[发明专利]一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准装置及方法

权利要求书

1.一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准装置，包括：单片机主 控模块、温度显示模块、温度设定模块、第一黑体辐射源、第二黑体辐射源 和第三黑体辐射源；

所述的三个黑体辐射源结构完全相同，每个黑体辐射源包括可控硅、A/D 转换电路、保护电路、保温模块、加热模块、温度传感器模块和黑体空腔；

可控硅的信号输出端口与保护电路的输入端连接，保护电路的输出端与 加热模块的信号输入端口连接，加热模块设置在黑体空腔外侧，加热模块和 黑体空腔包裹在保温模块内，黑体空腔上设置有温度传感器模块，温度传感 器模块的信号输出端与A/D转换电路连接；

温度设定模块的信号输出端与单片机主控模块的温度设定信号输入端 口连接，温度显示模块的信号输入端口与单片机主控模块的温度显示信号输 出端口连接，三腔黑体辐射源中的可控硅的信号输入端口与单片机主控模块 的一个控制信号输出端口连接，三腔黑体辐射源中的A/D转换电路的信号输 出端口与单片机主控模块的一个控制信号输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准 装置，其特征在于：所述的加热模块是选用外层绝缘的ROHAM电热带，其均 匀缠绕在黑体空腔外面。

3.根据权利要求1所述的一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准 装置，其特征在于：所述的黑体空腔直径为60mm，腔长为220mm，满足一般 红外辐射温度计对辐射源面积的要求。

4.根据权利要求1所述的一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准 装置，其特征在于：所述的保温模块是在黑体空腔外面均匀的涂上了一层耐 火砖。

5.根据权利要求1所述的一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准 装置，其特征在于：所述的三腔黑体辐射源的稳定温度分别是35℃，37℃， 41℃。

6.根据权利要求1所述的一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准 装置的校准方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)启动单片机，对整个系统进行初始化，对PID控制算法中的参数赋 初值，同时控制可控硅接通电源，给三路加热模块同时供电；

2)温度传感器依次读取三路黑体空腔的温度值，并经过A/D转换为数 字量传给单片机系统，系统依次对每一路的黑体空腔温度进行判断是否有 异常，如果有异常，对应的那一路就产生警报，同时保护电路断开可控硅 电源；如果温度没有异常，则在显示屏显示三路黑体空腔的温度；

3)给定PID控制算法的输入值为第一路黑体空腔的实时温度，PID控 制算法通过给定的实时温度和第一路温度设定值控制第一路可控硅输出功 率的大小；

4)给定PID控制算法的输入值为第二路黑体空腔的实时温度，PID控 制算法通过给定的实时温度和第二路温度设定值控制第二路可控硅输出功 率的大小；

5)给定PID控制算法的输入值为第三路黑体空腔的实时温度，PID控 制算法通过给定的实时温度和第三路温度设定值控制第三路可控硅输出功 率的大小；

6)跳到第二步依次执行2),3),4),5)步骤，直到黑体空腔的温度稳定 下来；

7)等到三路黑体空腔的温度达到稳定值，然后就用这三个具有不同的 稳定温度的黑体空腔对红外耳温计校准；

8)校准完毕关闭系统。

7.根据权利要求6所述的一种基于三腔黑体辐射源的红外耳温计校准 装置的校准方法，其特征在于，该方法采用的PID控制算法具体如下：

(1)首先引入一个阈值和积分项系数a；

(2)当偏差时，a＝0，采用PD控制，使得系统有较快的响应， 同时又可避免较大的超调；

(3)当偏差时，a＝1，采用PID控制，从而保证了系统控制 精度；

(4)将温度PID控制方程写成积分分离PID形式

u(k)=Kp{e(k)+aTT1Σj=0ke(j)+TDT[e(k)-e(k-1)]}]]>

当时，即a＝0时，

u(k)=Kp{e(k)+TDT[e(k)-e(k-1)]}=Kp(1+TDT)e(k)-f(k-1)]]>

当时，即a＝1时，

u(k)=Kp{e(k)+TT1Σj=0ke(j)+TDT[e(k)-e(k-1)]}=Kp(1+TT1+TDT)e(k)+g(k-1)]]>

式中，

f(k-1)=KpTDTe(k-1)]]>

g(k-1)=u(k-1)-Kp(1+2TDT)e(k-1)+KpTDTe(k-2)]]>

K_p为比例系数；T₁为积分时间常数；T_D为微分时间常数；k为速度采样 时刻；T为采样周期。