一种智能高温检测传感装置及温度补偿方法与流程

本发明涉及一种温度测量技术，尤其是一种智能高温检测传感装置及温度补偿方法。

背景技术：

随着工业生产水平的不断发展，温度测量技术也在逐渐成为技术水平的一项重要指标。不论是工农业中的普通生产，还是国防、航空航天这种需要对温度进行精准控制的领域，对温度测量值的精确了解越来越有必要。

超高温测量技术为飞行器在临近空间及高空飞行时结构体恶劣工作环境下的物理、结构特性评估提供重要分析依据，为保证飞行安全与稳定提供重要技术保障，在我国航空、航天技术高速发展的今天日益重要。因为很多温度场都是在较为恶劣的测量环境中，恶劣工作环境的特点主要表现为环境温度更高，如果无法对超高温度进行准确的测量，很可能会导致温度对生产设备的损伤，甚至引起巨额经济损失和人员伤亡。因此，对于超高温度的测量研究是十分有必要的。

热电偶作为温度测量中的重要器件，一直因为准确度较高受到青睐。但是在对超高温度的测量中，由于装置的固定性，很难直接完成对超高温度的一次性准确测量。同时，光纤温度传感器受自身结构和材料的局限，传感器长时间工作时，光纤温度与被测温度相近，因此，传感器温度测量上限不能超过黑体腔材料和光纤的稳定工作温度上限，而且在高温环境下抗氧化性不强且受电磁干扰，这也会进一步导致到测量的准确性和测量数值的可信度不高。

为了更好地完成对超高温度的准确测量，需要对传统的光纤温度传感器进行进一步的改进和算法研究，从而完成更加精确的温度测量。

技术实现要素：

发明目的：提供一种智能高温检测传感装置及温度补偿方法，以解决上述问题。

技术方案：一种智能高温检测传感装置，包括电压调节单元、高温检测单元、中心处理单元和数据传输单元；

电压调节单元，其特征在于，还包括一种电压调节电路，可以控制电源电压的输出，保证各个单元的电压分配，提高工作效率；

高温检测单元，其特征在于，还包括一种高温检测电路，采集被测场的高温数据，然后将测量的数据传递给中心处理单元进行数据的存储和分析；

中心处理单元，包括数据存储模块和数据处理模块，所述数据存储模块储存检测的数据，所述数据处理模块对数据进行分析处理；

数据传输单元，无线传输模块进行节点数据的无线传输和交换，将所有数据传送到远程终端进行记录，防止遗失；

电压调节电路，包括变压器TR1、变压器X1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、晶闸管U1、晶闸管U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电位器RV1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运算放大器U4：A、运算放大器U4：B、运算放大器U4：C、运算放大器U4：D、电感L1和集成电路U3，所述变压器TR1的第1引脚接输入电压，所述变压器TR1的第2引脚接输入电压，所述变压器TR1的第3引脚分别与所述二极管D4的正极、所述晶闸管U1的阳极连接，所述变压器TR1的第4引脚分别与所述二极管D5的正极、所述晶闸管U2的阳极连接，所述二极管D4的负极分别与所述二极管D5的负极、所述电阻R3的一端连接，所述晶闸管U1的控制极与所述电阻R1的一端连接，所述晶闸管U2的控制极与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的另一端、所述变压器X1的第1引脚连接，所述晶闸管U1的阴极分别与所述晶闸管U2的阴极、所述变压器X1的第3引脚、所述二极管D1的负极和所述电感L1的一端连接，所述二极管D1的正极接地，所述变压器X1的第2引脚分别与所述电容C2的一端、所述电阻R5的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R5的另一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R7的一端均接VCC信号，所述电阻R6的另一端分别与所述二极管D6的正极、所述运算放大器U4：A的反相输入端连接，所述二极管D6的负极接地，所述运算放大器U4：A的同相输入端分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端接地，所述运算放大器U4：A的输出端分别与所述电阻R7的另一端、所述电容C3的一端和所述运算放大器U4：B的反相输入端连接，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U4：B的输出端分别与所述变压器X1的第4引脚连接，所述运算放大器U4：B的同相输入端分别与所述电阻R8的一端、所述电阻R9的一端连接，所述电阻R8的另一端接VCC信号，所述电阻R9的另一端分别与所述电容C4的一端、所述运算放大器U4：C的输出端连接，所述运算放大器U4：C的反向输入端分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R13的一端和所述电阻R12的一端连接，所述电阻R13的另一端接地，所述运算放大器U4：C的同向输入端分别与所述电阻R11的一端、所述电阻R10的一端连接，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R10的另一端与所述二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C1的一端、所述电容C5的一端和所述集成电路U3的第1引脚连接，所述电容C1的另一端接地，所述电容C5的另一端与所述电位器RV1的第2引脚均接地，所述集成电路U3的第2引脚分别与所述运算放大器U4：D的输出端、所述运算放大器U4：D的反向输入端连接，所述运算放大器U4：D的同向输入端与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述集成电路U3的第3引脚分别与所述电位器RV1的第1引脚、所述电阻R12的另一端和所述电容C6的一端均接输出电压，所述电容C6的另一端接地；

高温检测电路，包括运算放大器U5：A、运算放大器U5：B、运算放大器U5：C、运算放大器U5：D、光纤传感器T1、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电位器RV1、电位器RV2、电位器RV3、电位器RV4、电容C7、电容C8和电容C9，所述电阻R14的一端与所述电阻R15的一端均接输出电压，所述电阻R14的另一端分别与所述电位器RV2的第1引脚、所述电位器RV2的第3引脚和所述电阻R18的一端连接，所述电位器RV2的第2引脚与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R15的另一端分别与所述光纤传感器T1的第1引脚、所述电阻R17的一端连接，所述光纤传感器T1的第2引脚与所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R17的另一端分别与所述电容C7的一端、所述运算放大器U5：A的同相输入端连接，所述电容C7的另一端接地，所述运算放大器U4：A的反相输入端分别与所述电阻R18的另一端和所述电阻R19的一端连接，所述电阻R19的另一端分别与所述电阻R21的一端、所述电阻R20的一端连接，所述电阻R21的另一端与所述电位器RV3的第2引脚连接，所述电位器RV3的第1引脚与所述电位器RV3的第3引脚均接VCC信号，所述电阻R20的另一端分别与所述运算放大器U5：A的输出端、所述电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端分别与所述电容C8的一端、所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端分别与所述电容C9的一端、所述运算放大器U5：B的同相输入端连接，所述电容C9的另一端接地，所述运算放大器U5：B的反相输入端分别与所述电容C8的另一端、所述运算放大器U5：B的输出端、所述电阻R24的一端、所述电位器RV4的第1引脚、所述电阻R26的一端连接，所述电阻R24的另一端接地，所述电位器RV4的第2引脚分别与所述电位器RV3的第3引脚、所述电阻R25的一端连接，所述电阻R25的另一端接地，所述电阻R26的另一端与所述运算放大器U5：C的同相输入端连接，所述运算放大器U5：C的反相输入端与所述电阻R27的一端连接，所述运算放大器U5：C的输出端与所述电阻R27的另一端、所述电阻R28的一端连接，所述电阻R28的另一端与所述运算放大器U5：D的同相输入端连接，所述运算放大器U5：D的反相输入端分别与所述电阻R29的一端、所述电阻R30的一端连接，所述电阻R29的另一端接地，所述运算放大器U5：D的输出端与所述电阻R30的另一端接测温信号。

根据本发明的一个方面，所述集成电路U3为稳压集成电路7915，稳定电压，保证了电源电压分配时的稳定输出。

根据本发明的一个方面，所述运算放大器U4：A、所述运算放大器U4：B、所述运算放大器U4：C、所述运算放大器U4：D均为运算放大器LM324，所述变压器TR1调整过的电压加到所述运算放大器U4：A的同相输入端，所述变压器X1调整过的电压加到所述运算放大器U4：A的反相输入端进行比较放大。

根据本发明的一个方面，所述晶闸管U1的控制极与所述晶闸管U2的控制极加了正脉冲，保证其正向导通。

根据本发明的一个方面，所述光纤传感器T1与所述电阻R14、所述电阻R15、所述电阻R16和所述电位器RV2组成测量电桥，通过调节所述电位器RV2，改变零点。

根据本发明的一个方面，所述运算放大器U5：A、所述运算放大器U5：B、所述运算放大器U5：C、所述运算放大器U5：D均为运算放大器LM258，防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用四级放大。

根据本发明的一个方面，放大电路中的所述电位器RV3用于调节放大电路的增益，所述电位器RV4用于调节信号放大倍数。

一种温度补偿方法，包括：

步骤1、使用传统Plank黑体辐射公式计算腔体的单色辐射出射度建立一个模型；

步骤2、对传统 Plank 黑体辐射公式进行温度补偿，建立一个补偿修正后的温度计算公式，并从中分析动态测量的误差数据；

步骤21、根据传统Plank黑体辐射公式的表示形式，补偿修正后的温度计算公式可以进一步表示为：

Tc=A1T +A2VT+A3 （1）

其中T是基于传统Plank黑体辐射公式的计算温度，VT为传感器的输出电压，A1、A2、A3是多点标定所得补偿修正系数，Tc是修正后的温度。

步骤22、由于误差本质的一致性，动态误差和静态误差都可以理解成测量值与真值之间的差异，但是由于动态误差中包含了随机性和动态性，所以需要与静态误差相区分之后进行具体的数据处理。

根据本发明的一个方面，使用该算法的前提是，保证使用光纤传感器，且在高温检测环境，分析传感器对输入信号是否产生畸变，如果没有，则适用，否则方法不适用。

有益效果：本发明能够解决现有技术中在测量超高温度过程中因为自身结构和材料的局限，导致到测量的准确性和测量数值的可信度不高，通过对传统的温度传感装置进行进一步的改进和算法研究，从而完成更加精确的温度测量。具体将在下文描述。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的电压调节的原理图。

图3是本发明的高温检测电路的原理图。

图4是本发明的温度补偿结果对比图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种智能高温检测传感装置，包括电压调节单元、高温检测单元、中心处理单元和数据传输单元；

电压调节单元，其特征在于，还包括一种电压调节电路，可以控制电源电压的输出，保证各个单元的电压分配，提高工作效率；

高温检测单元，其特征在于，还包括一种高温检测电路，采集被测场的高温数据，然后将测量的数据传递给中心处理单元进行数据的存储和分析；

中心处理单元，包括数据存储模块和数据处理模块，所述数据存储模块储存检测的数据，所述数据处理模块对数据进行分析处理；

数据传输单元，无线传输模块进行节点数据的无线传输和交换，将所有数据传送到远程终端进行记录，防止遗失；

如图2所示，电压调节电路，包括变压器TR1、变压器X1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、晶闸管U1、晶闸管U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电位器RV1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运算放大器U4：A、运算放大器U4：B、运算放大器U4：C、运算放大器U4：D、电感L1和集成电路U3，所述变压器TR1的第1引脚接输入电压，所述变压器TR1的第2引脚接输入电压，所述变压器TR1的第3引脚分别与所述二极管D4的正极、所述晶闸管U1的阳极连接，所述变压器TR1的第4引脚分别与所述二极管D5的正极、所述晶闸管U2的阳极连接，所述二极管D4的负极分别与所述二极管D5的负极、所述电阻R3的一端连接，所述晶闸管U1的控制极与所述电阻R1的一端连接，所述晶闸管U2的控制极与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的另一端、所述变压器X1的第1引脚连接，所述晶闸管U1的阴极分别与所述晶闸管U2的阴极、所述变压器X1的第3引脚、所述二极管D1的负极和所述电感L1的一端连接，所述二极管D1的正极接地，所述变压器X1的第2引脚分别与所述电容C2的一端、所述电阻R5的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R5的另一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R7的一端均接VCC信号，所述电阻R6的另一端分别与所述二极管D6的正极、所述运算放大器U4：A的反相输入端连接，所述二极管D6的负极接地，所述运算放大器U4：A的同相输入端分别与所述电阻R3的另一端、所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端接地，所述运算放大器U4：A的输出端分别与所述电阻R7的另一端、所述电容C3的一端和所述运算放大器U4：B的反相输入端连接，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U4：B的输出端分别与所述变压器X1的第4引脚连接，所述运算放大器U4：B的同相输入端分别与所述电阻R8的一端、所述电阻R9的一端连接，所述电阻R8的另一端接VCC信号，所述电阻R9的另一端分别与所述电容C4的一端、所述运算放大器U4：C的输出端连接，所述运算放大器U4：C的反向输入端分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R13的一端和所述电阻R12的一端连接，所述电阻R13的另一端接地，所述运算放大器U4：C的同向输入端分别与所述电阻R11的一端、所述电阻R10的一端连接，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R10的另一端与所述二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极分别与所述电感L1的另一端、所述电容C1的一端、所述电容C5的一端和所述集成电路U3的第1引脚连接，所述电容C1的另一端接地，所述电容C5的另一端与所述电位器RV1的第2引脚均接地，所述集成电路U3的第2引脚分别与所述运算放大器U4：D的输出端、所述运算放大器U4：D的反向输入端连接，所述运算放大器U4：D的同向输入端与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述集成电路U3的第3引脚分别与所述电位器RV1的第1引脚、所述电阻R12的另一端和所述电容C6的一端均接输出电压，所述电容C6的另一端接地；

如图3所示，高温检测电路，包括运算放大器U5：A、运算放大器U5：B、运算放大器U5：C、运算放大器U5：D、光纤传感器T1、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电位器RV1、电位器RV2、电位器RV3、电位器RV4、电容C7、电容C8和电容C9，所述电阻R14的一端与所述电阻R15的一端均接输出电压，所述电阻R14的另一端分别与所述电位器RV2的第1引脚、所述电位器RV2的第3引脚和所述电阻R18的一端连接，所述电位器RV2的第2引脚与所述电阻R16的一端连接，所述电阻R15的另一端分别与所述光纤传感器T1的第1引脚、所述电阻R17的一端连接，所述光纤传感器T1的第2引脚与所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R17的另一端分别与所述电容C7的一端、所述运算放大器U5：A的同相输入端连接，所述电容C7的另一端接地，所述运算放大器U4：A的反相输入端分别与所述电阻R18的另一端和所述电阻R19的一端连接，所述电阻R19的另一端分别与所述电阻R21的一端、所述电阻R20的一端连接，所述电阻R21的另一端与所述电位器RV3的第2引脚连接，所述电位器RV3的第1引脚与所述电位器RV3的第3引脚均接VCC信号，所述电阻R20的另一端分别与所述运算放大器U5：A的输出端、所述电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端分别与所述电容C8的一端、所述电阻R23的一端连接，所述电阻R23的另一端分别与所述电容C9的一端、所述运算放大器U5：B的同相输入端连接，所述电容C9的另一端接地，所述运算放大器U5：B的反相输入端分别与所述电容C8的另一端、所述运算放大器U5：B的输出端、所述电阻R24的一端、所述电位器RV4的第1引脚、所述电阻R26的一端连接，所述电阻R24的另一端接地，所述电位器RV4的第2引脚分别与所述电位器RV3的第3引脚、所述电阻R25的一端连接，所述电阻R25的另一端接地，所述电阻R26的另一端与所述运算放大器U5：C的同相输入端连接，所述运算放大器U5：C的反相输入端与所述电阻R27的一端连接，所述运算放大器U5：C的输出端与所述电阻R27的另一端、所述电阻R28的一端连接，所述电阻R28的另一端与所述运算放大器U5：D的同相输入端连接，所述运算放大器U5：D的反相输入端分别与所述电阻R29的一端、所述电阻R30的一端连接，所述电阻R29的另一端接地，所述运算放大器U5：D的输出端与所述电阻R30的另一端接测温信号。

在进一步的实施例中，所述集成电路U3为稳压集成电路7915，稳定电压，保证了电源电压分配时的稳定输出。

在进一步的实施例中，所述运算放大器U4：A、所述运算放大器U4：B、所述运算放大器U4：C、所述运算放大器U4：D均为运算放大器LM324，所述变压器TR1调整过的电压加到所述运算放大器U4：A的同相输入端，所述变压器X1调整过的电压加到所述运算放大器U4：A的反相输入端进行比较放大。

在更进一步的实施例中，所述变压器TR1和所述变压器X1对电压进行多次调整，保证各个单元的电压供给更合适。

在进一步的实施例中，所述晶闸管U1的控制极与所述晶闸管U2的控制极加了正脉冲，保证其正向导通。

在更进一步的实施例中，所述晶闸管U1与所述晶闸管U2以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍。

在进一步的实施例中，所述光纤传感器T1与所述电阻R14、所述电阻R15、所述电阻R16和所述电位器RV2组成测量电桥，通过调节所述电位器RV2，改变零点。

在更进一步的实施例中，所述电位器RV2可以调整输入到运放的差分电压信号大小。

在进一步的实施例中，所述运算放大器U5：A、所述运算放大器U5：B、所述运算放大器U5：C、所述运算放大器U5：D均为运算放大器LM258，防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用四级放大。

在进一步的实施例中，放大电路中的所述电位器RV3用于调节放大电路的增益，所述电位器RV4用于调节信号放大倍数。

如图4所示，一种温度补偿方法，包括：

步骤1、使用传统Plank黑体辐射公式计算腔体的单色辐射出射度建立一个模型；

步骤2、对传统 Plank 黑体辐射公式进行温度补偿，建立一个补偿修正后的温度计算公式，并从中分析动态测量的误差数据；

步骤21、根据传统Plank黑体辐射公式的表示形式，补偿修正后的温度计算公式可以进一步表示为：

Tc=A1T +A2VT+A3 （1）

其中T是基于传统Plank黑体辐射公式的计算温度，VT为传感器的输出电压，A1、A2、A3是多点标定所得补偿修正系数，Tc是修正后的温度。

步骤22、由于误差本质的一致性，动态误差和静态误差都可以理解成测量值与真值之间的差异，但是由于动态误差中包含了随机性和动态性，所以需要与静态误差相区分之后进行具体的数据处理。

在进一步的实施例中，使用该算法的前提是，保证使用光纤传感器，且在高温检测环境，分析传感器对输入信号是否产生畸变，如果没有，则适用，否则方法不适用。

总之，本发明具有以下优点：实现了高温检测的高准确性，既保证了智能高温检测传感装置的持续工作时间，又通过一种温度补偿方法实现了测量数据的修正，增加了高温数据检测的准确性。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。