开关三极管可以用很小的电流，控制大电流的通断。便于MCU模块快速安全的控制激光对准器的开启与关闭。

进一步的，MCU模块通过IO接口连接红外传感器的SMBus接口。SMBus协议及其接口用于实现低速率通讯，信号稳定性相对较好，且电路结构简单，但是传输距离短，不适用于远距离传输。

进一步的，MCU模块通过UART接口连接RS485通讯模块，RS485通讯模块连接线缆。RS485通讯协议通讯距离更远，抗干扰能力更强。连接红外测温探头以及探测器的线缆采用两对双屏蔽双绞电缆(即四芯双屏双绞电缆)。

进一步的，支架的上下两端各设置有一个球形的万向节，支架上设置有至少一个紧固钉。采用此结构的红外测温探头体积小，结构简单，便于安装在空间较小的电气柜体内，且探头的角度360度可调，测温更为准确。

进一步的，壳体采用铝或铝合金材质。铝材的抗干扰能力强。

本发明实施例二公开了一种数据准确度高的红外测温探头测温方法。

一种红外测温探头的测温和传输方法，包括以下步骤：

(1)将红外测温探头安装到待测位置，调整支架位置，使红外传感器大致对准被测物体；

(2)MCU模块开启激光对准器，根据激光对准器的指示，精确定位测温点；

(3)红外传感器测量温度并生成SMBus数字式温度数据，并更新到温度数据寄存器；

(4)MCU模块通过IO接口读取红外传感器的温度数据寄存器，并对得到的温度数据进行校验；

(5)MCU模块将校验成功的温度数据转换为ASCII格式的数字信号，并通过线缆传送给探测器；

(6)探测器将ASCII格式的数字信号通过网关传输到中央监控器。

进一步的，步骤(1)中，通过松动支架上的紧固钉，放松支架对万向节的夹持，通过调整万向节的角度对支架以及红外测温探头的位置和角度进行微调。

进一步的，MCU模块对激光对准器预设工作时限，激光对准器工作超过时限后，MCU模块关闭激光对准器。

进一步的，MCU模块通过CRC校验算法检查温度数据是否发生错误，如果校验正确，则进行步骤(5)；若校验不成功，则返回步骤(2)。

本发明的有益效果是：

1.红外测温探头内置自动开关的激光对准器，提高测量准确度，且节能省电；

2.配备万向支架，体积小，结构简单，360度可调，便于安装在空间较小的电气柜体内，测温更为准确；

3.本发明采用的传输方法信号稳定，抗干扰能力强，电路结构简单。

附图说明

图1：本发明实施例一主视图；

图2：图1位置的左视图；

图3：本发明实施例一***原理图；

图4：本发明实施例二流程图；

其中：1-壳体、2-支架、3-万向节、4-定位螺母、5-紧固钉、6-激光对准器、7-红外传感器、8-线缆、9-探测器、10-MCU模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一如图1、图2所示，涉及一种红外测温探头，包括壳体1和支架2，支架2为双层对称结构，支架2的上下两端各设置有一个球形万向节3，万向节3位于支架2两层之间，并被定位在支架2上的圆形孔中。支架2上设置有至少一个紧固钉5，本实施例中，设置了两个紧固钉5，紧固钉5上带螺纹，通过转动紧固钉5来调整万向节3的紧固程度，从而调整万向节3的角度。

支架2上的万向节3分别通过一定位螺母4连接壳体1和红外测温探头的定位位置。

采用此结构的红外测温探头体积小，结构简单，便于安装在空间较小的电气柜体内，且探头的角度360度可调，测温更为准确。

红外测温探头的壳体1采用铝或铝合金壳体，恶劣环境下抗干扰能力更强。壳体1内部设置有红外传感器7和激光对准器6，激光对准器6用于发射参考光束来瞄准待测位置，从而进一步提高测量准确度。激光对准器6采用聚光性能良好的激光探头，激光对准器6与红外传感器7均为圆柱体并平行贴紧，且激光对准器6的光轴与红外传感器6轴线平行设置，激光对准器6与红外传感器7的中点距离为二者的半径之和，实际距离8mm左右，实际使用中，采用非接触式测温，且被测物体一般都大于激光对准器6与红外传感器7的中点距离。

壳体1内还设置有一个MCU模块10，该MCU模块10优选为14引脚的PIC16LF1825芯片，采用TSSOP封装，并内置时钟发生器、UART通讯接口，以及多个IO接口。

MCU模块10分别连接红外传感器7和激光对准器6；红外传感器7采用SMBus接口输出，MCU模块10通过IO接口连接SMBus接口。此时红外传感器7输出的SMBus信号为低速率信号，不适宜长距离传输。MCU模块10通过时序仿真技术，读取红外传感器7的温度数据，并形成ASCII编码格式的数字式信号。ASCII编码格式的数字信号便于信息交换，通用性强，不易受外部影响。从红外测温探头输出的数据均为数字式，从而避免模拟信号受环境的干扰。

MCU模块10通过三极管开关电路连接激光对准器6，上电后自动开启激光对准器6，激光对准器6预设工作时限，工作超过时限后激光对准器6自动关闭，从而避免激光对准器6长时间工作导致的损坏。

红外测温探头采用RS485通讯模块，通讯距离更远，抗干扰能力更强。MCU模块10通过UART接口连接RS485通讯模块，RS485通讯模块再连接外部通讯线缆8。线缆8的另一端连接到探测器9。

连接红外测温探头以及探测器9的线缆8采用两对双屏蔽双绞电缆(即四芯双屏双绞电缆)。

红外测温探头上还设置有LED指示灯，红外测温探头工作时，LED指示灯亮起。

本发明实施例二涉及一种红外测温探头的测温方法，如图4所示，具体包括以下步骤：

(1)将红外测温探头安装到待测位置，调整支架位置，使红外传感器6大致对准被测物体；

(2)MCU模块10开启激光对准器6，根据激光对准器6的指示，精确定位测温点；

(3)红外传感器7测量温度并生成SMBus数字式温度数据，并更新到温度数据寄存器；

(4)MCU模块10通过IO接口读取红外传感器7的温度数据寄存器，并对得到的温度数据进行校验；

(5)MCU模块10将校验成功的温度数据转换为ASCII格式的数字信号，并通过线缆8传送给探测器9；

(6)ASCII格式的数字信号由探测器9通过网关传输到中央监控器。

步骤(1)中，由于支架2部分包括了上部、下部两个万向节3机构，通过松动支架2部分的紧固钉5，放松支架2对万向节3的夹持，通过万向节3对支架2以及红外测温探头的位置和角度进行微调，从而使红外测温探头的安装位置不需要特殊限定，且可以适应狭小的空间。

步骤(2)中，MCU模块对激光对准器预设工作时限，激光对准器工作超过时限后，MCU模块关闭激光对准器。激光对准器预设工作时限一般为20-60分钟。

步骤(3)中，红外传感器7探测被测物体的一个区域，并得出该区域的平均温度值，红外传感器7与被测物体距离越近，测温区域越小；红外传感器7与被测物体距离越远，测温区域越大。本实施例中，红外传感器7与被测物体的距离D与测温区域直径S的比值为：

D：S＝11.2：1

红外传感器7测量到的温度值会随着测温区域的大小而发生变化。实际使用过程中，红外传感器7与被测物体的距离可根据被测物体直径测算该距离的最大值，当该距离不大于该最大值时，均可以实现准确测量。如果超过该最大值，测量结果与实际值会有偏差，因此应当在红外测温探头安装时适当控制位置。

步骤(4)中，MCU模块10通过CRC校验算法检查数据是否发生错误，如果校验成功，则进行步骤(5)；若校验不成功，则返回步骤(2)。

本实施例中的探测器9通过RS485通讯模块和线缆8连接到4个不同的红外测温探头，探测器9内部带有MCU模块，MCU模块连接RS485通讯模块以及设置在探测器9壳体上的按键和LED显示屏，LED显示器能够实时反映探测器9所连接的各个红外测温探头探测的温度数值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种红外测温探头，包括壳体和支架，以及设置在壳体内的红外传感器；其特征在于，

壳体内部还设置有激光对准器，激光对准器与红外传感器均为圆柱体并平行设置；

壳体内部还设置有MCU模块，MCU模块分别连接红外传感器和激光对准器。

2.如权利要求1所述的红外测温探头，其特征在于，MCU模块通过三极管开关电路连接激光对准器。

3.如权利要求1所述的红外测温探头，其特征在于，MCU模块通过IO接口连接红外传感器的SMBus接口。

4.如权利要求1所述的红外测温探头，其特征在于，MCU模块通过UART接口连接RS485通讯模块，RS485通讯模块连接线缆。

5.如权利要求1所述的红外测温探头，其特征在于，所述支架的上下两端各设置有一个万向节，支架上设置有至少一个紧固紧固钉。

6.如权利要求1所述的红外测温探头，其特征在于，壳体采用铝或铝合金材质。

7.一种红外测温探头的测温和传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将红外测温探头安装到待测位置，调整支架位置，使红外传感器大致对准被测物体；

(2)MCU模块开启激光对准器，根据激光对准器的指示，精确定位测温点；

(3)红外传感器测量温度并生成SMBus数字式温度数据，并更新到温度数据寄存器；

(4)MCU模块通过IO接口读取红外传感器的温度数据寄存器，并对得到的温度数据进行校验；

(5)MCU模块将校验成功的温度数据转换为ASCII格式的数字信号，并通过线缆传送给探测器。

8.如权利要求7所述的红外测温探头，其特征在于，步骤(1)中，通过松动支架上的紧固钉，放松支架对万向节的夹持，通过调整万向节的角度对支架以及红外测温探头的位置和角度进行微调。

9.如权利要求7所述的红外测温探头，其特征在于，MCU模块对激光对准器预设工作时限，激光对准器工作超过时限后，MCU模块关闭激光对准器。

10.如权利要求7所述的红外测温探头，其特征在于，MCU模块通过CRC校验算法检查温度数据是否发生错误，如果校验正确，则进行步骤(5)；若校验不成功，则返回步骤(2)。