基于单片机的双波长红外测温结构设计关国坚1,2，甘志银1,2（华中科技大学机械科学与工程学院1，湖北武汉430074；广东昭信半导体装备制造有限公司2，广东佛山528200）摘要为了解决双波长测温不同波长的变换和精确定位测量的问题，设计了一种基于单片机的变换结构，利用电机匀速反馈控制电路和单片机周期捕获功能，准确跟踪和定位采样位置。同时基于这种结构提出了一种双波长测温法的暗电流电压修正方法，大大提高了测量的精度。最后通过实验使用设计的测量结构拟合出双波长温度测量函数，测量精度在1℃之内。关键词：双波长测温波长变换结构反馈控制单片机暗电流修正：TH811文献标志码：AStructuralDesignofDual-wavelengthColorimeterBasedontheSingleChipGUANGuo-激an1,2,GANZhi-yin1,2(SchoolofMechanicalScienceandEngineer,HuazhongUniversityofScienceandTechnology1,Wuhan430074;GuangdongRealFaithSemiconductorEquipmentCo.,Ltd2,Foshan528200)AbstractAimedatsolvingtheproblemofwavelengthchangingandpositionlocatingfordual-wavelengthcolorimeter,awavelengthchanging-overdesignwithhighprecisepositionusingmotorfeedbackcontrolcircuitandProgrammableCounterArraycircle(PCA)capturebasedonthesinglechipisproposed.Meanwhile,adarkcircuitcorrectionalgorithmisanalyzed,withwhichthemeasurementprecisionisgreatlyimproved.Finally,thefunctionofthemeasurementiscompletedbyexperiment,withprecisionwithin1℃.Keywords:dual-wavelengthcolorimeterdual-wavelengthchanging-overmechanismfeedbackcontrolsinglechipdarkcircuitcorrectionalgorithm0引言红外辐射测温法具有无损害、快速、高灵敏度、高精度和广测量范围等优良特点[1]广泛应用到医学、国防、科研和工农业等领域中。根据红外辐射理论，绝大多数物体都是非黑体，用红外测温法测量得到的温度理论上与实际温度都有偏差。双波长测温法由于本身对发射率进行了一次修正补偿，所以最接近实际温度，误差最小，受被测物体的发射率、接收光面积、测量距离和光路介质特性影响较小，是红外测温法中较为理想的测温法[2]。双波长测温的关键技术是要能够准确地测量两个波段的光辐射能。同时，对于红外光敏传感器这种微弱信号电路来说，传感器的温度变化会引起传感器暗电流电压的漂移，影响测量的精度。如果要做到恒温控制往往又需要较为复杂的电路和控制，成本很高。目前的双波长测温仪器没有一种很可靠简单的结构，并且没有进行暗电流修正，精度和可靠性不高。本文设计的基于单片机的双波段变换机构简单可靠，精度在1℃之内。1双波长红外测温法原理1.1双波长测温理论物质都会发出热辐射，这种热辐射的能量与物质的温度及其材料的辐射系数有关。单位面积黑体在半球方向、单位时间的辐射通量(单色辐射度)由普朗克公示给出：(1)式中，为物体的辐射波长，为物体绝对温度，和分别成为第一与第二辐射常数。一般物体的辐射能比理想“黑体”小，其辐射能是黑体辐射能乘以物体的发射率，，红外测温法分为全辐射测温和亮度测温和比色测温。双波长测温法是根据物体在两种相邻的波长下的辐射度之比来确定物体的温度。根据（1）式，两种波长的辐射功率之比为式中，为辐射功率之比，、为选择的两个中心波长，，选取两波长带宽相等，，有(2)根据发射率理论，两个相近的波段的发射率看成近似相等[3]，即，将（2）式化简有(3)全辐射和亮度红外测温法无法实现发射率的实时测量，因此造成较大的测量误差，无法准确反应被测对象的温度[4]。目前市面上的红外测温产品，LayTec公司的EpiTT和Veeco公司的RealTemp200都是采用修正发射率的亮度测温法。这种方法虽然在修正了发射率之后能够提高测温精度[5]，但是这种方法仍受到测量距离、测量面积和测量介质等很多因素的制约。双波长测温法通过两种波长的光辐射强度之比来测温，通过比值运算把影响辐射能量的距离、面积和介质常数的影响降低，抗干扰能力强，标定和安装的要求难度大大降低。1.2双波长测温法的光路架构双波长测温法的核心关键是测量两个波段的能量值，得到双波长能量值的比值...