CN107588854B - 基于内置参考体的高精度测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于诊断目的的测量一些身体部位的温度领域，具体为一种基于内置参考体的高精度测温方法。一种基于内置参考体的高精度测温方法，其特征是：按如下步骤依次实施：A.设置测量设备；B.确定环境因素；C.构建标准环境；D.标定；E.确定终值。本发明使用方便，测量精度高。

Description

基于内置参考体的高精度测温方法

技术领域

本发明涉及用于诊断目的的测量一些身体部位的温度领域，具体为一种基于内置参考体的高精度测温方法。

背景技术

红外热像***用于将物体发出的红外辐射逐点聚集到对红外辐射敏感的探测器上而转变为电信号，然后再把电信号放大并转变成数字信号，结合扫描机构产生的同步信号，输入到计算机中以灰度或伪彩色重构出物体的红外辐射图像，这种图像反映的是物体的热分布状态，这样红外热像***就将物体不可见的温度信息变成了可视图像。人体也是一个发热体，无时无刻不在发出红外辐射。人体的各个不同部位有着不同的温度，所发出的红外辐射的强度也各不一样。在临床医学领域中应用红外热成像技术，就是将人体的温度分布以图像形式显示出来，从而诊断和分析疾病。但是，目前采用的测温计算方法是基于理想工作环境下的方法，而实际工作坏境中有多项因素影响测温的准确度：热源的辐射率、距离、环境温度、湿度等，这些因素相互作用，对测温结果有很大影响，降低了测温精度。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种使用方便、测量精度高的温度测量方法，本发明公开了一种基于内置参考体的高精度测温方法。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种基于内置参考体的高精度测温方法，包括测量待测温的目标物体的灰度，其特征是：按如下步骤依次实施：

A. 设置测量设备：设置目标物体、内置参考体、外置标准黑体和测量设备，测量设备包括测量灰度的焦平面探测器、测量温度的温度传感器和处理数据的计算机，焦平面探测器包括照相机和光电传感器，光电传感器的光信号接收端设于照相机镜头的成像平面上，内置参考体设于焦平面探测器内，外置标准黑体设于焦平面探测器外，内置参考体是表面温度均匀的挡片，外置标准黑体是可控制固定温度的均匀黑体，光电传感器和温度传感器这两者的电信号输出端都通过信号线连接计算机；

B. 确定环境因素：确定影响测温准确度的m个环境因素Y(1)、Y(2)、……Y(j)、……Y(m)，其中j和m都为正整数且j≤m；

C. 构建标准环境：设每一个环境因素Y(j)都有一个对应的变量X(j)，对每一个变量X(j)都设置一个标准值X0(j)，从而构建一个标准环境；

D. 标定：对外置标准黑体实施标定，取得测量温度的转换参数，具体过程为：

D.1 计算初始值：设置外置标准黑体的温度为定值，通过温度传感器测得内置参考体的温度，随后通过焦平面探测器分别测量内置参考体的灰度和外置标准黑体的灰度，设在外置标准黑体的温度定值为T_w时，测得内置参考体的温度、内置参考体的灰度和外置标准黑体的灰度分别为T_n、G_n和G_w；

改变外置标准黑体的温度T_w，获取N组T_w、G_w、T_n和G_n的值，设△G=G_w-G_n，△T=T_w-T_n，这样就获得了N组△G和△T的值，以△G为自变量，△T为应变量，用最小二乘法计算△G和△T这N组数据的斜率k和截距b；

在标准环境下通过焦平面探测器测得目标物体的灰度G；

计算目标物体的温度初始值T：T=k(G-G_n)+T_n+b；

D.2 修正：使外置标准黑体置于标准环境内，设置外置标准黑体的温度为T0，以标准环境为基准，对每一个环境因素Y(j)依次执行如下操作：改变环境因素Y(j)，取得对应于改变后的环境因素Y(j)的变量X(j)，计算变化值X(j)和标准值X0(j)之间的差值△X(j)=X(j)-X0(j)，以外置标准黑体为待测温的目标物体，根据D.1步骤所述计算出外置标准黑体在环境因素Y(j)改变为X(j)后的温度初始值T(j)，计算T(j)和T0的差值△T(j)=T(j)-T0，对每一个环境因素Y(j)都取的不同的p次X(j)值，从而获得p组△X(j)和△T(j)的值，以△X(j)为自变量，△T(j)为应变量，用最小二乘法计算△X(j)和△T(j)这p组数据的斜率K(j)和截距B(j)，计算当环境因素Y(j)改变为X(j)后外置标准黑体的温度修正值T_x(j)=K[X(j)-X0]+B；

E. 确定终值：目标物体在实际环境中的温度T_R=T+T0+ 。

所述的基于内置参考体的高精度测温方法，其特征是：环境因素包括：

Y(1)——环境温度，X(1)取值范围283K到303K；

Y(2)——焦平面探测器的照相机镜头至目标物体的距离，X(2)取值范围0.5m～10m；

Y(3)——目标物体所处环境的相对湿度，X(3)取值范围0～100%；

Y(4)——目标物体的表面热辐射率，X(4)取值范围0～100%。

本发明使设备扩展了使用环境保证在不同变化的环境下同样保证测温的准确度。本发明的有益效果是：使用方便，测温精度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种基于内置参考体的高精度测温方法，按如下步骤依次实施：

A. 设置测量设备：如图1所示：设置目标物体1、内置参考体21、外置标准黑体22和测量设备，测量设备包括测量灰度的焦平面探测器3、测量温度的温度传感器4和处理数据的计算机5，焦平面探测器3包括照相机31和光电传感器32，光电传感器32的光信号接收端设于照相机31镜头的成像平面上，内置参考体21设于焦平面探测器3内，外置标准黑体22设于焦平面探测器3内，内置参考体21是表面温度均匀的挡片，外置标准黑体22是可控制固定温度的均匀黑体，光电传感器32和温度传感器4这两者的电信号输出端都通过信号线连接计算机5； B. 确定环境因素：确定影响测温准确度的m个环境因素Y(1)、Y(2)、……Y(j)、……Y(m)，其中j和m都为正整数且j≤m，

环境因素包括：

Y(1)——环境温度，X(1)取值范围283K到303K，

Y(2)——焦平面探测器3的照相机31镜头至目标物体1的距离，X(2)取值范围0.5m～10m，

Y(3)——目标物体1所处环境的相对湿度，X(3)取值范围0～100%，

Y(4)——目标物体1的表面热辐射率，X(4)取值范围0～100%，

C. 构建标准环境：设每一个环境因素Y(j)都有一个对应的变量X(j)，对每一个变量X(j)都设置一个标准值X0(j)，从而构建一个标准环境；

D. 标定：对外置标准黑体22实施标定，取得测量温度的转换参数，具体过程为：

D.1 计算初始值：设置外置标准黑体22的温度为定值，通过温度传感器4测得内置参考体21的温度，随后通过焦平面探测器3分别测量内置参考体21的灰度和外置标准黑体的灰度，设在外置标准黑体22的温度定值为T_w时，测得内置参考体21的温度、内置参考体21的灰度和外置标准黑体的灰度分别为T_n、G_n和G_w；

改变外置标准黑体的温度T_w，获取N组T_w、G_w、T_n和G_n的值，设△G=G_w-G_n，△T=T_w-T_n，这样就获得了N组△G和△T的值，以△G为自变量，△T为应变量，用最小二乘法计算△G和△T这N组数据的斜率k和截距b；

在标准环境下通过焦平面探测器3测得目标物体1的灰度G；

计算目标物体1的温度初始值T：T=k(G-G_n)+T_n+b；

D.2 修正：使外置标准黑体22置于标准环境内，设置外置标准黑体22的温度为T0，以标准环境为基准，对每一个环境因素Y(j)依次执行如下操作：改变环境因素Y(j)，取得对应于改变后的环境因素Y(j)的变量X(j)，计算变化值X(j)和标准值X0(j)之间的差值△X(j)=X(j)-X0(j)，以外置标准黑体22为待测温的目标物体1，根据D.1步骤所述计算出外置标准黑体22在环境因素Y(j)改变为X(j)后的温度初始值T(j)，计算T(j)和T0的差值△T(j)=T(j)-T0，对每一个环境因素Y(j)都取的不同的p次X(j)值，从而获得p组△X(j)和△T(j)的值，以△X(j)为自变量，△T(j)为应变量，用最小二乘法计算△X(j)和△T(j)这p组数据的斜率K(j)和截距B(j)，计算当环境因素Y(j)改变为X(j)后外置标准黑体22的温度修正值T_x(j)=K[X(j)-X0]+B；

E. 确定终值：目标物体1在实际环境中的温度T_R=T+T0+。

Claims (2)

1.一种基于内置参考体的高精度测温方法，包括测量待测温的目标物体(1)的灰度，其特征是：按如下步骤依次实施：

A. 设置测量设备：设置目标物体(1)、内置参考体(21)、外置标准黑体(22)和测量设备，测量设备包括测量灰度的焦平面探测器(3)、测量温度的温度传感器(4)和处理数据的计算机(5)，焦平面探测器(3)包括照相机(31)和光电传感器(32)，光电传感器(32)的光信号接收端设于照相机(31)镜头的成像平面上，内置参考体(21)设于焦平面探测器(3)内，外置标准黑体(22)设于焦平面探测器(3)外，光电传感器(32)和温度传感器(4)这两者的电信号输出端都通过信号线连接计算机(5)；

B. 确定环境因素：确定影响测温准确度的m个环境因素Y(1)、Y(2)、……Y(j)、……Y(m)，其中j和m都为正整数且j≤m；

C. 构建标准环境：设每一个环境因素Y(j)都有一个对应的变量X(j)，对每一个变量X(j)都设置一个标准值X0(j)，从而构建一个标准环境；

D. 标定：对外置标准黑体(22)实施标定，取得测量温度的转换参数，具体过程为：

D.1 计算初始值：设置外置标准黑体(22)的温度为定值，通过温度传感器(4)测得内置参考体(21)的温度，随后通过焦平面探测器(3)分别测量内置参考体(21)的灰度和外置标准黑体的灰度，设在外置标准黑体(22)的温度定值为T_w时，测得内置参考体(21)的温度、内置参考体(21)的灰度和外置标准黑体的灰度分别为T_n、G_n和G_w；

改变外置标准黑体的温度T_w，获取N组T_w、G_w、T_n和G_n的值，设△G=G_w-G_n，△T=T_w-T_n，这样就获得了N组△G和△T的值，以△G为自变量，△T为应变量，用最小二乘法计算△G和△T这N组数据的斜率k和截距b；

在标准环境下通过焦平面探测器(3)测得目标物体(1)的灰度G；

计算目标物体(1)的温度初始值T：T=k(G-G_n)+T_n+b；

D.2 修正：使外置标准黑体(22)置于标准环境内，设置外置标准黑体(22)的温度为T0，以标准环境为基准，对每一个环境因素Y(j)依次执行如下操作：改变环境因素Y(j)，取得对应于改变后的环境因素Y(j)的变量X(j)，计算变化值X(j)和标准值X0(j)之间的差值△X(j)=X(j)-X0(j)，以外置标准黑体(22)为待测温的目标物体(1)，根据D.1步骤所述计算出外置标准黑体(22)在环境因素Y(j)改变为X(j)后的温度初始值T(j)，计算T(j)和T0的差值△T(j)=T(j)-T0，对每一个环境因素Y(j)都取的不同的p次X(j)值，从而获得p组△X(j)和△T(j)的值，以△X(j)为自变量，△T(j)为应变量，用最小二乘法计算△X(j)和△T(j)这p组数据的斜率K(j)和截距B(j)，计算当环境因素Y(j)改变为X(j)后外置标准黑体(22)的温度修正值T_x(j)=K[X(j)-X0]+B；

E. 确定终值：目标物体(1)在实际环境中的温度T_R=T+T0+ 。

2.如权利要求1所述的基于内置参考体的高精度测温方法，其特征是：环境因素包括：

Y(1)——环境温度，X(1)取值范围283K到303K；

Y(2)——焦平面探测器(3)的照相机(31)镜头至目标物体(1)的距离，X(2)取值范围0.5m～10m；

Y(3)——目标物体(1)所处环境的相对湿度，X(3)取值范围0～100%；

Y(4)——目标物体(1)的表面热辐射率，X(4)取值范围0～100%。