可见光热反射测温方法及测温设备与流程

1.本发明属于微电子测温技术领域，尤其涉及一种可见光热反射测温方法及测温设备。


背景技术：

2.可见光热反射测温仪器通过测量材料表面反射率的变化量计算得到材料表面温度的变化量。可见光热反射测温仪器的读数不仅随着温度改变，也会随着光源的波动、探测器随机噪声、外部光强改变等因素改变，而引入测量误差。
3.现有技术中，为提高可见光热反射测温仪器的测量精度，通常采用滤除热反射率校准系数值较小的区域的数据，以消除随机干扰。但由于反射率校准系数值较小的区域容易受随机干扰的影响，导致该区域的反射率校准系数值高于阈值标准，从而导致该区域数据没有被滤除掉，测量精度的改善效果不佳。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种可见光热反射测温方法及测温设备，以解决现有技术中的测温方法对测量精度的改善效果不佳的问题。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种可见光热反射测温方法，包括：
6.控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率；
7.控制待测件的温度升高并稳定在第二预设温度，并采集待测件的反射率，作为第二反射率；
8.控制待测件的温度降低并稳定在第一预设温度，将待测件通电，待待测件的温度稳定后，采集通电待测件的反射率，作为第三反射率；
9.根据第一反射率对第三反射率进行校正，得到校正后的第三反射率；
10.根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量。
11.本发明实施例的第二方面提供了一种可见光热反射测温装置，包括：
12.第一反射率获取模块，用于控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率；
13.第二反射率获取模块，用于控制待测件的温度升高并稳定在第二预设温度，并采集待测件的反射率，作为第二反射率；
14.第三反射率获取模块，用于控制待测件的温度降低并稳定在第一预设温度，将待测件通电，待待测件的温度稳定后，采集通电待测件的反射率，作为第三反射率；
15.反射率校正模块，用于根据第一反射率对第三反射率进行校正，得到校正后的第三反射率；
16.温度计算模块，用于根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量。
17.本发明实施例的第三方面提供了一种测温设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的可见光热反射测温方法的步骤。
18.本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的可见光热反射测温方法的步骤。
19.本发明实施例提供了一种可见光热反射测温方法及测温设备，上述方法包括：控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率；控制待测件的温度升高并稳定在第二预设温度，并采集待测件的反射率，作为第二反射率；控制待测件的温度降低并稳定在第一预设温度，将待测件通电，待待测件的温度稳定后，采集通电待测件的反射率，作为第三反射率；根据第一反射率对第三反射率进行校正，得到校正后的第三反射率；根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量。本发明实施例采用不通电时待测件的第一反射率作为基准对通电后待测件的第三反射率进行校正，可以有效消除随机干扰，提高了测量精度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是未采用任何手段消除随机干扰时待测件表面的温度分布图；
22.图2是采用现有技术提供的方法测得的待测件表面的温度分布图；
23.图3是本发明实施例提供的一种可见光热反射测温方法的实现流程示意图；
24.图4是采用本发明实施例提供的可见光热反射测温方法测得的待测件表面的温度分布图；
25.图5是不同材料的热反射率校准系数与波长的关系图；
26.图6是本发明实施例提供的可见光热反射测温装置的示意图；
27.图7是本发明实施例提供的测温设备的示意图。
具体实施方式
28.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
29.为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
30.当可见光照射在某种材料表面时，材料对可见光的反射率随材料温度变化而变化。材料对可见光的反射率变化量与材料表面的温度变化量呈线性关系，具体关系如下式所示：
[0031][0032]
其中，δr为反射率变化量，r
average
为反射率的均值，δt为被测材料温度变化量(单位为k)，c
tr
为热反射率校准系数(单位为k
‑1)。
[0033]
根据以上原理，可见光热反射测温技术通过测量反射率的变化量δr计算得到材料表面温度的变化量δt。热反射测温仪器一般采用led或可调谐光源作为光源照射在待测件表面，探测器读数不仅随着温度而改变，也会随着光源的波动、探测器随机噪声、外部光强等因素改变，从而引入测量误差。由于待测件表面一般会有多种材料，不同材料下反射光强不同，读数也会不同，且差异会很大，体现在图像上则明暗不同，参考图1。图1中较暗的区域对干扰更敏感，容易出现大的误差。
[0034]
相关技术一中，采用滤除热反射率校准系数值较小的区域的数据，以消除随机干扰。但由于反射率校准系数值较小的区域容易受随机干扰的影响，导致该区域的反射率校准系数值高于阈值标准，从而导致该区域数据没有被滤除掉，测量精度的改善效果不佳。例如参考图2。与图1对比可知，温度分布图得到了一定的改善，图像明暗对比更强烈，但边界不清晰，改善效果不佳。
[0035]
基于以上，参考图3，本发明实施例提供了一种可见光热反射测温方法，包括：
[0036]
s101：控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率；
[0037]
s102：控制待测件的温度升高并稳定在第二预设温度，并采集待测件的反射率，作为第二反射率；
[0038]
s103：控制待测件的温度降低并稳定在第一预设温度，将待测件通电，待待测件的温度稳定后，采集通电待测件的反射率，作为第三反射率；
[0039]
s104：根据第一反射率对第三反射率进行校正，得到校正后的第三反射率；
[0040]
s105：根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量。
[0041]
本发明实施例中先控制待测件的温度稳定在第一预设温度以获得第一反射率，再将温度升高至第二预设温度以获得第二反射率，再次将温度降低至第一预设温度以获得第三反射率。第一反射率为首先测得，受干扰较小，相对较准确。在测温过程中，由于光源漂移或探测器漂移某种干扰，可能会导致探测器读数整体增大，导致第三反射率不准确。本发明实施例中，将不通电时测得的待测件的第一反射率作为基准，对通电后待测件的第三反射率进行校正，可以有效消除随机干扰的影响，提高了测量精度。
[0042]
其中，将待测件通电，若预设时间内待测件的温度在一定的温度范围内微小波动，说明待测件的温度稳定。且由于通电发热，该温度大于第一预设温度。
[0043]
一些实施例中，s104可以包括：
[0044]
s1041：确定第一反射率是否小于预设阈值；
[0045]
s1042：若第一反射率小于预设阈值，则将第三反射率替换为第一反射率，得到校正后的第三反射率。
[0046]
对于不同材料形成的待测件表面，反射率越小，随机干扰的影响越大；反射率越
大，相对来说随机干扰的影响越小。针对于此，本发明实施例中将最先测得的第一反射率作为基准值，若第一反射率较小，则将第三反射率替换为第一反射率，忽略随机干扰的影响。
[0047]
一些实施例中，在s104之前，上述方法还可以包括：
[0048]
s106：控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的各个像素点的反射率；
[0049]
s107：将各个像素点的反射率中的最大值乘以比例系数得到预设阈值。
[0050]
本发明实施例中可采用ccd相机同时采集得到待测件表面很多个像素点的反射率，可根据最大值确定预设阈值。其中，比例系数的取值可根据实际应用需求确定。例如，比例系数的取值范围可以为10％～50％。
[0051]
需要说明的，对于各个像素点，可直接根据s101中采集得到的第一反射率确定预设阈值，无需重复执行步骤s106。
[0052]
一些实施例中，s105可以包括：
[0053]
s1051：根据第一反射率及第二反射率，确定热反射率校准系数；
[0054]
s1052：根据热反射率校准系数、第一反射率及校正后的第三反射率，得到待测件的温度变化量。
[0055]
一些实施例中，待测件的温度变化量δt
x
的计算公式可以为：
[0056][0057]
其中，c
x
为校正后的第三反射率，c
l
为第一反射率，c
tr
为热反射率校准系数。
[0058]
一些实施例中，热反射率校准系数c
tr
的计算公式可以为：
[0059][0060]
其中，t
h
为第二预设温度，t
l
为第一预设温度，c
h
为第二反射率，c
l
为第一反射率。
[0061]
一些实施例中，上述方法还包括：
[0062]
s108：针对待测件的每个像素点，执行s101至s105的步骤。
[0063]
热反射测温技术通常采用阵列式ccd探测器或cmos探测器进行测量，可直接采集得到待测件表面若干像素点的数据，因此，本发明实施例中针对待测件表面的每个像素点采用同样方法确定温度变化量。其中，保持探测器位置固定，对于s101，控制待测件的温度稳定在第一预设温度，一次采集得到多个像素点的第一反射率。同理，一次采集得到对应的多个像素点的第二反射率和第三反射率。针对每个像素点，分别采用同样方法对各个像素点的第三反射率进行校正，并分别根据该像素点的第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定该像素点的温度变化量。
[0064]
具体的，例如探测器采集得到第一反射率矩阵、第二反射率矩阵及第三反射率矩阵。确定第一反射率矩阵中各个小于预设阈值的元素并记录其位置，并将第三反射率矩阵中相应位置处的元素值替换为第一反射率矩阵中相应位置处的元素值，得到校正后的第三反射率矩阵。
[0065]
下面结合具体实施例对上述方法进行说明。
[0066]
1、将待测件安放在精密控温平台上，通过涂抹硅脂或者真空吸附的方式保持待测
件与控温台之间的良好热接触；
[0067]
2、用稳定的单色光源照射待测件表面，用探测器对待测件聚焦成像；
[0068]
3、利用精密控温平台使待测件的温度处于稳定的第一预设温度t
l
；
[0069]
4、获取探测器的数据c
l
；
[0070]
5、设定预设阈值c
t
，并记录c
l
中所有小于预设阈值c
t
的元素的下标(i,j)；
[0071]
6、升高精密控温平台的温度至t
h
，获取探测器的数据c
h
；
[0072]
7、降低精密控温平台的温度至t
l
，给待测件加电至稳定，获取探测器的读数c
x0
；
[0073]
8、将c
x0
中坐标为(i,j)的数据全部替换为c
l
中对应坐标点的数据，c
x0
另存为c
x
；
[0074]
9、将c
l
、c
h
和c
x
代入上述公式进行计算，下标为i,j的像素点温度变化量均为0，消除了读数较小区域的测温误差。
[0075]
图4示出了采用本发明实施例提供的方法得到的待测件表面的温度分布图。对比图4和图1可知，读数较高的区域对应更为明确，读数较低区域的数据被归零，不作为有效数据考虑，边界更清晰，对确定最高温度有着重要的作用。
[0076]
可见光热反射测温技术需要测量c
tr
，c
tr
的值一般在(10
‑5～10
‑2)/k之间，比较微弱，且与光源的波长有着非常紧密的联系。图5示出了不同材料在不同波长的可见光下的c
tr
，由图5可知，不同的金属材料在不同波长的可见光下c
tr
相对变化非常大。因此，通常情况下选择c
tr
绝对值较大的波长的光源照射待测件，以实现较高的信噪比和准确度。
[0077]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0078]
对应上述方法实施例，参考图6，本发明实施例还提供了一种可见光热反射测温装置，包括：第一反射率获取模块21、第二反射率获取模块22、第三反射率获取模块23、反射率校正模块24及温度计算模块25。
[0079]
第一反射率获取模块21，用于控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率。
[0080]
第二反射率获取模块22，用于控制待测件的温度升高并稳定在第二预设温度，并采集待测件的反射率，作为第二反射率。
[0081]
第三反射率获取模块23，用于控制待测件的温度降低并稳定在第一预设温度，将待测件通电，待待测件的温度稳定后，采集通电待测件的反射率，作为第三反射率。
[0082]
反射率校正模块24，用于根据第一反射率对第三反射率进行校正，得到校正后的第三反射率。
[0083]
温度计算模块25，用于根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量。
[0084]
一些实施例中，反射率校正模块24可以包括：
[0085]
判断单元241，用于确定第一反射率是否小于预设阈值；
[0086]
校正单元242，用于若第一反射率小于预设阈值，则将第三反射率替换为第一反射率，得到校正后的第三反射率。
[0087]
一些实施例中，上述装置还可以包括：
[0088]
参数采集模块26，用于控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的
各个像素点的反射率；
[0089]
阈值确定模块27，用于将各个像素点的反射率中的最大值乘以比例系数得到预设阈值。
[0090]
一些实施例中，温度计算模块25可以包括：
[0091]
校准系数确定单元251，用于根据第一反射率及第二反射率，确定热反射率校准系数；
[0092]
温度变化量确定单元252，用于根据热反射率校准系数、第一反射率及校正后的第三反射率，得到待测件的温度变化量。
[0093]
一些实施例中，待测件的温度变化量δt
x
的计算公式可以为：
[0094][0095]
其中，c
x
为校正后的第三反射率，c
l
为第一反射率，c
tr
为热反射率校准系数。
[0096]
一些实施例中，热反射率校准系数c
tr
的计算公式可以为：
[0097][0098]
其中，t
h
为第二预设温度，t
l
为第一预设温度，c
h
为第二反射率，c
l
为第一反射率。
[0099]
一些实施例中，上述装置还可以包括：
[0100]
全像素点确定模块28，用于针对待测件的每个像素点，执行控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率，至根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量的步骤。
[0101]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将测温设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0102]
图7是本发明一实施例提供的测温设备的示意框图。如图7所示，该实施例的测温设备4包括：一个或多个处理器40、存储器41以及存储在存储器41中并可在处理器40上运行的计算机程序42。处理器40执行计算机程序42时实现上述各个可见光热反射测温方法实施例中的步骤，例如图3所示的步骤s101至s105。或者，处理器40执行计算机程序42时实现上述可见光热反射测温装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示模块21至25的功能。
[0103]
示例性地，计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器41中，并由处理器40执行，以完成本技术。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序42在测温设备4中的执行过程。例如，计算机程序42可以被分割成第一反射率获取模块21、第二反射率获取模块22、第三反射率获取模块23、反射率校正模块24及温度计算模块25。
[0104]
第一反射率获取模块21，用于控制待测件的温度稳定在第一预设温度，并采集待测件的反射率，作为第一反射率；
[0105]
第二反射率获取模块22，用于控制待测件的温度升高并稳定在第二预设温度，并采集待测件的反射率，作为第二反射率；
[0106]
第三反射率获取模块23，用于控制待测件的温度降低并稳定在第一预设温度，将待测件通电，待待测件的温度稳定后，采集通电待测件的反射率，作为第三反射率；
[0107]
反射率校正模块24，用于根据第一反射率对第三反射率进行校正，得到校正后的第三反射率；
[0108]
温度计算模块25，用于根据第一反射率、第二反射率及校正后的第三反射率确定待测件的温度变化量。
[0109]
其它模块或者单元在此不再赘述。
[0110]
测温设备4包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是测温设备的一个示例，并不构成对测温设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如测温设备4还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。
[0111]
处理器40可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0112]
存储器41可以是测温设备的内部存储单元，例如测温设备的硬盘或内存。存储器41也可以是测温设备的外部存储设备，例如测温设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器41还可以既包括测温设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序42以及测温设备所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0113]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0114]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0115]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的测温设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的测温设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦
合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0116]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0117]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0118]
集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0119]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。