专利名称：非接触式测温方法、点温仪及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于温度测量技术领域，尤其涉及一种非接触式测温方法、一种采用上述 方法的点温仪及其应用，用以替换市场上已有的非接触式测温仪和非接触式温度传感器系 统，提高测量精度。
背景技术：
在接触式测温方法中，国际上已经公认钼电阻(-200°C +900°C )和钼-铑热电 偶(300°C 1450°C )其测量的温度是准确的，并可作为接触式计量温度的标准具，因为它 具有测量一个点的温度，并且与接触该点的表面材料无关的特性，在温度缓慢变化或者静 态的条件下具有很高的精度。但是由于钼电阻和热电偶在高温状态下不能胜任、动态目标 不能应用、与现代计算机高速响应不能配套等原因，未来的发展还是非接触式测温方法趋 于主导地位。由于被测目标表面受对流、传导、热辐射的影响，其表面温度不可能均勻，即使 是一个保温箱，把对流、传导、热辐射全部隔绝，箱内放置的物体表面温度仍然是不均勻分 布，只是隔绝状态下是稳定的温度梯度与不隔绝状态下是随机变化的温度梯度的差别。所 以测定一个点的温度才能表示温度是一个精确的概念，测定一个面的温度是一个模糊的、 大约的概念。并且温度是度量物体冷热的物理量，其度量时对任何材料应该一视同仁。可 是现在市场上已经在广泛应用的非接触式测温仪，如许多国家在生产的非接触式红外测温 仪，光学高温计，精密辐射高温计等，都不能测量点温，都与被测表面的材料有关，与非接触 测量的距离变化有关。这些测温仪的理论依据是黑体辐射定律，德国物理学家普朗克在 1900年做这个实验的出发点是想修正维恩提出的最大辐射功率的波长随着温度升高向短 波方向移动的位移定律。但这个实验的最大贡献却是为量子光学的建立提供了依据，因为 他用数学推导方法得到了电磁波的量子化假说，普朗克与1905年提出光子理论第一人的 爱因斯坦的光子假说都成为量子力学的基石。他们的实验与理论确认了光的波粒二象性， 结束了三百多年的争论。普朗克发现黑体辐射定律的时候还没有半导体光电二极管、红外 探测器，更没有光纤。他用一个空心球体作为黑体，将热电偶的端点置于球心，加热球体外 表面，由于内表面的积分效应，使辐射热聚集到球心处的热电偶端点，得到了任意温度下， 黑体辐射功率与辐射波频率或者波长之间的关系，称为普朗克黑体辐射定律。我们通过多 年的实践与研究表明该定律存在两个问题其一，热电偶端点是两根不同材料的金属丝结 点受热，产生电动势，我们称为热电效应，不是光电效应，但根据黑体辐射定律，黑体辐射波 是一种光波，加热了热电偶，实际上光波转换成电流，必须具有光电效应的转换元件才能发 挥最大的效率；问题之二 众所周知，热电偶只有接触被测物才有正确的温度值，像普朗克 的实验装置那样，既不是接触式，又不是埋入式，将热电偶置于热场空间的球心能量不可能 准确代表内球面的能量。实践证明普朗克定律应用于测温技术中，只是一个近似温度或者 相对温度，不是真实温度。即使后人采用了先进的传感器光纤、先进的光电转换元件，只要 以黑体辐射为标准，非黑体采用调整辐射系数补偿温度的方法，同样得到的是一个稳定的、 不正确的温度，因为其信号接收与处理方法，无法满足真实温度的要求，尤其辐射系数与同类材料组分差别、材料表面粗糙度差别、颜色差别有关，采用双波长比较法，可以补偿距离 变化给温度带来的误差，但距离又与辐射系数、提供信息的目标面积等因素搅拌在一起，没 有一种固定的关系式。因此市场上已经存在的以普朗克黑体辐射定律为基础的非接触式测 温仪，实际上均不能真正正确地测量温度。

发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种非接触式测温方法以及采用 上述方法的点温仪，以及该点温仪作为标准具的应用，达到了光学点温的测量，并且具有与 材料无关、与辐射波无关、与发热体面积无关、与非接触有限距离变化无关的特性。我们确认，以波动光学成像理论为基础，结合20世纪50年代末已经诞生的传感器 光纤以及在量子光学引导下在20世纪60年代问世的半导体激光器、光电二极管等器件，完 全可以把非接触式测温仪彻底改正。波动光学成像理论告诉我们，一个单球面透镜像差大， 好比单透镜的玩具照相机，在准确调焦下，虽然像面边缘不清楚，但像面中心始终是清楚地 呈现在我们面前，证明目标表面与透镜同心的那一部分波能不失真地到达了像面，用光栏 可以进一步缩小中心像面，然后再用光纤端面与像面中心耦合，实现点目标测量目的。从波动光学经典理论可知，光波的频率(Y)，是真空中的光速(C)除以该光波的 波长(λ )，即；Y = C/ λ，C = 30万公里/秒。贝丨」γ = C · Ln' λ，因为1/ λ是In λ的 微分。现定义波数(m)是波长的倒数，即m = l/λ = Ln' λ(1)式(1)表示波动光学指出的任何物质都在连续不断地波动，温度引起波动频率 的改变，温度与单位时间内波动的次数，简称为“波数”成正比，即温度越来越高，波数越来 越大，得到m = Ln' T/b(2)式(2)中b为两个波数之间的间隔，T为开尔文温度。说明波长与温度的关系呈 现单调下降性，则波数与温度的关系呈现单调上升性。我们只要测定波数，即得到了对应的 温度。但波数与光波的频率一样，向前传递的速度太快了，目前还没有器件能直接分辨两个 波数之间的间隔，也就是没有能力直接计量波数的个数。另一方面，波数前进的路程，称为 “光程”，是一条直线，但这一条直线不是勻速运动形成，而是按自然对数的规律形成。所以 采取其中一种方法，即把温度的变化引起单位时间内波数数量的改变转换为波数功率的改 变，然后再把波数功率微分，用微分后微单元的个数表示相应的波数，这就是采用光电探测 器实现光电转换，把波数的光功率转换成电功率，再用模数转换器A/D，把电功率微分，我们 称为码数，然后由微型计算机统计码数的多少表示相应的温度。由此得到下列公式；N = {LnT/(Nh-No) }· (Nh/B)-No(3)式中；N为对应温度T的十进制码数；LnT为温度的自然对数值，其中T为开尔文温 度，T = 273+°C，Nh为设定的测温范围内上限温度的码数，或者是光电转换器件饱和点的码 数；No为设定的测温范围内下限温度的码数，或者是光电转换器件截止点的码数；B为两个 码之间的间距，可由下式得到B = LnT/N(4)如果用式(3)求B时，规定No = 0，即与式(4) 一致。若码数相对增大，则B值缩小，测温的精度相对提高。公式C3)具有普遍的适应性，可以方便检查产品是否达到设计指 标，并且方便地编写软件，当被生产的测温仪标定和刻度时，如果继续使用黑体标定炉，那 么只需标定两点，如果用点光源标定设备，可以在1分钟内实现精确的温度刻度。实际在现 场使用时，本发明的三个特征立即体现，达到了光学点温的测量，并且与材料无关，与辐射 波无关，与发热体面积无关、与非接触有限距离变化无关的特性。本发明的一种非接触式测温方法，把温度变化引起物面上的波能在单位时间内波 数数量的改变转换为波数光功率的改变，然后通过光电转换把波数的光功率转换成电功 率，再通过模数转换把电功率微分获得码数，然后统计码数的多少即可表示相应的物面温 度(参见公式4)。进一步说，将物面上一点的发散球面波通过透镜会聚在光学检波器上， 光学检波器检出最高温度波能，并分别通过光纤进入光电探测器进行光电转换，然后由放 大器进行信号放大再进行模数转换。其特征之一是非接触测点温、特征之二是与被测目标 的材料辐射系数无关、特征之三是与目标和测温仪之间的非接触距离无关。本发明的立足 点是对照热电偶接触式测温时满足两个条件(a)对被测目标实现点温测量；(b)与被测目 标材料的辐射系数无关。本发明的非接触式光学点温仪，不仅满足这两个条件，而且还必须 加第三个条件，即(c)与非接触距离变化无关。从公式(1)44)表明，随着新颖元器件的出 现，数字化技术的发展，任何物理量都可以微分为01、01……的微单元组成，统计这一些微 单元的个数所达到的精确度，远远超过前人已有的方法。由于被测一点波源具有的总能量 是每一个波数携带的能量之和，波数传播的路程(我们称为光程)是一条直线，这一条直线 的能量与温度成正比，而且按自然对数的规律分布。而这一条直线的起点是从波源开始，所 以只要统计波数的多少，即表示波源温度的高低。为了达到上述要求，本发明说明其中一种常用的方法采用视角小于20度的球面 透镜与自聚焦透镜(一种焦点在端面上的平面微透镜)构成点像望远镜，当物面上的波能 不失真地成像在自聚焦透镜后端面上，与光学检波器耦合，使物面上的波能只有与光轴同 轴的、直径只有通光口径那么大的圆柱光束能够透过检波器，又与光纤耦合，达到了点温测 量。因为检波器具有二维衍射光栅结构，通光口径有直径2毫米、6毫米、20毫米、30毫米等 根据需要设计。传感器光纤后端面输出波形与温度源表面波能波形相似，即达到了与材料 辐射系数无关的目的。从光纤输出波数的光学模拟量经微分后成为光学数字量，这一过程 正好吻合温度越高峰值波长越短，波数越大的规律。由于波数可以通过晶体振荡器倍频后 变成码数，由微处理器统计码数的多少，即为相应的温度。同时可选择晶体振荡器决定点温 仪的等级，如0. 1°C变化需要10个码数或100个码数，或更多，码数越多精度越高。为了使 像面始终保持清晰，可以手动调焦、也可自动调焦、也可以不调焦就始终保持像面清晰。为 了补偿非接触距离增加引起像面分辨率下降的问题，可以再用一根大芯径光纤耦合从光学 检波器中出射的次高波能，并且与最高波能进行比较，消除距离增加点像分辨率下降的影 响。本发明的一种原始创新的非接触式光学点温仪，包括透镜、光学检波器、光电探测 器、放大器、模数转换单元和微处理单元，物面上一点的发散球面波通过透镜会聚在光学检 波器上，光学检波器的输出端通过光纤连接光电探测器，光电探测器的输出端连接放大器， 放大器的输出端连接用于模数转换和微分处理的模数转换单元，模数转换单元的输出端连 接用于计数并输出温度信号的微处理器。进一步说，所述模数转换单元可以是包括光开关，光开关输出端通过光纤与光电二极管连接，光电二极管的输出端连接微处理单元；所述微 处理单元可以为微处理器。将物面上一点的发散球面波通过球面透镜会聚在光学检波器 上，光学检波器检出最高温度波能和次高温度波能，并分别通过两根光纤进入光电探测器 进行光电转换，然后由对数放大器进行放大并输出推动光开关，使开关的次数正比于模拟 量微分，即达到了从光学检波器输出的光学模拟量变换成从光开关发射的光学数字量，这 里的数字量即是所述码数，再将该光学数字量通过光电二极管成为电子数字量，其间由光 纤隔离并滤波，将该电子数字量经放大器整形后，送入微处理器进行计数，得到稳定的温度 信号。本发明的一种原始创新的非接触式光学点温仪，特征之一是与被测表面材料无 关；特征之二是非接触式测点温；特征之三是与非接触距离变化无关。(1)在目视系统看 到清晰像面后，表示由球面透镜和自聚焦透镜组成点像望远镜输出的波形与波源的波形相 似，保证特征之一；( 在自聚焦透镜后，连接光学检波器中心输出光波代表被测温度的最 大波能，然后用光纤与最大波能耦合，由于光纤端面直径小于300微米，保证了特征之二， 达到点温测量。(3)同样再用一根光纤与光学检波器的次大波能耦合，让次大波能与最大波 能相除的商表示被测温度，消除了距离对波能衰减引起像面分辨率下降保证特征之三。为保证点像望远镜的像面清晰，可以采用手动调焦、自动调焦和不调焦三种方法。 其中自动调焦光路中的光学自适应调焦器由几百根50微米以下的光纤束整齐排列并且融 接在一起，厚度为2-4毫米、直径为5-8毫米光学玻璃做成，并且与自聚焦透镜前端面紧靠 并同轴，自聚焦透镜后端面出射平行光与光学检波器连接耦合。所述光学检波器是一个透射位相光栅，也可用衍射光栅，每毫米150-300条线，根 据测温范围选择普通光学玻璃、硒化镉红外玻璃、非晶硅等材料作成，其零级极大为干涉条 纹、一级极大为衍射条纹，采用两根相同芯径，长度为150毫米左右的光纤分别耦合0级和 1级出射光，然后以1级/0级的比值对数表示相应的温度，提高了温度的真实性和准确性。所述的两根光纤出射端连接两个性能相同的光电探测器进行光电转换，又同时进 入复合对数放大器(Tl出品logl04)得到1级比0级的对数值后又用二级前置放大器倒相、 节流、调零后连接一个光开关，相当于自适应码数转换器，达到了相应温度的光学模拟量转 换为光学数字量。也可直接用电子模数转换器。所述光学数字量可用光纤长距离传输，也可短距离隔离数字量与模拟量之间相互 干涉，从光纤出射端再连接光电转换器，将码数进入单片机计数并且显示对应的温度。达到 高精度测温并且精度可调的目的，本发明的信息处理采用光电-电光-光电混合的方法外， 还设置了自适应码数转换器(光开关)，将模拟量微分与码数对应，并输出一条值线，以对 数坐标分割这一条直线，正好吻合温度越高，码数越多，相同温度间隔的码数随着温度升高 而逐渐减少的规律。使之在o.orc，o. rc或者rc的分辨率，有足够多的码数，从而达到高 精度并且精度可调。从上述的高精度测量外，为了达到批量生产点温仪的一致性，设置特性校正方法 是在对数坐标下由码数形成的输出直线，以坐标原点为温度起点，旋转该直线的方法，由其 旋转的正负角度变化，使每一台标准具达到特性一致的目的。本发明的光学系统基本形式是一块透镜和透镜后焦点内的检波器，耦合一根传感 器光纤，光纤后端面输出波形与波源波形相似或者不相似，区别接收波源的波能还是辐射波的波能，在光纤与透镜之间可分别加入光学自适应调焦器、二维衍射屏、自聚焦透镜，或 者全部加入，则构成了 5种光学系统，成为不同的规格。从光学检波器的次级极大再耦合一根光纤成为两根光纤分别输出不同波长信号 比较可以消除距离变化引起的误差，也可以耦合多根光纤实现多参数比较，成为温度引起 被测物质变的多参数检测仪。所说的改变光学检波器为普通透射光栅，光栅出射端紧贴阵列光电探测器，或者 红外(XD，可以成为一种红外波像仪。本发明的非接触点温仪有资格上升为非接触式温度标准具，可以抛弃黑体炉的传 统标定方法，用钨带灯、舞台灯泡、卤素灯、白炽灯作光源成为标定设备，大幅度缩短生产周 期。本发明已经做到了与距离无关，与辐射系统无关。如果采用折线法、拟合法，在拟 合方程中引入修正系统，本质上是引入辐射系数，将接收系统已经做到与距离无关的特性 又变成与距离有关了，所以电路会破坏光路的光学特性。本发明可以成为温度标准具，与标定炉配套，只需温度可调的恒温源，不需要黑体 炉，只需要耐高温氧化的靶面或其它热源，可以简化标定程序，缩短生产周期，节能增效显
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图1为本发明的一种非接触式光学点温仪组件示意图。一个点像望远镜，从物镜1处获取目标表面光谱信息后，被分波器2分成两路，一 路由30%的可见光透过分波器会聚在分划板3上，从目镜4处用于瞄准目标；另一路经分 波器将物面上各个点的波能会聚在物镜的焦面上，然后由件6、7、8保证了点温测量并与辐 射系数无关的特性。件10、11、12、13保证了光学模拟量转换为光学数字量。件14、15、16、 22、M组件保证排除模拟量与数字量之间的干扰，将光学数字量转换成电子数字量。通过微 处理器17计数，将数字信号直接与计算机18连接，显示相应温度。可以将所有部件安装在 任何形状的外壳内，为了调试使用时能方便对准目标，壳体上设有液晶显示块和4个按钮， 使液晶片中显示与计算机同步。并且可由件19进行功能扩展，控制信号可从件19中引出 模拟量控制，也可从计算机弓I出数字量控制。其中部件如下
1.物镜(球面透镜)13.光开关
2.分波器14.红外发光管
3.分划板15.光电二极管
4.目镜16.整形放大器
5.反射镜17.单片机
6.自聚焦透镜18.计算机
7.光学检波器19.功能扩展芯片
8.大芯径光纤20.液晶屏
9.连动调节机构21.4个按钮开关
10.光电探测器22.光纤
11对数放大器23.电源12.四运算放大器24.光敏管比较电路图2为本发明的调焦原理说明示意图。进一步说明在准确调焦保证像面清晰不失真的条件下，物面上某一光学点的波能 已经相似地到达像面。回避了传统的非接触式测温只能测定辐射波，与物体表面材料有关 的误区。因此传统的非接触式测温仪与被测表面的面积有关、与材料辐射率有关、与非接触 距离有关；本发明的测温仪对应了三个“无关”。图2(a)是手动调焦的原理图。图2(b)是 自动调焦的原理图，图中的件25为光学自适应调焦器，由50微米以下的几百根玻璃丝融合 在一起的光学面板，一般在2-4毫米厚度内。图2(c)为不用调焦的原理图，件沈是二维衍 射屏。图2(d)是依靠光纤端面与光学检波器的耦合距离调节，只能利用前沿上升段，不可 利用后沿下降段。图3为本发明作为标准具的应用示意图。说明本发明可成为非接触式标准具，应用于传统标定设备，但这些传统的标定设 备一般耗能、费时、费工，并且价格昂贵，运营费用大，因此用白炽灯光光源代替标定炉这一 设想前人早已提出，但一直没有很好实现。本发明可应用于中温和高温标定炉。其中部件 如下31.本发明的光学点温标准具 35.白炽光源32，37相同的两根平行光管38.待标定的点温仪33，36相同的两块均波片39.计算机34.仪表风扇40.可调稳压、稳流器
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做一个详细的说明。图1为本发明的一种非接触点温仪，由球面透镜1、分划板3和目镜4构成瞄准系 统。微调目镜，使物面清晰地成像在分划板上，物面一点的发散球面波经透镜会聚后，30% 的可见光透过分波器2会聚在分划板3上，代表温度的波能从分波器2反射后，又经反射 镜5转向会聚在自聚焦透镜6的前端面上，由分划板2和自聚焦透镜6构成一个联动装置。 从目镜4处看到清晰像面，同时，自聚焦透镜的后端面也必定是清晰的像面，该像面连接光 学检波器7出射温度的波能和次高温度的波能，分别与两根光纤8耦合，将真实的温度信号 分别进入光电探测器10进行光电转换后，由复合对数放大器11(TI出品logl04)放大，连 接运算放大器12，其作用是倒相、调零、节流并推动光开关13，使开关的次数正比于模拟量 微分，即达到了从光学检波器输出的光学模拟量变换成从光开关的红外发光管14发射的 光学数字量，这里的数字量实际上是码数，所以光开关在这里是一个自适应码数转换器，码 数与波长成反比，与波数成正比，再将光学数字量通过光电二极管15成为电子数字量，其 间由光纤22隔离并滤波，将电子数字量经放大器16整形后，送入单片机17 (微处理器)进 行计数，得到稳定的温度信号进入计算机18界面软件记录并显示，并由计算机输出相应的 数字控制信号。可以控制相应的执行机构，使温度源在需要的时间内稳定输出。也可利用 扩展功能19，比如将数字量转换成模拟量(D/A)，输出0 20mA，4 20mA，RS485接口等， 具有设定温度/显示温度和控制温度等功能。常用的PID调节系统，也可从19处连接，即温度源功率P、电流I和温度D三者互相制约达到控温目的，因二次仪表(计算机，机柜等) 可能远离点温仪，所以在外壳有液晶显示块20，为安装、调试方便而设置，但液晶块只要取 整数位即可，通过操作按钮21达到状态校正的目的。同时也可能多台点温仪共用一个终端 时，对每一台点温仪进行编号。件23为电源，士 或24Vdc，电源一般从机箱、机柜引入。 在使用时，由于光电探测器的缺陷，当被测温度在400°C以下时易受阳光或白炽光中的红外 波干扰，这时可在物镜1前或后设置一个光敏二极管M和四运放芯片12连接，当点温仪工 作在起始温度时，白光干扰在件12的输出与光敏管M在件12的输出相等时，温度显示为 零，即达到了排除干扰的目的。图2进一步说明如何回避传统的非接触式测温与材料辐射率有关的误区，由于物 面温度的变化导致波能的变化，采用光纤高速传输波能的特性和波能本身在空气中以每秒 30万公里高速传播，波能高速通过点像望远镜到达像面。检波器检出了像面中心点，由于光 纤端面直径小于300微米，实现非接触式点温测量。并且把球面透镜1与自聚焦透镜6组 合，远距离或近距离都适用。光学检波器分解成最高温度波能和次高温度波能，分别由两根 光纤8耦合，其耦合效率如图2(d)所示光纤端面与光学检波器端面直接接触(H = 0)，被 测点的直径最小，输出功率P也最小。当H增大时，点的直径变大，输出功率P增大，H增大至 0. 5 Imm时，输出功率逐渐下降，可用光功率计调整其合适间距H。本发明球面透镜直径为 25. 4mm，等于1英寸，焦距为60mm，自聚焦透镜采用1/4周期锂玻璃系列，直径为Φ 2mm，长 度为14mm，实际这些参数可以方便地改变，包括光纤直径300 μ m。光学检波器实际上是透 射式二维光栅，利用0级极大条纹进一步证明像面上的波长就是物面上的波长。零级干涉 需要二个以上的光波具备三个条件才能产生(a)同一频率光波；(b)相同的振动方向；(c) 每列光波有一定的相位差。从条件(a)中就可知道，物面上同一频率的光波就是同一波长、 同一温度的光波。条件(b)和(c)又说明检波器中输出的光点光强，就是物面上的光点、光 强，所以与材料的辐射率无关。实质上关键在于准确调整焦距。图2(a)为手动调焦，类似 照相机那样移动物镜，在目镜处看到像面清晰即可。图2(b)为自动调焦，将光学自适应调 焦器25置于物镜1焦面上，并且紧贴自聚集透镜6端面，由于自适应调焦器是由几百根直 径小于50微米的薄包层光纤或者光学玻璃丝整齐排列、互相融接在一起，然后切成直径10 毫米以下、厚度为2-4(毫米)、两面抛光的薄片，即可达到自动调焦的目的。图3(c)为不调 焦的光学系统，实质上是在物镜1的前焦点上加二维衍射屏26，与后焦点内的检波器7配 合，即可达到不调焦的目的。上述方法说明调焦准确，光学检波器出射的波形与波源的波形 相似，采用光纤与检波器出射波能耦合，使最高温度波能和次高温度波能比较的方法，消除 非接触距离增加对像面分辨率的影响。应该说明这个‘距离’还是指有限距离。随着球面 透镜的口径增大，焦距增长，非接触距离可达到光年量级(1光年等于10万亿公里)。本发明是一种非接触式点温仪，采用一种创新的信号处理方法，从图1中可知，光 学模拟量经光电探测器10后成为与件10的输出特性相吻合的电子模拟量，又经对数放大 器11后，又经过二级放大器12倒相、调整零点和节流，经光开关13将波数的模拟量微分， 由件14产生光学数字量，通过光纤可以长距离传输，这里也可以采用电子模数转换器，然 后直接连接单片机17计数，码数输出是一条直线，不需要线性校正。本发明是用对数分割 的方法保证这一条码数组成的直线不变，正好符合波数按对数规律分布的原则。其优点在 于(1)可以选择IOOMHz以上的高频率晶体作振荡器，按照温度越高，码数越大，但相同温度间隔之间码数随着温度升高码数越来越少，选择器件时可以通过计算上限温度每度变化 1°C、0. 1°C、0.01°C是多少个码，既保证了精度，又保证了稳定性。( 当各种元器件的性能 指标有差异，引起各台仪器输出特性不一致时，可以非常方便地校正，只要把码数形成的直 线置于对数温度与码数为X-Y的直角坐标下，以0点为原点，旋转码数形成的直线(改变斜 率)即可校正最终结果，使每台仪器输出特性一致。本发明已经做到了与距离无关，与辐射系统无关。如果采用折线法、拟合法，在拟 合方程中引入修正系统，本质上是引入辐射系数，将接收系统已经做到与距离无关的特性 又变成与距离有关了，所以电路会破坏光路的光学特性。本发明可以成为温度标准具，与标定炉配套，只需温度可调的恒温源，不需要黑体 炉，只需要耐高温氧化的靶面或其它热源，可以简化标定程序，缩短生产周期，节能增效显 著。如图3所示，可生产一种新颖的高温标定设备，把卤素灯、舞台灯、钨带灯等作为 光波的发射源，置于二根60cm 70cm的平行光管之间，一边安装本发明的一种非接触式计 量温度的标准具，另一端为被标定的测温仪，其中31为标准具；32和37为平行光管；33和 36为均波片；34为仪表风扇；35为白炽光源；38为待标定的测温仪；39为计算机；40为可 调稳压稳流源。用同一原理还可生产非接触式温度标准具；标准具比被标定的对象至少高一级精 度，比如，被标定的测温仪要求精确到rc，那么温度标准具至少精度为0. rc ；至于摄氏温
度(°c )与华氏温度(° F)的显示，那是可以通过软件实现，因为
权利要求
1.一种非接触式测温方法，其特征在于，把温度变化引起物面上的波能在单位时间内 波数数量的改变转换为波数光功率的改变，然后通过光电转换把波数的光功率转换成电功 率，再通过模数转换把电功率微分获得码数，然后计量码数的多少即可表示相应的物面温度。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式测温方法，其特征在于，将物面上一点的发散 球面波通过透镜会聚在光学检波器上，光学检波器检出最高温度波能，并分别通过光纤进 入光电探测器进行光电转换，然后由放大器进行信号放大再进行模数转换。
3.采用权利要求1或2所述的测温方法的一种非接触式点温仪，其特征在于，包括透 镜、光学检波器、光电探测器、放大器、模数转换单元和微处理单元，物面上一点的发散球面 波通过透镜会聚在光学检波器上，光学检波器的输出端通过光纤连接光电探测器，光电探 测器的输出端连接放大器，放大器的输出端连接用于模数转换和微分处理的模数转换单 元，模数转换单元的输出端连接用于计数并输出温度信号的微处理单元。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式点温仪，其特征在于，所述光学检波器是一个 透射位相光栅，也可用衍射光栅。
5.根据权利要求3所述的一种非接触式点温仪，其特征在于，所述在光学检波器与透 镜之间可分别加入光学自适应调焦器、二维衍射屏或者自聚焦透镜。
6.根据权利要求3所述的一种非接触式点温仪，其特征在于，从光学检波器的次级极 大再耦合一根光纤成为两根光纤分别输出不同波长信号比较可以消除距离变化引起的误 差，也可以耦合多根光纤实现多参数比较，成为温度引起被测物质变的多参数检测仪。
7.如权利要求3所述的一种非接触式点温仪作为标准具的应用。
全文摘要
本发明指出了黑体辐射定律用于非接触式温度测量的不准确性，提出了一种新的温度测量和计量方法以及相应的点温仪，并且提出了对测温仪标定和刻度的原始创新。由于新颖元器件和数字化技术的发展，由于被测点温度的变化，引起该点波长和频率的改变，以波数代表它们的变化量，从温度越来越高，波数越来越大的相互关系中，只要测定温度源头波数的多少，即达到了测定源头温度高低的目的。由于波数是能量平均分布的数字量，统计波数的多少，即可以达到温度精确测量。本发明中表达的四个公式，明确了一点的热能与波能之间的定量关系，因此可以指导测温仪的设计、元器件的选择、软件的编制和产品的检验。
文档编号G01K11/32GK102135455SQ20101054888
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者陈尧生 申请人:杭州自动化技术研究院有限公司