鮑小鋒　張貴鵬　朱君悅　黨軍朋　袁絨

摘要：溫度是代表物體表面冷熱程度的一種物理量，目前權衡科技是否進步的一大重要標準就是測量物體溫度的技術手段。實現(xiàn)傳統(tǒng)的紅外熱成像測溫系統(tǒng)的平臺多數(shù)都存在價格偏高、體積偏大等缺點。智能手機的出現(xiàn)，其有著快速的運行速度、可控的操作性、性價比高等特點，為人們帶來了便捷的消費習慣，從而改善了人們的生活方式。目前，Android 系統(tǒng)是智能手里的主要流通的操作系統(tǒng)，它的開源性更加容易被用到除智能手機以外的其他應用中去，在真正實現(xiàn)資源共享的基礎上，大大縮減了使用的成本。

關鍵詞：智能手機;紅外熱成像;紅外測溫;測溫系

項目基金：

項目名稱：基于穿戴式智能終端的紅外熱成像測溫技術研究;

基金編號：050400KK52190015

0引言

現(xiàn)如今，各行各業(yè)的發(fā)展中都能看到紅外熱成像的身影，已經是數(shù)見不鮮。比如，在軍事的領域中，被用于識別目標，夜市、紅外導航等;在工業(yè)生產中，被用來檢測無損零件、節(jié)能減排、監(jiān)控環(huán)境等;在醫(yī)學中，被用于發(fā)現(xiàn)疾病、對復雜區(qū)域研究等;在農業(yè)食品中，被用于水利灌溉、檢測產量、檢測肉質、保護動植物等。與國內外的研究相結合來看，顯而易見，紅外熱成像技術最核心的一個應用就是用來對一個物體進行體溫測量。紅外熱成像作為一種新型的測溫技術，相比較于溫度計、熱電阻、熱電偶等一些傳統(tǒng)的測溫方式而言，它具有一些獨特的特點，比如，它的準確性更高、可以不用接觸、反應速度較快可以瞬間有結果等，基于這些獨有的特點，紅外熱成像很快就成為了主要的測溫手段。目前來看，紅外測溫儀也在向著低成本、微型化、智能化的趨向在發(fā)展。

1智能手機紅外熱成像測溫概括

在自然界中，任何物體的溫度只要超過-273.15℃（絕對零度），自己就會向四周發(fā)出紅外輻射。紅外線最早是由英國的天文學家發(fā)現(xiàn)，隨后，其他的科學家就對紅外輻射進行了定義?？茖W家們根據紅外輻射的物理定律對紅外熱成像技術進行了深度的探究，探究的進程相對較慢，直至1956美國空軍誕生了第一臺實時顯示的前視紅外熱成像系統(tǒng)，他們把在夜視巡航的時候使用這一系統(tǒng)，它能夠完成在黑暗中對目標活動的實時探測，這也是紅外熱成像技術的一大重要里程碑。技術的應用都應該有其對應的設備支持，紅外熱成像技術也不例外，所以就定義實現(xiàn)紅外熱成像技術的設備為紅外熱成像體系，也叫作紅外熱像儀。[1]

2智能手機紅外測溫技術的發(fā)展及應用

2.1測量溫度的必要性

溫度是物體表面冷熱程度的物理量，從微觀來講，它是物體內部分子熱運動的表現(xiàn)程度。不論是在科學研究的領域還是我們的生產生活中，無論溫度的大小，都有著至關重要的作用，比如：所有的恒溫動物體溫上升時，往往是要生病的跡象，機器在生產運作時溫度過高會導致機器故障，眾所周知的全球變暖就是地表溫度升高而導致的。在眾多的表現(xiàn)中我們可以發(fā)現(xiàn)，只有準確的知道被測物體的溫度，才能了解它因溫度變化發(fā)生而反應背后的原因。

2.2紅外熱成像測溫方法

不同的測量對象所選擇的測溫設備不同，所以我們大致將它們分為了三種。第一種方式是直接將測溫設備放入被測目標種，我們稱其為入侵時測溫。最常見的就是用溫度計測量室內的溫度;第二種方式是將測量設備盒被測物品的表面進行貼合，我們稱其為半入侵式測溫。電熱阻、電熱偶都是通過這種方式進行測溫的。第三種就是完全非入侵式，比如，遠程的無接觸方式的測溫就是其最好的體現(xiàn)。入侵式和半入侵方式都是依據熱傳導來進行測量溫度，在測量中也會出現(xiàn)一定的缺陷，比如：熱傳導的耗費時間較長，影響測量時間;被測目標比較單一;不能對高溫的材料進行測溫。

2.3紅外熱成像測溫技術的應用

紅外熱成像已經在軍事的應用上驗證了它的可靠性，然而，這并不是它被應用的根本所以，它最主要的應用還是被用來測量目標的溫度。紅外熱成像一種即沒有傷害、也不用接觸的測溫手段，它的設備性能較高以及使用成本較低，已被廣泛的運用的各個行業(yè)當中。國外一些科學家闡述了紅外熱成像測溫技術在工業(yè)領域當中的運用;國內的一些科學家介紹了紅外熱成像測溫技術在生物醫(yī)學方面的運用，對生物體發(fā)燒診斷、體表復雜的區(qū)域溫度進行了探討;還有一些科學家總結了紅外熱成像測溫技術在農業(yè)生產和食品安全領域的運用，比如：灌溉調度計劃、水果總產量預測、植物病原體疾病監(jiān)測等[2]。綜上所述，紅外熱成像測溫技術作為一種不用接觸的測溫方法，已經被大量的運用到一些因溫度而產生歧義的科學研究和生產生活中。

3基于智能手機的紅外熱成像系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1紅外熱成像測溫依據

從理論上講，只要物體溫度只要比熱力學零度高，物體就會向外輻射電磁波，這些電磁波都攜帶一些能量，其中紅外光波的波長范圍在O.76pm～1000pm之間，紅外光波的一大特點就是具有很強的溫室效應，并且?guī)в袦囟刃畔?，輻射測溫技術探究的起點就在于此。普朗克定律是紅外測溫技術的物理學理論基礎，普朗克定律展示了在不同的溫度下不同波段的黑體輻射能量分布規(guī)律。黑體最突出的一個特點就是它所發(fā)射的輻射能和所吸收的輻射能一樣，換句話說，就是物體的吸收能力和輻射能力成正比，吸收能力強則輻射能力強，反之就會變弱。在紅外測溫的理論基礎上，運用紅外探測器和光學成像物鏡接納被測目標的紅外輻射能量分布圖形折射到紅外探測器的光敏元件上，進而就獲得了熱成像的紅外熱像圖，這種熱像圖和物體表面的熱分布幾乎相應，為下一步計算出溫度值提供有利的依據。

3.2紅外熱成像系統(tǒng)的實現(xiàn)

在變電站測量溫度時需要考慮一些影響因素，比如：通電設備的溫度范圍、對應尺寸、測溫儀和目標設備的距離、環(huán)境等，才能正確的選擇紅外熱成像測溫儀。剖析用電設備的溫度范圍，確定測溫儀的芯片。從黑體輻射定律中可以得出，在測溫時應該盡量選擇波長較短的，更有利于測量溫度。變電站母線的選擇材質不同，導致其發(fā)熱的范圍也不同，可以確定基本上都在-10℃～+210℃之間，范圍比較小，精準度要求上下超過5℃，所以現(xiàn)場測溫儀CPU的功能要求比較簡單，利用普通的測溫芯片就可以全部滿足;依據用電設備的相應尺寸來確定測溫的方式。變電站會出現(xiàn)一些塵埃和煙霧阻礙測量，而恰巧比色測溫的方式對輻射能量有減弱是，對測量的結果都沒有太大的影響，所以首先選擇的就是比色測溫;依據測溫的距離，確定測溫儀光學的分辨率。因為測溫儀的安裝不僅要遠離目標，還要測量小的目標，所以為了能靠近和遠離焦點的距離上精準測溫，被測目標的尺寸要大于焦點處光斑尺寸，就需要選擇可以變焦的測溫儀進行近距離和遠距離的精準測溫。如果考慮到環(huán)境的因素，那就要重新調整算法。大風大雨和強烈的光線都對測量存在影響因素，這些都是測溫儀無法進行辨別的處理的，所以在使用前，需要通過后臺的軟件調整差值，算的調整主要是進行非均勻糾正、偽彩色圖像的處理和面源黑體的真實實驗數(shù)據測定。所以在選擇紅外線熱成像測溫儀時應選擇帶有普通單CPU、能夠實現(xiàn)比色測溫的技術、具有變焦功能紅外成像測溫儀，通過后臺算法對數(shù)據的矯正調整測量誤差[3]。

3.3實驗結果與分析

為了檢測提出的可移動自動紅外熱成像測溫無線測量的準確度和可行性，通過實驗來進行探究。利用一臺紅外熱成像測溫儀，對發(fā)熱點進行測溫后利用無線傳輸?shù)姆绞絺魉偷街悄苁謾C當中，同時在現(xiàn)場也進行人力對發(fā)熱設備的測溫，通過兩組的數(shù)據進行比對考證。移動式紅外熱成像可以完成遠距離的區(qū)域測溫，我們采取一個5分鐘的周期，為了能夠更好的展示溫度的變化，特別選在了夏季晚上八點開始，維持60分鐘的測量時間，測量結果如下表格。通過對無線測溫結果與在現(xiàn)場手持測溫儀點測的結果不難發(fā)現(xiàn)，溫度的區(qū)間變化比較大，但波動的范圍沒有超出實際變壓器運行的溫度范圍，利用實地測量的數(shù)據可以對變壓器的運行狀況作出判斷[4]。

4結語

綜合紅外測溫平臺是由智能移動終端和紅外熱成像設備組成的，它可以完成對紅外測溫功能的遠程圖像監(jiān)控功能，實現(xiàn)對電氣設備的可見光圖像和熱狀態(tài)信息的遠程、實時、在線綜合管理控制，同時經過對紅外熱成像信息數(shù)據進一步分析和探究，為檢修設備、更換設備、運營維護、測溫等提供重要參考憑證，具備和應有較高的經濟效益和實際的應用價值。在變電設備和通電設備的檢查與維護方面需要加大人力的投入，智能手機咋紅外線成像溫度檢測軟件可以更加有效的完成對變電、通電設備的遠程監(jiān)控，同時將得到的信息傳送到工作人員的手機上面，大大的化簡了電力系統(tǒng)的工作人員對電力設備的實行維修保護的工作程序。

參考文獻：

[1]周衛(wèi)兵.基于智能手機系統(tǒng)的紅外測溫儀[J].益陽職業(yè)技術學院學報，2020，17（02）：82-85.

[2]張文，楊兵，鄭祥，湯建偉.紅外測溫過程中測試距離對測溫精度的影響分析[J].自動化與儀器儀表，2018（07）：45-47.

[3]錢琳琳，劉婷.基于Android系統(tǒng)的人體智能體溫計設計與研究[J].中國醫(yī)療設備，2018，33（10）：96-99.

[8]楊全會，劉麗軍.基于智能手機終端的非接觸測溫儀的研制[J].儀表技術，2015（02）：5-8