[发明专利]红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统

权利要求书

1.红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，其特征是，包括：感知红外辐射的热电堆和用于提供发热源的发热电阻(1)，发热电阻(1)的供电电压值由片上数字处理模块(7)提供，所述数字处理模块(7)输出的数字自测试供电电压信号经过片上数模转换器(5)转换为模拟电压值连接到发热电阻(1)一端，发热电阻(1)的另一端接地；发热电阻(1)两端的电压差通过模数转换器(6)连接到数字处理模块(7)的输入端；热电堆的响应输出电压信号依次经过放大器(2)和模数转换器(6)后连接数字处理模块(7)的输入端；本地温度测量电路(3)将探测出的本地温度信号通过模数转换器(6)连接到数字处理模块(7)的输入端；所述数字处理模块(7)接收各个模数转换器(6)的输出信号，分析和判断后输出数字供电电压到数模转换器(5)或者直接数据输出；

在自测试模式下，数字处理模块(7)产生大于0的自测试供电电压传送到发热电阻(1)，使其发热为热电堆提供热辐照，热电堆吸收发热电阻(1)产生的热辐照，从而得到响应电压差值ΔV₁，结合获得的发热电阻(1)两端的电压差Vr₁从而计算得到此时器件的响应率R₁并保存；然后重复改变发热电阻(1)的热辐照功率，获得发热电阻(1)两端变化的电压差值Vr₂和热电堆输出的变化电压差值ΔV₂，计算每一次改变热辐照功率时的响应率R₂并保存；将两次得到的响应率R₁和R₂进行差值运算，并对差值运算结果进行分析和判断后获得测试结果，从而实现红外热电堆温度传感器响应率的片上自测试；在自校准模式下，片上自测试供电电压信号输出为0，数字处理模块(7)通过内部计数，自校准信号被激活，从而使一个大于0的自校准供电电压传送到发热电阻(1)，使其发热为热电堆提供热辐照，热电堆吸收发热电阻(1)产生的热辐照，得到此时的响应电压差值ΔV和发热电阻(1)两端的电压差值Vr，从而计算得到此时器件的响应率R并保存，然后片上自校准供电电压信号输出为0，发热电阻(1)不发热，热电堆通过吸收红外辐射正常工作，此时利用自校准供电电压下计算出的响应率R和红外辐射效率，估算出实际的红外响应率，从而实现红外热电堆温度传感器响应率的片上自校准；

其中，热电堆的自测试方法具体为：根据热电堆红外探测器的响应率R为在给定的辐照功率P下，热电堆的输出电压ΔV与入射辐照功率的比值，表示为：

其中发热电阻产生的辐照功率P为：

公式(1-3)中V_r为发热电阻两端的电压，r为发热电阻阻值，ε为发热电阻的辐射系数；将公式(1-3)代入公式(1-2)得：

利用公式(1-4)得到在两次不同热辐射条件下各自的响应率R₁和R₂为：

从而计算R₁和R₂二者差值δ：

δ＝|R₁-R₂| (1-6)

根据公式(1-6)在数字处理模块中设定误差阈值δ_T，当δ≤δ_T时，说明热电堆正常工作，测试通过；否则说明热电堆工作异常，测试不通过。

2.如权利要求1所述的红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，其特征是，探测器的响应率的自校准方法具体为：根据热电堆吸收红外辐射的效率η的表达式

其中R₀为探测器的红外响应率，R_e为探测器的电学响应率，通过系统内部计数，自校准信号被激活，产生一个自校准供电电压信号，利用在此电压信号的作用下获得的发热电阻两端的电压V_r和响应的热电堆的输出电压ΔV，可以得到此时探测器的电学响应率R_e，最后结合公式(1-7)得到在当前环境温度下的响应率R₀为：

其中k＝η/ε，为常数，r为发热电阻阻值，利用公式(1-8)可以实时的进行响应率的自校准。

3.如权利要求1或2所述的红外热电堆温度传感器的自测试和自校准系统，其特征是，所述发热电阻的阻值r的确定方法为：通过将热电堆与地相接的那一端断开并且引出，引出的节点与一个固定电阻串联后接地，在初始上电的条件下，测量固定电阻两端的电压，然后通过比例换算得到发热电阻的阻值。