本發(fā)明涉及一種測溫傳感器，具體是一種紅外成像測溫傳感器，屬于紅外成像測溫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：電力設(shè)備的大部分故障都與發(fā)熱有關(guān)。因此，對電力設(shè)備實(shí)施溫度測量和監(jiān)測已成為電力系統(tǒng)可靠與安全運(yùn)行的重要保障手段。目前，人們已采用多種方式對電力設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測。其中，紅外熱像技術(shù)具有非接觸測量、響應(yīng)速度快、可多點(diǎn)測量信息豐富、形象直觀等特點(diǎn)，是電力行業(yè)目前主要的測溫技術(shù)手段，得到了廣泛應(yīng)用，并已成為標(biāo)配工具，為保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行發(fā)揮了巨大的作用。

傳統(tǒng)的紅外檢測方法多采用紅外測溫儀、紅外行掃描儀、紅外熱像儀、紅外熱電視等專業(yè)檢測儀器，定期對電力設(shè)備進(jìn)行檢測?，F(xiàn)場應(yīng)用情況表明，一方面，當(dāng)前紅外測溫成像儀要么是便攜式，要么是在線式，工作模式較為單一，影響了電力設(shè)備測溫密度和便捷及時(shí)率，不能很好適應(yīng)現(xiàn)場電力設(shè)備溫度狀態(tài)評估的差異化需求；另一方面，傳統(tǒng)商業(yè)化應(yīng)用的紅外熱像測溫傳感器與后續(xù)應(yīng)用軟硬件系統(tǒng)是集成一體化設(shè)計(jì)的，造成傳感器可移植性差，硬件系統(tǒng)也不具備復(fù)用性和擴(kuò)展性，成本較高，已成為制約其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的主要因素之一，并給測溫?cái)?shù)據(jù)的管理與后續(xù)應(yīng)用帶了諸多不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種紅外成像測溫傳感器，采用小型化紅外熱像傳感模塊和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，具備可移植性、可獨(dú)立工作性和多樣化信息傳輸通道，能夠在低成本條件下的可靠測量。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種紅外成像測溫傳感器，包括

紅外測溫模塊，由紅外探測器組成；

處理器模塊，由溫度控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、偏置電壓模塊、FPGA模塊和ARM模塊組成；

通信模塊，由WIFI和3G/4G通信信號組成；

擴(kuò)展接口模塊，由Micro USB接口組成；

其中，所述溫度控制模塊和偏置電壓模塊與所述紅外探測器連接；所述紅外探測器與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與所述FPGA模塊中的基于FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像信號采集電路連接，所述基于FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像信號采集電路與所述ARM模塊中的基于ARM的系統(tǒng)控制電路連接；所述基于ARM的系統(tǒng)控制電路與通信模塊和擴(kuò)展接口模塊連接。

進(jìn)一步，所述紅外測溫模塊為非制冷型紅外測溫模塊。

進(jìn)一步，還包括JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和SRAM控制器模塊；所述JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與所述紅外測溫模塊連接，所述JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與FPGA模塊連接，所述FPGA模塊與SRAM控制器模塊連接。

進(jìn)一步，還包括電源模塊，所述電源模塊為7.2v至8.4v鋰電池；并且所述電源模塊與所述擴(kuò)展接口模塊連接。

本發(fā)明的有益效果是：1)具有可移植性；能夠與各種智能終端配合使用。同傳統(tǒng)手持式紅外熱像儀相比，一方面，與智能終端共享的信息傳輸相通使其能夠及時(shí)上傳紅外數(shù)據(jù)，查詢歷史信息，以及便于終端組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；另一方面，一旦與應(yīng)用廣泛的智能終端結(jié)合，其便攜性與普及率又將大大優(yōu)于傳統(tǒng)紅外傳感器。

2)工作獨(dú)立性；該傳感器采用信號采集、傳輸一體化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)采集傳輸與數(shù)據(jù)展示、分析的隔離，可完成獨(dú)立在線監(jiān)測工作。與便攜式工作模式形成互補(bǔ)，極大地提高了適用性，實(shí)現(xiàn)多監(jiān)測模式的靈活組合。

3)具有多樣化信息傳輸通道；在多工作模式組合互補(bǔ)的情況下，兼具mini USB、3G/4G、WiFi等接口，以滿足獨(dú)立工作、組網(wǎng)在線工作以及與云服務(wù)相結(jié)合的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明紅外測溫模塊中電壓與溫度變化示意圖；

圖3為本發(fā)明處理器模塊框架示意圖；

圖4為本發(fā)明擴(kuò)展接口模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示一種紅外成像測溫傳感器，包括

紅外測溫模塊，由紅外探測器組成；

處理器模塊，由溫度控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、偏置電壓模塊、FPGA模塊和ARM模塊組成；

通信模塊，由WIFI和3G/4G通信信號組成；

擴(kuò)展接口模塊，由Micro USB接口組成；

其中，所述溫度控制模塊和偏置電壓模塊與所述紅外探測器連接；所述紅外探測器與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與所述FPGA模塊中的基于FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像信號采集電路連接，所述基于FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像信號采集電路與所述ARM模塊中的基于ARM的系統(tǒng)控制電路連接；所述基于ARM的系統(tǒng)控制電路與通信模塊和擴(kuò)展接口模塊連接。

所述紅外測溫模塊為非制冷型紅外測溫模塊。還包括JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和SRAM控制器模塊；所述JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與所述紅外測溫模塊連接，所述JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與FPGA模塊連接，所述FPGA模塊與SRAM控制器模塊連接。還包括電源模塊，所述電源模塊為7.2v至8.4v鋰電池；并且所述電源模塊與所述擴(kuò)展接口模塊連接。

紅外測溫模塊：紅外測溫模塊是研制新型紅外成像測溫傳感器的最關(guān)鍵部件，當(dāng)前紅外成像主要分為制冷型紅外探測器、非制冷型探測器。制冷型探測器需要增加制冷裝置，非制冷型則需要穩(wěn)定溫度平面的控制器。它在系統(tǒng)中的主要工作是完成紅外熱輻射到電信號的轉(zhuǎn)換，從便攜性的角度考慮，更多地采用了非制冷紅外探測器。為降低使用成本，提高裝備率，本申請根據(jù)電力現(xiàn)場對紅外測溫的技術(shù)要求，選擇了已成熟開發(fā)的非制冷型紅外測溫模塊，其主要性能參數(shù)，如表一所示：

表一 紅外測溫模塊主要性能參數(shù)

對紅外熱成像模塊進(jìn)行電路測試，當(dāng)電路設(shè)定其誤差放大倍數(shù)為6倍，穩(wěn)定狀態(tài)電壓為1.99V，溫度電壓變化率為199mV/K時(shí)，具體電壓變化以及相應(yīng)溫度變化曲線見圖2。1～14s時(shí)間內(nèi)，焦平面溫度變化由大振幅逐漸趨向平穩(wěn)，在14s以后誤差放大電壓波動(dòng)已經(jīng)在±1mV，可以得到△T＝0.0101K。

處理器模塊：如圖3所示，采用了FPGA作為信號處理單元，其功能主要有：完成384×288紅外傳感器的時(shí)序驅(qū)動(dòng),完成紅外圖像的采集與預(yù)處理。紅外圖像數(shù)據(jù)從ADC傳遞到FPGA接口的過程中，為避免同步失調(diào)與亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)，采用了二級同步觸發(fā)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。FPGA數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)選擇、一點(diǎn)校正。ARM控制器通過采集兩個(gè)不同輻射量的原始圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算得出非均勻校正的G、O、B參數(shù)。FPGA將接收到的紅外圖像數(shù)據(jù)交替不斷寫入兩塊SRAM中，F(xiàn)PGA每寫完一幀數(shù)據(jù)，就通過寄存器通知ARM取數(shù)據(jù)，同時(shí)將新的一幀數(shù)據(jù)寫入另一塊SRAM。由于圖像數(shù)據(jù)量龐大，采用16位數(shù)據(jù)并行傳輸方式完成FPGA到ARM的數(shù)據(jù)傳輸，接口采用S3C6410中的共享存儲(chǔ)器接口。系統(tǒng)由FPGA產(chǎn)生符合ARM讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)序。

對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、緩存、校正處理；經(jīng)數(shù)據(jù)總線通過中斷方式傳遞紅外圖像數(shù)據(jù)到ARM處理器。FPG完成了紅外圖像的采集與預(yù)處理工作，結(jié)合FPGA的軟件硬件化功能，能夠大大提高了系統(tǒng)的性能。在信號處理模塊中，前端探測器驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集與整形、JTAG數(shù)據(jù)預(yù)處理、SRAM控制器、ARM通信模塊等，能夠完成數(shù)據(jù)到ARM的轉(zhuǎn)化與連接。

采用FPGA+ARM的綜合設(shè)計(jì)，可以優(yōu)勢互補(bǔ)，大幅度減少外部擴(kuò)展器件的使用量。其中處理器模塊包括了偏置電壓電路，TEC溫控電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、基于FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像信號采集電路、基于ARM的系統(tǒng)控制電路。實(shí)現(xiàn)了紅外探測器的驅(qū)動(dòng)、紅外圖像信號的采集和處理、紅外圖像的多通道傳輸以及移植接口的設(shè)置。為了滿足紅外成像測溫傳感器多工作模式的要求，需采用通用化、多通道的信號傳輸接口將紅外熱像圖傳輸至后臺(tái)。

擴(kuò)展接口模塊，采用可與絕大多數(shù)智能終端連接的mini USB接口，如圖四所示。其引腳定義如表二所示：

表二 引腳定義

其中ID腳用于在沒有電腦的情況下，兩個(gè)USB設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)紅外傳感器需要與智能終端配合使用時(shí)，只需通過mini USB接口快速連接至智能終端，即可開始工作。

通信模塊：通過WiFi可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的就地組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無線化監(jiān)測，時(shí)時(shí)交換監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便運(yùn)檢人員巡視。當(dāng)前，3G/4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋面極廣，結(jié)合已有大量成熟應(yīng)用的云服務(wù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的云通信、云管理。在3G/4G通信模塊的支持下，單臺(tái)新型紅外傳感器可長期、定時(shí)監(jiān)測特定設(shè)備，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至云端。后臺(tái)通過云端訪問設(shè)備、查看歷史數(shù)據(jù)，極大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了使用成本。

電源：了減少現(xiàn)場布線、提高新型紅外傳感器現(xiàn)場應(yīng)用的便捷性，在組合工作模式下通過mini USB接口，依靠智能終端供電。在獨(dú)立工作模式下，采用7.2V～8.4V鋰電池作為電源。

所需電壓類型有5V、3.3V、2.5V以及1.2V，其中5V和3.3V供給紅外探測器驅(qū)動(dòng)板；1.2V、2.5V和3.3V作為FPGA信號處理板電源，3.3V是ARM控制板的VDD_IO。其中5V、3.3V需要供給多塊電路板，電源IC的輸出電流要滿足系統(tǒng)功耗需求，根據(jù)系統(tǒng)功耗估計(jì)與轉(zhuǎn)換效率的考慮，選用TI公司的TPS6211X系列芯片作為同步降壓轉(zhuǎn)換器。TPS6211X系列芯片是一個(gè)低噪聲、高效率的轉(zhuǎn)換器，工作輸入電壓范圍3.1V～17V，輸出電壓有兩種形式：1.2V～16V可調(diào)輸出電壓；3.3V和5V固定輸出電壓。輸出電流高達(dá)1.5A，可同步至外部時(shí)鐘信號達(dá)1.4MHz。對鋰電池設(shè)計(jì)獨(dú)立外殼，應(yīng)具備符合要求的防水防塵能力。外殼底部加設(shè)電磁鐵吸附裝置，方便獨(dú)立工作模式下的現(xiàn)場安裝。

以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。