红外测温仪的基本组成结构

时间:2015-01-28 09:11 来源:杰创立作者:杰创立点击:次

红外测温仪的基本结构

根据上述原理可以设计、生产各种类型的红外测温仪.虽然它们种类繁多，形式各异，但基本结构都是由以下几个主要部分组成.

(一)红外光学系统

红外测温仪的光学系统主要功能是将目标的红外辐射会聚到红外探测器上。将红外辐射接收并会聚在红外探测器上，它实际上也就是一种小视场的热成像镜头，其热像近似为一个点.因此红外测温仪也称为红外点温计。此外，为了观测被测点的位置，红外测温仪通常以镜头或附加的瞄准镜来对准被测点。

(二)红外探测器

红外探测器的功能是将红外光学系统会栗的红外辅射能量转变为相应的电信号红外测温仪常用的红外探测器主要有非致冷型和致冷型两类。

1.非致冷型探测器

使用非致冷型红外探测器不需要致冷装置，如热敏电阻、硫化铝探测器、钮酸钮探测器、热电堆等热敏电阻是常用的无选择性探测器，从X射线到徽波波段，它都可以响应，并且可以在室温下正常工作.但这种红外探测器的时间常数一般是毫秒级，所以它只适用在响应速度要求不高的场合。另一种常用的非致冷型红外探测器是热电堆，官实际上是由一些温差热电偶元件构成.这种探测器在很宽波长范围内，具有较高的灵敏度，其时间常数为30-50ms.

2.致冷型探测器

为了提高红外探测器的灵敏度i 以适应对低温目标的测温，可以采用致冷型红外探测器，如何捕捉探测器。在红外测温仪中，有些采用半导体致冷的方法，以降低探测器的工作温度。这种致冷的工作原理是:当对由锡铅合金构成相通以反向电流时，其结温将显著下降，出现了冷端，而热量由另一端排出.采用多级串联的半导体致冷，可以便探测器的温度下降到比环境温度还低的数值，从而提高测温灵敏度。

(三)截光调制器

为了使红外探测器的输出电信号为周期性变化的交流电压或电流，就必须使入射的红外辐射也周期地变化。用于完成这个任务的器件，称为战光探测器。截光调制器放置在人肘红外线的光路，只要官周期性地截断光路，便可以使入射的红外辐束周期性变化。

截光调制器一般是由极化继电器政制而成。继电器带动调制片周期性地截断光路。截光的周期，由调制器供电电路中的有关元件控制.

(四)电子电路

红外测温仪的电子电路的主要功能是对红外探测器输出的电信号进行放大和处理，以便输送至显示或指示元件上进行显示，以及输送至电子计算机进行分析。在红外测温仪中，除应用一般的电子电路外，还使用以下电路。

1.预放器

预放器是高增益、高输入阻抗和低噪声的放大器。其性能的好坏直接影响红外测温仪的灵敏度，目前大多数使用由结型场效应管与晶体管组成的混合电路，以取得高输入阻抗和得到大的增益及低噪声红外测温仪的预放器通常直接与红外探测器连成一个整体，并置于良好的电磁屏蔽盒中，以避免外界的干扰.

2.选频放大器

由于红外测温仪中使用了调制器，它周期性地截断入射的红外辐射，所以探测器输出的电信号是具有---定频率的交流信号.信号的频率等于调制器的频率.这千交流信号经预放器放大后，通常还经选频放大器消除干扰和选一步放大信号。选频放大器是一种窄带放大器，它只对某个中心频率和十分接近此频率的电信号进行放大，而对其它频率的干扰信号将排除掉.

3.移相器

当调制片挡住红外线时，探测器输出电信号为零;而调制片移开，红外线射入探测器时，其输出信号为增大值。因此，信号电压应与调制片有确定的相位关系。红外削温仪正是通过这个相位关系，重新将交流电信号整流还原为与目标温度成正比的直流信号电压.但是，在信号经过预放器和选频放大器中的多个放大电路放大后，其相位将产生偏差.为了补偿这种偏差，通常设置了移相器。

4.输出放大器

输出放大器实际上是-个功率放大器，它的功能是把信号的能量放大，供给下面的相敏整流器使用。输出放大器可以由晶体管构成，也可以由集成电路构成。

5.相敏整流器

相敏整流器和一般整流器不同，一般整流器工作时，把各种频率的交流电整流为直流电，而相敏整流器只将一种频率的交流信号变为直流信号，对其他频率的交流信号几乎不起整流作用.

6非线性处理器

由相敏整流器输出的直流信号，可以通过仪表(如电压表)直接显示出目标温度。但是，由于红外辐射能量密度与目标表面温度之间，不是正比的线性关系，因此若直接用仪表显示，则其刻度将是不均匀的.为了使刻度均匀，通常可以增加非线性处理器。

非线性处理器实际上是进行非线性运算的电路。如红外测温仪的工作温度因为50-300℃时，它所接收的红外线能量密度大致与目标温度的三次方成正比。因此，只要将接收能量密度正比的电信号开三次方，便可大大改善仪表指示刻度的均匀性。

7.模数转换器

模数转换器的功能是把直流电压模拟信号转换为数字信号，红外测温仪便可通过数字显示器显示出目标温度.