專利名稱:紅外線掃瞄測(cè)溫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)非接觸溫度測(cè)量?jī)x，尤其是一種紅外線測(cè)溫儀。
背景技術(shù)：
紅外線掃瞄測(cè)溫儀，主要用于工業(yè)浮法玻璃生產(chǎn)、鋼板熱軋、彩涂以及轉(zhuǎn)窯等較大形移動(dòng)面積的溫度分布測(cè)量。類似用途的有英國Land、法國HGH、美國IRCON和Raytek、日本Chino公司生產(chǎn)的掃瞄儀(Linescanner)。
掃瞄儀核心部件之一是旋轉(zhuǎn)反射鏡，反射鏡面對(duì)被測(cè)量的目標(biāo)物，掃瞄角≤±45°(根據(jù)紅外輻射原理在0°到45°之內(nèi)，認(rèn)為被測(cè)面的熱輻射系數(shù)不變)。反射鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，順時(shí)掃瞄被測(cè)面上的各點(diǎn)(區(qū)域)，并把點(diǎn)上的熱輻射能量反射到儀器的測(cè)溫傳感器上，獲得一維溫度曲線。當(dāng)被測(cè)面移動(dòng)時(shí)，就類似電視的行掃瞄和幀掃瞄成象原理，可生成一幅二維或三維的熱圖(依靠嵌入式微處理器或計(jì)算機(jī)按測(cè)量順序安排測(cè)溫點(diǎn)在熱圖上的X、Y坐標(biāo)位置，并以不同的顏色或高度表示溫度的高低)。
現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)a.掃瞄探頭箱內(nèi)除含掃描鏡和驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)外，還有紅外測(cè)溫傳感器和信號(hào)處理電路等等，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。與外圍水冷保護(hù)層之間的空間間隙較大；帶水冷和氣掃裝置后，無法做成方便的可開蓋的盒式結(jié)構(gòu)；安裝、維護(hù)不方便。運(yùn)行期間，除非故障報(bào)警，一般不會(huì)開箱查看、維護(hù)。在水、氣供給不正常時(shí)，使用場(chǎng)合的高溫、水氣、煙塵容易使掃瞄探頭發(fā)生故障。
b.掃瞄探頭的光學(xué)通道口安裝固定的密封保護(hù)窗。有的采用長(zhǎng)條平面材料，不同角度的掃瞄線透過時(shí)會(huì)有不同的透過率和折射。有的采用半柔性有機(jī)材料彎成的弧形保護(hù)窗，表面硬度低，容易起毛；熱穩(wěn)定性差，容易變形；熱隔離性能差，儀器內(nèi)部容易受熱。要維持保護(hù)窗外側(cè)的清潔，對(duì)氣掃系統(tǒng)的要求很高，氣壓要穩(wěn)定、氣源要干凈；如果外側(cè)窗面吸附油污、灰塵；除非停產(chǎn)大修，日常，維護(hù)人員無法查看和清潔。
c.掃瞄鏡是一個(gè)帶45°反射斜面的圓柱體，只有中心孔與電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接。高速旋轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸負(fù)荷較大，電機(jī)容易發(fā)熱。
d.掃瞄鏡360°旋轉(zhuǎn)，90°面對(duì)目標(biāo)。被測(cè)面上的兩條掃瞄線之間，有容納三條掃瞄線的空白間隔。提高掃瞄頻率可縮小間隔距離，同時(shí)又意味著縮短了測(cè)量響應(yīng)和采樣時(shí)間，對(duì)傳感器和系統(tǒng)提出更高的時(shí)間響應(yīng)要求；實(shí)現(xiàn)并不容易。否則，系統(tǒng)的實(shí)際溫度測(cè)量性能就降低。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種紅外線掃瞄測(cè)溫儀，該測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)優(yōu)化，體積小，安裝和使用維護(hù)方便，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，設(shè)備和運(yùn)行維護(hù)成本低。
為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種紅外線掃瞄測(cè)溫儀，包括紅外掃瞄探頭盒、信號(hào)處理盒。紅外掃瞄探頭盒與信號(hào)處理盒由光導(dǎo)纖維和高溫電纜連接；信號(hào)處理盒與客戶上位機(jī)通訊。
紅外掃瞄探頭盒由一個(gè)帶開蓋和掃瞄通道的密封盒體構(gòu)成，密封盒體內(nèi)部川字形布局兩邊設(shè)有透明玻璃密封窗的冷卻水槽，中間長(zhǎng)條設(shè)有一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件，掃瞄反射鏡組件一端與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，另一端面向紅外集光系統(tǒng)。
紅外掃瞄探頭盒的水槽下面設(shè)有空氣吹掃通道，掃瞄通道兩邊的斜面上設(shè)有吹掃氣出口氣隙狹縫。
掃瞄反射鏡組件包括一體化旋轉(zhuǎn)件和旋轉(zhuǎn)體基座；一體化旋轉(zhuǎn)件的45°反射鏡在入射窗和出射窗處各設(shè)有平面密封保護(hù)窗，并通過兩端軸承嵌裝在旋轉(zhuǎn)體基座內(nèi)，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體組件；旋轉(zhuǎn)體基座上面設(shè)有玻璃后窗蓋；旋轉(zhuǎn)體基座與探頭盒掃瞄通道的安裝結(jié)合面密封連接。
信號(hào)處理盒由帶開蓋的密封盒體構(gòu)成，盒內(nèi)安裝有紅外測(cè)溫傳感器，嵌入式微處理器，液晶顯示器，步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)電源。
紅外掃瞄探頭盒和信號(hào)處理盒的密封盒體與各自的開蓋之間均由鉸鏈連接，盒蓋和盒體四角用螺絲擰緊閉合密封。
驅(qū)動(dòng)掃瞄的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可調(diào)。
旋轉(zhuǎn)體基座上設(shè)有一個(gè)0°位修正光電對(duì)射開關(guān)。
旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)軸帶有一枚處于光電對(duì)射開關(guān)中間的0°位指針。
紅外集光系統(tǒng)帶有瞄準(zhǔn)目鏡。
光導(dǎo)纖維將掃瞄探頭采集的紅外光信號(hào)傳送給信號(hào)處理盒中的紅外測(cè)溫傳感器。
45°反射鏡、入射窗、出射窗和0°位指針構(gòu)成一體化的旋轉(zhuǎn)件通過安裝在基座中間的軸承一起旋轉(zhuǎn)。
紅外掃瞄探頭盒內(nèi)部的冷卻水槽裝有透明玻璃密封窗。
紅外掃瞄探頭盒內(nèi)部呈川字形布局的兩邊冷卻水槽之間的長(zhǎng)條空間順著長(zhǎng)條緊夾著步進(jìn)電機(jī)、一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件和紅外集光系統(tǒng)。
空氣吹掃氣流出口氣隙是位于掃瞄通道的兩個(gè)斜面上的二條狹縫。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是(1)探頭與信號(hào)處理盒分體，由于探頭內(nèi)部無紅外測(cè)溫傳感器和信號(hào)處理電路，掃瞄反射鏡旋轉(zhuǎn)體有兩端軸承支承，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)負(fù)荷小、不會(huì)發(fā)熱，電機(jī)本身耐溫高，因此使探頭的冷卻保護(hù)要求降低；光導(dǎo)纖維傳送探頭采集的紅外光信號(hào)給信號(hào)處理盒，使盒內(nèi)的紅外測(cè)溫傳感器和處理電路能遠(yuǎn)離熱源、改善整個(gè)系統(tǒng)的耐熱和抗干擾性能。
(2)自帶平面密封窗和清潔維護(hù)后窗的一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件，使任何角度的掃瞄線在穿過保護(hù)窗時(shí)的折射和透過率是一樣的；套裝旋轉(zhuǎn)體的基座，有一個(gè)掃瞄通道開口和一個(gè)玻璃觀察后窗；玻璃觀察后窗便于觀察入射窗片是否需要清潔。
(3)一個(gè)獨(dú)立于掃瞄反射鏡組件的一體化紅外集光系統(tǒng)，接受前者反射的目標(biāo)輻射能量、聚焦并通過光纖傳送給信號(hào)處理盒中的測(cè)溫傳感器；因此，便于電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)離熱源安裝和測(cè)溫系統(tǒng)的拆換修理及送法定計(jì)量檢定。
(4)內(nèi)部緊湊的水冷和氣掃系統(tǒng)設(shè)計(jì)布局，使整個(gè)掃瞄探頭能做成蓋可隨時(shí)開啟的盒式結(jié)構(gòu)；體積小，便于安裝和日常查看維護(hù)。
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的掃瞄探頭剖視圖；圖3是圖2的左剖視圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如圖1所示，一種紅外線掃瞄測(cè)溫儀，包括紅外掃瞄探頭盒100、信號(hào)處理盒加200，紅外掃瞄探頭盒100與信號(hào)處理盒200由光導(dǎo)纖維40和電纜30連接。
紅外掃瞄探頭盒100內(nèi)安裝有步進(jìn)電機(jī)50，掃描組件60，紅外集光系統(tǒng)52。
紅外掃瞄探頭盒100由一個(gè)帶開蓋53和掃瞄通道6的密封盒體構(gòu)成，密封盒體內(nèi)部?jī)蛇呍O(shè)有透明玻璃密封窗的冷卻水槽33，水槽33下面設(shè)有空氣吹掃通道32；中間設(shè)有一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件60，掃瞄反射鏡組件60一端與步進(jìn)電機(jī)50轉(zhuǎn)軸相連接，另一端面向紅外集光系統(tǒng)52。信號(hào)處理盒200由帶開蓋53的密封盒體構(gòu)成，盒內(nèi)安裝有紅外測(cè)溫傳感器，嵌入式微處理器，液晶顯示器，步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)電源。
如圖2，3所示，掃瞄反射鏡組件60包括一體化旋轉(zhuǎn)件51和旋轉(zhuǎn)件基座4；一體化旋轉(zhuǎn)件51由45°反射鏡1和入射平面密封保護(hù)窗2和出射平面密封保護(hù)窗7組成，并通過兩端軸承3與旋轉(zhuǎn)體基座4連接構(gòu)成掃瞄反射鏡旋轉(zhuǎn)體組件60；旋轉(zhuǎn)體基座4上面設(shè)有玻璃后窗蓋5；旋轉(zhuǎn)體基座4與探頭盒掃瞄通道6的安裝結(jié)合面密封連接。
本發(fā)明的具體特征為(1)自帶平面密封窗和清潔維護(hù)后窗的一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件如圖2所示45°反射鏡1由小口徑平面入射窗2和出射窗7密封保護(hù)，組成兩端有軸承3的旋轉(zhuǎn)件51。保護(hù)窗采用石英或氟化鈣等性能穩(wěn)定的材料；任何角度的掃瞄線在穿過保護(hù)窗時(shí)的折射和透過率是一樣的。套裝旋轉(zhuǎn)體的基座4和盒體結(jié)合部位有一個(gè)掃瞄通道6，通道兩邊斜面帶吹掃出口氣隙61?；?還有一個(gè)玻璃后窗，觀察后窗，可知入射窗片是否需要清潔。日常維護(hù)很方便切斷電源，擰下后窗蓋，用手指輕撥旋轉(zhuǎn)體，使入射窗面向維護(hù)者，用酒精棉清潔即可。
(2)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)合理設(shè)定步進(jìn)電機(jī)50的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向)，可兼顧單位時(shí)間的掃瞄線數(shù)和溫度采集的響應(yīng)時(shí)間。例如可以360°快速旋轉(zhuǎn)，也可以在+30°和-25°之間折返，減慢速度、增加掃瞄線密度。為了使定位準(zhǔn)確，安裝了一個(gè)0°指針11和0°光電開關(guān)9；當(dāng)掃瞄旋轉(zhuǎn)件51轉(zhuǎn)軸上的指針11劃過光電開關(guān)9的縫隙時(shí)，發(fā)出0°位修正信號(hào)；使掃瞄點(diǎn)定位始終準(zhǔn)確。步進(jìn)電機(jī)50驅(qū)動(dòng)尤其適合需要慢掃瞄或折返掃瞄以及變速掃瞄的場(chǎng)合。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向控制信號(hào)由信號(hào)處理盒中的微處理器或客戶上位機(jī)設(shè)定、發(fā)送。
(3)一體化紅外集光系統(tǒng)和紅外傳送光纖一個(gè)獨(dú)立于掃瞄反射鏡組件60的一體化紅外集光系統(tǒng)52，接受前者反射的目標(biāo)輻射能量、聚焦并通過光纖傳送給信號(hào)處理盒中的測(cè)溫傳感器。因此，便于電子系統(tǒng)的遠(yuǎn)離熱源安裝和測(cè)溫系統(tǒng)的拆換修理及送法定計(jì)量檢定。掃瞄反射鏡組件的反射率高且固定，在生產(chǎn)標(biāo)定時(shí)可預(yù)先測(cè)知；它的修正補(bǔ)償很方便系統(tǒng)的輻射修正系數(shù)＝被測(cè)物的輻射系數(shù)×反射鏡組件的總反射率。
集光系統(tǒng)52帶有瞄準(zhǔn)目鏡8；與激光瞄準(zhǔn)相比，調(diào)試時(shí)更有利于高亮度環(huán)境或高溫度目標(biāo)物的觀察。
(4)川字形布局的內(nèi)冷卻水槽探頭盒100內(nèi)的兩邊水槽33將集光組件52、掃瞄反射鏡組件60和驅(qū)動(dòng)電機(jī)50緊夾在中間，形成川字形布局，冷卻效果好。水槽透明的玻璃密封窗31可查看水流狀況。兩邊緊夾式水槽布局，使掃瞄探頭緊湊、小巧；并可做成可開蓋的盒式，方便查看維護(hù)。
本發(fā)明實(shí)施例如圖1所示紅外線掃瞄測(cè)溫儀系統(tǒng)分三個(gè)部分(不包括客戶上位機(jī))。
(1)掃瞄探頭盒100一個(gè)帶開蓋和掃瞄通道的密封盒體，內(nèi)部?jī)蛇吺怯型该鞑Ａ芊獯暗睦鋮s水槽33，水槽33下有空氣吹掃通道32；中間是一個(gè)一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件60和步進(jìn)電機(jī)50轉(zhuǎn)軸連接，另一端面向紅外測(cè)溫的集光系統(tǒng)52，集光系統(tǒng)52帶有瞄準(zhǔn)目鏡8。旋轉(zhuǎn)體基座4上有玻璃后窗蓋5?；?與探頭盒掃瞄通道6的安裝結(jié)合面用高溫膠密封。整個(gè)掃瞄探頭盒100的外型體積276×215×101mm。
(2)信號(hào)處理盒200一個(gè)帶開蓋的密封盒體，紅外測(cè)溫傳感器，嵌入式微處理器，液晶顯示器，步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)電源都安裝在盒內(nèi)。體積276×215×90mm。
(3)中間連接的光纖40和高溫電纜30高溫電纜30用于傳輸掃瞄探頭和信號(hào)處理盒之間的電信號(hào)；相同長(zhǎng)度的光導(dǎo)纖維40(例如10～20米)，將掃瞄探頭采集的紅外信號(hào)傳送給信號(hào)處理盒中的雙色紅外測(cè)溫傳感器和嵌入式微處理器。
權(quán)利要求
1.一種紅外線掃瞄測(cè)溫儀，包括紅外掃瞄探頭盒(100)、信號(hào)處理盒(200)，其特征在于，所述紅外掃瞄探頭盒(100)與信號(hào)處理盒(200)由光導(dǎo)纖維(40)和高溫電纜(30)連接；信號(hào)處理盒(200)與客戶上位機(jī)通訊；所述紅外掃瞄探頭盒(100)由一個(gè)帶開蓋(53)和掃瞄通道(6)的密封盒體構(gòu)成，密封盒體內(nèi)部川字形布局兩邊設(shè)有透明玻璃密封窗的冷卻水槽(33)，中間長(zhǎng)條設(shè)有一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件(60)，掃瞄反射鏡組件(60)一端與步進(jìn)電機(jī)(50)轉(zhuǎn)軸相連接，另一端面向紅外集光系統(tǒng)(52)；所述紅外掃瞄探頭盒(100)的水槽(33)下面設(shè)有空氣吹掃通道(32)，掃瞄通道(6)兩邊的斜面上設(shè)有吹掃氣出口氣隙狹縫(61)；所述掃瞄反射鏡組件(60)包括一體化旋轉(zhuǎn)件(51)和旋轉(zhuǎn)體基座(4)；一體化旋轉(zhuǎn)件(51)的45°反射鏡(1)在入射窗(2)和出射窗(7)處各設(shè)有平面密封保護(hù)窗，并通過兩端軸承(3)與旋轉(zhuǎn)體基座(4)連接，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體組件(60)；旋轉(zhuǎn)體基座(4)上面設(shè)有玻璃后窗蓋(5)；旋轉(zhuǎn)體基座(4)與探頭盒掃瞄通道(6)的安裝結(jié)合面密封連接；所述信號(hào)處理盒(200)由帶開蓋的密封盒體構(gòu)成，盒內(nèi)安裝有紅外測(cè)溫傳感器，嵌入式微處理器，液晶顯示器，步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述紅外掃瞄探頭盒(100)和信號(hào)處理盒(200)的密封盒體與各自的開蓋(53)之間均由鉸鏈連接，盒蓋和盒體四角用螺絲擰緊閉合密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)掃瞄的步進(jìn)電機(jī)(50)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)體基座(4)上設(shè)有一個(gè)0°位修正光電對(duì)射開關(guān)(9)，旋轉(zhuǎn)件(51)的旋轉(zhuǎn)軸帶有一枚處于光電對(duì)射開關(guān)(9)中間的0°位指針(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述紅外集光系統(tǒng)(52)帶有瞄準(zhǔn)目鏡(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述光導(dǎo)纖維(40)將掃瞄探頭采集的紅外光信號(hào)傳送給信號(hào)處理盒(200)中的紅外測(cè)溫傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述的45°反射鏡(1)、入射窗(2)、出射窗(7)和0°位指針(11)構(gòu)成一體化的旋轉(zhuǎn)件(51)通過安裝在基座(4)中間的軸承(3)一起旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述紅外掃瞄探頭盒(100)內(nèi)部的冷卻水槽(33)裝有透明玻璃密封窗。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述紅外掃瞄探頭盒(100)內(nèi)部呈川字形布局的兩邊冷卻水槽(33)之間的長(zhǎng)條空間順著長(zhǎng)條緊夾著步進(jìn)電機(jī)(50)、一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件(60)和紅外集光系統(tǒng)(52)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紅外線掃瞄測(cè)溫儀，其特征在于，所述空氣吹掃氣流出口氣隙(61)是位于掃瞄通道(6)的兩個(gè)斜面上的二條狹縫。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種紅外線掃瞄測(cè)溫儀，包括紅外掃瞄探頭盒、信號(hào)處理盒，紅外掃瞄探頭盒與信號(hào)處理盒之間由光導(dǎo)纖維和電纜連接。紅外掃瞄探頭盒由一個(gè)帶開蓋和掃瞄通道的密封盒體構(gòu)成，密封盒體內(nèi)部川字形布局兩邊設(shè)有透明玻璃密封窗的冷卻水槽，中間設(shè)有一體化旋轉(zhuǎn)掃瞄反射鏡組件，掃瞄反射鏡組件一端與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接，另一端面向紅外集光系統(tǒng)。水槽下面設(shè)有空氣吹掃通道；該測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)優(yōu)化，體積小，安裝和使用維護(hù)方便，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，設(shè)備和運(yùn)行成本低。
文檔編號(hào)G01J5/08GK1995937SQ200610147965
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月26日
發(fā)明者袁國炳 申請(qǐng)人:袁國炳導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan