紅外測溫儀是一種將紅外技術與微電子技術相結合的新型溫度測量儀器。與傳統接觸式測溫儀器相比，具有測溫精度高、非接觸、不影響被測對象溫度場、響應速度快及穩定性好等一系列優點，在電力、石油、化工、醫療等領域得到廣泛應用[1]。

熱釋電紅外測溫儀是利用熱釋電效應工作的一種新型紅外測溫儀。與其他傳統測溫儀相比，具有不需制冷、能在室溫下工作和光譜響應寬等優點，且其靈敏度高、響應速度快、抗干擾能力強[2]。本文利用熱釋電探測器，結合32 bit ARM核處理器低功耗、高性能和低成本的優點，設計了一個以ARM微控制器STM32為核心的紅外測溫儀。

1 紅外測溫的原理

一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量，其輻射能量的大小及其波長的分布與其表面溫度有密切關系，由維恩位移定律可知，溫度為Tc,的物體，對應于波長為λ1和λ2的單色輻射功率之比Z 由下式表示：

2 總體構成

由于本系統需要測量的是高溫物體的表面溫度，故采用比色測溫方案，即利用同一被測物體在兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化這一特性作為其測溫原理。紅外測溫儀的結構組成如圖1所示，主要由光學系統、紅外探測器、信號處理和顯示輸出等部分組成。光學系統完成光線的收集和視場大小的確定，紅外探測器用來將聚焦在探測器上的紅外能量轉換成電信號，經放大、濾波等進行信號調理，然后送至微控制器進行模數轉換及信號處理，最后再經溫度補償和標定后轉換為被測目標的溫度并用LCD顯示出來。

2.1 微控制器STM32

STM32系列基于為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。并帶有512 KB的高速Flash存儲器，其內部集成了3個12 bit的ADC，1個2通道12 bit DAC，有多達11個定時器，其中有兩個16 bit帶死區控制和緊急剎車，用于電機控制的PWM高級控制定時器。利用此控制器可快速進行數字濾波、溫度補償等數據處理任務[3]。

2.2 光學系統

這部分采用的是反射式光學系統中典型的牛頓系統，這種系統相對于透射式和透射--反射組合式光能損失小、不存在色差、結構簡單、易于加工。

2.3 探測器及斬波器設計

本系統采用的是熱釋電傳感器，目前熱釋電傳感器的核心元件——熱釋電材料主要有鋯鈦酸鉛PZT、鈦酸鍶鋇(BST)和鉭鈧酸鉛(PST)等,在這里選擇是用BST薄膜，熱釋電薄膜相對于熱釋電體材，具有小型輕量、分辨率高、反應快、能與微電子技術兼容等優點，因接受到的輻射很微弱且直流放大器存在零點漂移，故在輻射信號到達傳感器器前必須對輻射能進行調制，使其變為交變信號。本系統使用的扇形調制盤由STM32的脈寬調制器輸出口PA8產生的占空比為50%的方波信號驅動步進電機。

2.4 信號的調理

信號的放大電路分為前置放大電路和后級放大電路。尤其是前置放大器的噪聲系數對整個檢測系統的噪聲具有決定性作用。本設計采用的放大器是美國MAXIM公司生產的OP07， OP07是一種超低失調的運算放大器(一般為10 μV左右),其共模輸入阻抗可達200 MΩ，輸出阻抗僅為60 Ω,可滿足系統設計需要。由于STM32的A/D轉換器輸入信號范圍為0～3.3 V，需選擇合適的放大倍數,使最高測溫時對應的輸出電壓在3.3 V內。

當信號經放大器放大后，其寬帶噪聲較大，因此，在前置放大器和后級放大器之間加了帶通濾波器來抑制寬帶噪聲，提高信噪比。但帶通濾波器的帶寬應做的寬一些，否則當溫度發生變化時，信號的頻譜很容易偏離濾波器的通頻帶而導致測量誤差[4]。根據本系統需要，系統采用二階巴特沃斯型帶通濾波器，其中心頻率設計為100 Hz，帶寬約在20 Hz。

2.5 檢波電路

本文設計中采用電子開關型檢波器，與模擬乘法器型檢波器相比具有電路簡單、精度更高、運行速度快、沒有非線性等優點，具體的電路如圖2所示。

由圖2可見.輸入信號V4是傳感器經主放大器放大的輸出信號，V5是STM32的PWM端口發出的,經過移相后用于斬波調制的脈沖信號;V6為V5的反相電壓，通過加一反相器來實現的。圖中R27=R28=R29=R31=R32=0.5 R33，當V5為高電平時，Q2導通，OP07的同相端接地;當V5為低電平時，Q2截止，OP07反相端接地，輸出電壓。

經上述電路后信號中還混有噪聲，主要通過低通濾波器來消除這些噪聲。