一种用于测温的恒温热像仪及测温方法与流程

1.本发明属于红外热成像处理技术领域，具体涉及一种用于测温的恒温热像仪及测温方法。


背景技术：

2.一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，红外辐射能量的大小按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系，通过物体自身发出的红外能量的测量，便能准确地测出它的表面温度，红外热像仪正是利用这一原理制成。红外热像仪通过对标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像，通过观察热像图，就可以直观地看出物体的温度分布，捕捉某一点的具体温度。因此，红外热像仪不仅仅是在军事、工业、安防等领域越来越普及，在检疫防疫以及医疗领域也有广泛应用。
3.体温是人体基本生命体征之一，是能够反映人体健康状况的重要指标。传统的测量 体温的方式为人工定时水银体温计测量，这种测量方式存在多种弊端，首先，水银体温 计多选用玻璃材质，很容易造成破损导致水银泄漏，进而导致汞中毒。其次，水银体温 计在进行体温测量时需要人工计时，浪费了大量时间和人力。再次，水银体温计是重复 利用的接触式测量方式，消毒不彻底容易引发交叉感染。红外测温仪很好的弥补了水银 体温计的这些缺点。
4.由于人体是一个自然的生物红外辐射源，会不断向周围发射和吸收红外辐射，正常人体的温度分布都具有一定的稳定性和特征性，根据机体各部位温度不同，形成不同的热场。当人体某处发生疾病或功能改变时，该处血流量会发生相应变化，导致人体局部温度改变，表现为温度偏高或偏低。红外热像仪根据这一原理，再通过热成像系统采集人体红外辐射，就可以判断出人体病灶的部位，疾病的性质和病变的程度，为临床诊断提供可靠的证据。
5.然而，虽然红外热像仪在技术上得到了迅速发展，适用范围不断扩大，但是在接受红外辐射的过程中，不可避免地要受环境温度、被测距离、背景辐射等因素的影响，导致测温精度不高。其中影响测温精度的一个主要因素就是环境适应性不强。红外探测器接收到的能量不仅包括环境温度，还有红外热像仪的内部部件本身辐射的能量，环境温度变化时，红外热像仪的部件温度随环境温度自由漂移，红外探测器接收到的能量幅度变化大，导致测温精度波动大，稳定性差。目前市面上现有的大部分红外热像仪仅仅是将环境温度作为参量估算背景辐射，并未充分考虑到红外热像仪的镜头等内部部件温度的影响，因此成像效果差，测温精度不高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于测温的恒温热像仪及测温方法，同时考虑环境温度以及热像仪内部部件的工作温度，克服现有技术测温精度不高，稳定性差等技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于测温的恒温热像仪，包括恒温仓体，所述恒温仓体包括：热像仪机芯，采用现有的热像仪机芯，包括镜头；控温模块，包括若干个电控加热和制冷器件、导热材料和测温器件，使恒温仓体内部温度维持一个恒定温度；保温层，主要由隔热材料组成，包裹热像仪机芯以及控温模块，实现恒温仓体内外的热隔离；恒温仓体外部还设有温控板和外部控制板，所述温控板分别与若干个电控加热和制冷器件、测温器件电连接，所述外部控制板分别与温控板、热像仪机芯电连接。
8.优选的，所述导热材料的形状与热像仪机芯相匹配，并包裹热像仪机芯在导热材料内，所述导热材料的四个侧壁上均设有凹槽，所述电控加热和制冷器件安装在凹槽内。
9.优选的，所述凹槽内设有导热硅胶，使电控加热和制冷器件和导热材料紧密连接。
10.优选的，所述保温层采用的隔热材料为保温泡棉，所述保温泡棉贴在导热材料的前后两侧，其中设在导热材料前侧的保温泡棉中心开有圆形或矩形的缺口，用于露出镜头。
11.优选的，所述保温泡棉还贴在导热材料的四个侧壁上，所述保温泡棉中心开有缺口，形状和大小与凹槽相同，包裹电控加热和制冷器件在缺口内。
12.优选的，所述导热材料的后壁以及保温泡棉上各设有槽孔，所述测温器件穿过槽孔，并与温控板电连接。
13.优选的，所述恒温仓体还包括仓体外壳，所述仓体外壳的形状与导热材料相匹配，包裹导热材料设置在仓体外壳内。
14.优选的，所述仓体外壳上还设有若干个风扇，用于加快热交换速度。
15.本发明还公开了一种用于测温的恒温热像仪的测温方法，包括以下步骤：步骤一、恒温热像仪工作时，通过外部控制板预设恒温仓体内部的温度为t0；步骤二、恒温热像仪工作时，温控板通过测温器件读取恒温仓体内部的实际温度t，当实际温度t小于预设温度t0时，温控板控制加热和制冷器件工作在加热状态，热量从加热和制冷器件外侧流入内侧，使恒温仓体内部的实际温度t升高；当实际温度t大于预设温度t0时，温控板控制加热和制冷器件工作在制冷状态，热量从加热和制冷器件内侧流向外侧，使恒温仓体内部的实际温度t降低；步骤三、当恒温仓体内部的温度达到预设值后，通过保温层的隔热效果，恒温仓体内的温度维持恒定温度；步骤四、当恒温热像仪的恒温仓体内温度恒定后，对测温热像仪进行标定，并存储恒温热像仪参数至外部控制板中；步骤五、当恒温热像仪的恒温仓体内温度恒定后，已经标定的测温热像仪，对目标温度进行测量。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过在现有的热像仪机芯上设计一个恒温仓体，利用保温层将仓体内外进行热隔离，降低外部环境对仓体内部的影响，提高环境适应度，使外部环境变化的情况下也能保持较高的测温精度。
17.2、通过电控加热和制冷器件控制对恒温仓体中的红外热像仪机芯周围温度的升
高或下降，使红外热像仪机芯周围环境温度有效控制在工作范围内，保证恒温热像仪测温范围内正常工作。
18.3、当热像仪机芯内部温度达到目标温度后，由于保温层的存在，恒温仓体内部能源耗费小，热像仪机芯温度可长时间保持恒温状态。
附图说明
19.图1是本发明恒温热像仪的恒温仓体结构示意图；图2是本发明恒温热像仪的爆炸示意图。
20.图中：1、热像仪机芯；2、镜头；3、导热材料；4、测温器件；5、电控加热和制冷器件；6、导热硅胶；7、保温泡棉；8、仓体外壳；9、风扇；10、温控板；11、外部控制板。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例的技术方案进行详细阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.在本技术的描述中，术语“内”、“外”、“前”、“后”、“中心”、“侧壁”、“后壁”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是便于描述本技术的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位进行构造和操作，因此不能理解为本技术的限制。
23.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是一体式；可以是直接相连，也可以是中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.根据本发明的总体构思，结合图1和图2，提供一种用于测温的恒温热像仪，包括恒温仓体，恒温仓体包括热像仪机芯1、控温模块和保温层，其中，热像仪机芯1采用现有的热像仪机芯1，并且前壁上嵌有镜头2，控温模块包括若干个电控加热和制冷器件5、导热材料3和测温器件4，使恒温仓体内部温度维持一个恒定温度，保温层主要由隔热材料组成，包裹热像仪机芯1以及控温模块，实现恒温仓体内部的热隔离。恒温仓体的外部还设有温控板10和外部控制板11，温控板10分别与若干个电控加热和制冷器件5、测温器件4电连接，外部控制板11分别与温控板10、热像仪机芯1电连接。温控板10控制电控加热和制冷器件5工作在加热状态或制冷状态，并且控制测温器件4进行测温，外部控制板11控制温控板10以及热像仪机芯1工作。电控加热和制冷器件5可采用半导体制冷片，可以是单级半导体制冷片，也可以是多级半导体制冷片，实现对恒温仓体中的红外热像仪机芯1周围温度的升高或下降，测温器件4可采用ntc测温电阻。
25.控温模块中的导热材料3的形状与热像仪机芯1相匹配，并将热像仪机芯1包裹在导热材料3内，导热材料3的四个侧壁上均设有凹槽，用于放置电控加热和制冷器件5，该凹槽中还设有导热硅胶6，电控加热和制冷器件5压住导热硅胶6并安装在凹槽中，导热材料3、导热硅胶6和电控加热和制冷器件5紧密连接。导热硅胶6将电控加热和制冷器件5产生的热量快速传递到导热材料3上，提高电控加热和制冷器件5和导热材料3之间的热传导速度。
26.保温层采用的隔热材料为保温泡棉7，贴在导热材料3的前后两侧，设在导热材料3
前侧的保温泡棉7中心开有圆形或矩形缺口，用于露出镜头2，保温泡棉7还贴在导热材料3的四个侧壁上，贴在侧壁上的保温泡棉7中心均开有缺口，形状和大小与凹槽相同，包裹电控加热和制冷器件5在缺口内。保温层的目的是将恒温仓体内外进行热隔离，把外部环境对恒温仓体内部的影响降到最低，同时能够确保当恒温仓体内部温度达到目标温度以后，减小能源消耗，使热像仪机芯温度长时间保持恒温状态。
27.导热材料3以及安装在导热材料3后侧的保温泡棉7上各设有槽孔，测温器件4穿过穿孔，一端与恒温仓体外部的温控板10电连接，另一端放在导热材料3内部进行测温。恒温仓体还包括仓体外壳8，仓体外壳8的形状与导热材料3和热像仪机芯1相匹配，将其包裹在仓体外壳8内，仓体外壳8上还设有若干个风扇9，仓体外壳8采用散热材料，加上风扇9的助力，实现恒温仓体内外的空气流通，加快热交换速度。
28.根据上述还提出了一种用于测温的恒温热像仪的测温方法，步骤如下：步骤一、恒温热像仪工作时，通过外部控制板11预设恒温仓体内部的温度为t0；步骤二、恒温热像仪工作时，温控板10通过测温器件4读取恒温仓体内部的实际温度t，当实际温度t小于预设温度t0时，温控板10控制电控加热和制冷器件5工作在加热状态，热量从电控加热和制冷器件5外侧流入内侧，使恒温仓体内部的实际温度t升高；当实际温度t大于预设温度t0时，温控板10控制电控加热和制冷器件5工作在制冷状态，热量从电控加热和制冷器件5内侧流向外侧，使恒温仓体内部的实际温度t降低；步骤三、当恒温仓体内部的温度达到预设值后，通过保温层的隔热效果，恒温仓体内的温度维持恒定温度；步骤四、当恒温热像仪的恒温仓体内温度恒定后，对测温热像仪进行标定，并存储恒温热像仪参数至外部控制板11中；步骤五、当恒温热像仪的恒温仓体内温度恒定后，已经标定的测温热像仪，对目标温度进行测量。
29.下面结合具体实施例验证本发明的测温效果。本次实验为本发明所设计的恒温热像仪和未使用恒温仓体的红外热像仪在不同环境温度下测量黑体温度的对比。下列实施例中为了使实验结果尽可能准确，黑体与热像仪的距离均设为1.33米。
30.实施例一、当黑体温度为33.0度时，环境温度（℃）未恒温结果（℃）未恒温测量误差恒温结果（℃）恒温测量误差1733.33040.330433.13140.13141833.30270.302733.08730.08731933.50510.505133.03290.03292033.23840.238433.10790.10792133.37730.377333.05660.05662233.19030.190333.04770.0477由上述表格计算出，未恒温测量误差平均值为0.3240，恒温测量误差平均值为0.0693。
31.实施例二、当黑体温度为36.0度时，环境温度（℃）未恒温结果（℃）未恒温测量误差恒温结果（℃）恒温测量误差1735.02030.979735.91390.0861
1835.03220.967835.89370.10631935.04250.957535.92870.07122034.99601.004035.89660.10342135.03140.968635.97560.02442235.03490.965135.96020.0398由上述表格计算出，未恒温测量误差平均值为0.9737，恒温测量误差平均值为0.0719。
32.实施例三、当黑体温度为39.0度时，环境温度（℃）未恒温结果（℃）未恒温测量误差恒温结果（℃）恒温测量误差1738.19140.828638.91580.08421838.17730.822738.92010.07991938.12520.874838.85170.14832038.18350.816538.89800.10202138.22730.772838.99400.00602238.1060.883438.79290.2071由上述表格计算出，未恒温测量误差平均值为0.8341，恒温测量误差平均值为0.1046。
33.实施例四、当黑体温度为42.0度时，环境温度（℃）未恒温结果（℃）未恒温测量误差恒温结果（℃）恒温测量误差1743.05991.059942.07360.07361843.07461.074642.09640.09641943.04591.045942.02670.02672043.08341.083442.11400.11402143.05781.057842.08870.08872243.15421.154242.16430.1643由上述表格计算出，未恒温测量误差平均值为0.9747，恒温测量误差平均值为0.0939。
34.综上所述，本发明所设计的恒温热像仪与未使用恒温仓体的红外热像仪相比，测量误差明显降低，在环境温度变化的情况下测温误差可以保持在0.2度以内。因此，本发明中的恒温仓体保证热像仪机芯及其他部件对外部环境适应度，降低外部环境对热像仪的影响，使在环境温度变化的情况下依然能够维持较高的测温精度，在有效的工作范围内正常工作。
35.虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其他多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。