一种低成本非接触式恒温差控制系统的制作方法

1.本发明属于红外探测器标定和检测领域，具体涉及一种低成本非接触式恒温差控制系统。


背景技术：

2.随着红外探测器技术的蓬勃发展，可自动调节表面温度或热辐射的测试设备也应运而生，目前自动控温系统的温度测试方法不尽相同，主要有以下几种：
3.1.采用点接触的热电偶进行测温。目前市场上绝大多数红外热靶标系统都采用这种方式，通过6个或9个热电偶紧贴在热靶表面，测试加热部分和不加热部分的温度变化，进而形成温差控制指令控制加载在加热膜或电热丝两端的电压。这种方式热靶和控制系统为一体化设计，便于维修和使用。缺点是采用接触式测温结果与热辐射方式测温结果偏差较大，温差控制效果不好。
4.2.采用红外热像仪进行测温。为了匹配热辐射的方式使用的测试设备和靶标测温设备一致性问题，有些单位采用价格昂贵的红外热像仪进行测温，热像仪价格约40万～50万，有专业的使用软件，在此软件基础上进行二次开发，进而达到控制靶面温度的目的。该方案测试精准，测试结果与校准设备输出结果一致，缺点是控制系统价格昂贵，采购周期长，使用受众有限，不适合在一次性消耗设备上大量使用。
5.基于数表开环控温。红外热靶是消耗品，一般为一次性使用，使用时间较短，为了大幅度降低成本，有一部分单位采用试验闭环校准、外场使用开环控制的方式配套试验，这种方法问题和“刻舟求剑”一致，用实验室中不变的热辐射规律直接死板硬套到外场风云变幻的试验环境中，控制效果差，只能定性的检测试验设备的好坏，无法定量评判。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.本发明要解决的技术问题是：如何提供一种低成本非接触式恒温差控制系统。
8.(二)技术方案
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种低成本非接触式恒温差控制系统，所述低成本非接触式恒温差控制系统包括：红外热成像仪1、图像处理器2、温差控制器3、调压模块4、电加热膜5；
10.所述电加热膜5平铺在与地面成一定角度的斜面上，用作靶面；
11.所述调压模块4和电加热膜5的交流电接插件连接；
12.所述温差控制器3和调压模块4的模拟量控制接插件连接；
13.所述图像处理器2和温差控制器3的串口连接线缆连接；
14.所述红外热像仪1和图像处理器2的视频通讯线缆连接；
15.其中，所述一定角度为30
°
角度。
16.其中，所述红外热成像仪1用于通过热辐射的方式获取靶面和背景区域的温度矢
量图，并将含有温度信息的图像视频传给图像处理器2。
17.其中，所述图像处理器2用于在得到红外热成像仪1发送的图像视频后，提取靶面和背景矩形范围内的温度数据，矩形框内的温度取均值然后将靶面和背景温度作差处理，处理结果和设置温差进行比对，形成温差控制指令，通过串口发送给温差控制器。
18.其中，所述温差控制器3用于在接收到温差控制指令后，将其转换为调压模块4可以识别的模拟量。
19.其中，所述调压模块4用于接收来自温差控制器3的模拟量信号，通过0～5v或0～10v的模拟量进行控制，线性转换为0～220v的交流电，进而控制电加热膜5的表面辐射温度。
20.其中，所述电加热膜5是温度控制的执行机构，通过输入0～220v范围内的交流电，控制电加热膜5的表面温度。
21.其中，所述低成本非接触式恒温差控制系统还包括电源6，所述电源6用于为上述红外热成像仪1、图像处理器2、温差控制器3、调压模块4、电加热膜5供电。
22.其中，所述系统的工作过程为：
23.接通电源6；
24.设置图像处理器2中的目标温差值、靶面矩形区域和背景矩形区域；
25.启动控制，图像处理器2开始计算并向外发送温差控制指令；
26.通过红外热成像仪1查看靶面温差控制效果；
27.查看户外不同天气条件下的温差控制效果，并用红外探测设备校准。
28.其中，所述低成本非接触式恒温差控制系统通过低成本的红外热像仪1成像的方式测试靶面和背景区域的矩形面积内的平均温度差和设置温度差进行对比，形成偏差控制的温差控制指令，控制调压模块4加载在电加热膜5上的电压，达到控制电加热膜5和背景温度差的目的，该系统通过热辐射的方式同时测试了背景和靶面的平均温度，当太阳照射或阵风出现时，可快速有效保持靶面与背景温度差保持恒定。
29.其中，样机通电后测试，电加热膜5迅速升温，5分钟左右靶面温差稳定与背景温差稳定在较小的范围内；在距离热靶100米处放置了红外测试设备进行校准，靶面与背景温差和校准设备的输出基本一致；在出现多云、阵风、阳光暴晒的情况下，温差也能稳定在
±
1.5℃范围内。
30.(三)有益效果
31.与现有技术相比较，该发明借鉴了现有技术方案的优点缺点，主要解决了以下两个问题：1)大幅度降低了系统成本，市面上的具备区域测温计算的红外热成像仪格都在45万～50万，本发明采用的低成本红外热成像仪，分辨率低价格可以控制在5千元左右，发明的关键点是将包含温度信息的图像进行二次处理，形成温差控制指令；2)本发明主要应用在红外热靶领域，采用热辐射的方式与实际使用对象的探测方式一致，通过计算矩形区域内上万个像素点的平均温度作为数据源，与之前传统的红外热靶控制系统通过点接触的传感器进行测温相比，计算方法更科学可靠。另外，该方案的电加热热膜升温速度快，加热均匀，温差控制结果不受阳光、阵风的影响，具有普适性。
附图说明
32.图1为低成本非接触式恒温差控制系统原理示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
34.为解决上述技术问题，本发明提供一种低成本非接触式恒温差控制系统，如图1所示，所述低成本非接触式恒温差控制系统包括：红外热成像仪1、图像处理器2、温差控制器3、调压模块4、电加热膜5；
35.所述电加热膜5平铺在与地面成一定角度的斜面上，用作靶面；
36.所述调压模块4和电加热膜5的交流电接插件连接；
37.所述温差控制器3和调压模块4的模拟量控制接插件连接；
38.所述图像处理器2和温差控制器3的串口连接线缆连接；
39.所述红外热像仪1和图像处理器2的视频通讯线缆连接；
40.其中，所述一定角度为30
°
角度。
41.其中，所述红外热成像仪1用于通过热辐射的方式获取靶面和背景区域的温度矢量图，并将含有温度信息的图像视频传给图像处理器2。
42.其中，所述图像处理器2用于在得到红外热成像仪1发送的图像视频后，提取靶面和背景矩形范围内的温度数据，矩形框内的温度取均值然后将靶面和背景温度作差处理，处理结果和设置温差进行比对，形成温差控制指令，通过串口发送给温差控制器。
43.其中，所述温差控制器3用于在接收到温差控制指令后，将其转换为调压模块4可以识别的模拟量。
44.其中，所述调压模块4用于接收来自温差控制器3的模拟量信号，通过0～5v或0～10v的模拟量进行控制，线性转换为0～220v的交流电，进而控制电加热膜5的表面辐射温度。
45.其中，所述电加热膜5是温度控制的执行机构，通过输入0～220v范围内的交流电，控制电加热膜5的表面温度。
46.其中，所述低成本非接触式恒温差控制系统还包括电源6，所述电源6用于为上述红外热成像仪1、图像处理器2、温差控制器3、调压模块4、电加热膜5供电。
47.其中，所述系统的工作过程为：
48.接通电源6；
49.设置图像处理器2中的目标温差值、靶面矩形区域和背景矩形区域；
50.启动控制，图像处理器2开始计算并向外发送温差控制指令；
51.通过红外热成像仪1查看靶面温差控制效果；
52.查看户外不同天气条件下的温差控制效果，并用红外探测设备校准。
53.其中，接触式测温通过热传导获取物体表面的温度，非接触式测温通过热辐射测试物体表面的温度，测温原理不同导致测试结果偏差较大。所述低成本非接触式恒温差控制系统通过低成本的红外热像仪1成像的方式测试靶面和背景区域的矩形面积内的平均温度差和设置温度差进行对比，形成偏差控制的温差控制指令，控制调压模块4加载在电加热
膜5上的电压，达到控制电加热膜5和背景温度差的目的，该系统通过热辐射的方式同时测试了背景和靶面(电加热膜)的平均温度，当太阳照射或阵风出现时，可快速有效保持靶面与背景温度差保持恒定。
54.其中，样机通电后测试，电加热膜5迅速升温，5分钟左右靶面温差稳定与背景温差稳定在较小的范围内；在距离热靶100米处放置了红外测试设备进行校准，靶面与背景温差和校准设备的输出基本一致；在出现多云、阵风、阳光暴晒的情况下，温差也能稳定在
±
1.5℃范围内。
55.实施例1
56.本实施例提供一种低成本非接触式恒温差控制系统由红外热成像仪、图像处理器、温差控制器、调压模块、电加热膜和电源组成。
57.使用过程：
58.1)将电加热膜5平铺在与地面成30
°
的斜面上；
59.2)连接调压模块4和电加热膜5的交流电接插件；
60.3)连接温差控制器3和调压模块4的模拟量控制接插件；
61.4)连接图像处理器2和温差控制器3的串口连接线缆；
62.5)连接红外热像仪1和图像处理器2的视频通讯线缆；
63.6)接通电源6；
64.7)设置图像处理器2中的目标温差值、靶面矩形区域和背景矩形区域；
65.8)点击启动控制，图像处理器2开始计算并向外发送温差控制指令；
66.9)通过红外热像仪1查看靶面温差控制效果；
67.10)查看户外不同天气条件下的温差控制效果，并用红外探测设备校准。
68.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述低成本非接触式恒温差控制系统包括：红外热成像仪(1)、图像处理器(2)、温差控制器(3)、调压模块(4)、电加热膜(5)；所述电加热膜(5)平铺在与地面成一定角度的斜面上，用作靶面；所述调压模块(4)和电加热膜(5)的交流电接插件连接；所述温差控制器(3)和调压模块(4)的模拟量控制接插件连接；所述图像处理器(2)和温差控制器(3)的串口连接线缆连接；所述红外热像仪(1)和图像处理器(2)的视频通讯线缆连接；2.如权利要求1所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述一定角度为30
°
角度。3.如权利要求1所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述红外热成像仪(1)用于通过热辐射的方式获取靶面和背景区域的温度矢量图，并将含有温度信息的图像视频传给图像处理器(2)。4.如权利要求2所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述图像处理器(2)用于在得到红外热成像仪(1)发送的图像视频后，提取靶面和背景矩形范围内的温度数据，矩形框内的温度取均值然后将靶面和背景温度作差处理，处理结果和设置温差进行比对，形成温差控制指令，通过串口发送给温差控制器。5.如权利要求3所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述温差控制器(3)用于在接收到温差控制指令后，将其转换为调压模块(4)可以识别的模拟量。6.如权利要求4所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述调压模块(4)用于接收来自温差控制器(3)的模拟量信号，通过0～5v或0～10v的模拟量进行控制，线性转换为0～220v 的交流电，进而控制电加热膜(5)的表面辐射温度。7.如权利要求5所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述电加热膜(5)是温度控制的执行机构，通过输入0～220v范围内的交流电，控制电加热膜(5)的表面温度。8.如权利要求6所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述低成本非接触式恒温差控制系统还包括电源(6)，所述电源(6)用于为上述红外热成像仪(1)、图像处理器(2)、温差控制器(3)、调压模块(4)、电加热膜(5)供电。9.如权利要求7所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述系统的工作过程为：接通电源(6)；设置图像处理器(2)中的目标温差值、靶面矩形区域和背景矩形区域；启动控制，图像处理器(2)开始计算并向外发送温差控制指令；通过红外热成像仪(1)查看靶面温差控制效果；查看户外不同天气条件下的温差控制效果，并用红外探测设备校准。10.如权利要求7所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，所述低成本非接触式恒温差控制系统通过低成本的红外热像仪(1)成像的方式测试靶面和背景区域的矩形面积内的平均温度差和设置温度差进行对比，形成偏差控制的温差控制指令，控制调压模块(4)加载在电加热膜(5)上的电压，达到控制电加热膜(5)和背景温度差的目的，该系统
通过热辐射的方式同时测试了背景和靶面的平均温度，当太阳照射或阵风出现时，可快速有效保持靶面与背景温度差保持恒定。11.如权利要求9所述的低成本非接触式恒温差控制系统，其特征在于，样机通电后测试，电加热膜(5)迅速升温，5分钟左右靶面温差稳定与背景温差稳定在较小的范围内；在距离热靶100米处放置了红外测试设备进行校准，靶面与背景温差和校准设备的输出基本一致；在出现多云、阵风、阳光暴晒的情况下，温差也能稳定在
±
1.5℃范围内。

技术总结
本发明属于红外探测器标定和检测领域，具体涉及一种低成本非接触式恒温差控制系统，包括：红外热成像仪、图像处理器、温差控制器、调压模块、电加热膜；该发明大幅度降低了系统成本，采用的低成本红外热成像仪，分辨率低价格可以控制在5千元左右，其关键点是将包含温度信息的图像进行二次处理，形成温差控制指令；本发明主要应用在红外热靶领域，采用热辐射的方式与实际使用对象的探测方式一致，通过计算矩形区域内上万个像素点的平均温度作为数据源，与之前传统的红外热靶控制系统通过点接触的传感器进行测温相比，计算方法更科学可靠。另外，该方案的电加热热膜升温速度快，加热均匀，温差控制结果不受阳光、阵风的影响，具有普适性。适性。适性。


技术研发人员：刘书杰 赵军民 付博
受保护的技术使用者：西安现代控制技术研究所
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2022/3/8