本发明涉及非接触式红外测温领域，特别涉及一种基于荧光余辉的非接触式测温方法及装置。
背景技术：
非接触式温度测量技术，它的温度敏感元件与被测对象互不接触，最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温技术。基于这一物理原理的非接触式红外测温仪，可以通过测量目标表面所辐射的红外能量来确定表面温度，是现有非接触式温度测量的主流技术。2019新冠疫情防控采用的人体体温测量技术都采用非接触式红外线测温仪。
现有非接触式红外线测温仪的核心温度测量元件是采用氧化矾、多晶硅等半导体电子材料的热堆电子学器件，通过人体辐射的热红外线，通过红外线透镜，聚焦到热堆电子学器件，使得热堆电子学器件温度升高，导致热堆电子学器件电流的变化来检测人体的温度。现有技术如图6所示，主要存在二方面缺点：一方面是由于应用材料温度响应系数的限制，对于非制冷非接触式红外线测温仪的温度分辨率在摄氏0.5度-1度。另一方面电子学器件的制造依赖半导体器件器件制造工艺，成本也比较高。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种基于荧光余辉的非接触式测温方法，包括以下步骤：
聚焦被测物体的热红外辐射到荧光材料上；
激发光照射所述被测物体的热红外辐射聚焦处，荧光材料发出荧光；
关闭激发光后获取所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
对所述电信号进行放大与积分；
根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
进一步，按照一定频率矩形脉冲将所述激发光照射所述被测物体的热红外辐射聚焦处；
根据所述频率对所述电信号进行放大与积分并根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值；
将计算得出的所述被测物体表面温度值的均值作为所述被测物体表面温度值。
本发明另一方面提供了一种基于荧光余辉的非接触式高精度测温装置，包括聚焦透镜、激发光源、荧光材料、可见光聚焦透镜、光电信号转换模块、放大积分模块和计算模块，其中：
所述聚焦透镜，用于聚焦被测物体的热红外辐射到所述荧光材料上；
所述激发光源，产生激发光并照射于所述荧光材料上；
所述荧光材料，设置于所述聚焦透镜的焦点处，接收所述聚焦透镜聚焦的所述被测物体的热红外辐射和所述激发光源产生的激发光；
所述可见光聚焦透镜，用于接收所述荧光材料在所述激发光源关闭后的荧光余辉并传输给所述光电信号转换模块；
所述光电信号转换模块，用于将所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
所述放大积分模块，用于对所述电信号进行放大与积分；
所述计算模块，用于根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
进一步，所述聚焦透镜为热红外菲涅耳透镜；
所述荧光材料为将荧光粉体涂敷到5mmx5mm聚碳酸酯材料透明基片上。
进一步，所述激发光源为包括紫外led或红外激光器；
所述荧光材料为包括紫外荧光材料或红外及可见光荧光材料。
进一步，所述涂覆方式为包括旋涂纳米粉体材料成膜工艺。
进一步，在所述荧光材料上设置红外滤波片，所述被测物体的热红外辐射聚焦后，通过所述红外滤波片照射到所述荧光材料上。
进一步，还包括控制模块，所述控制模块按照预设频率同步控制以下模块工作：
控制所述激发光源发出激发光；
控制所述光电信号转换模块将所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
控制所述放大积分模块对所述电信号进行放大与积分；
控制所述计算模块根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
本发明采用荧光材料余辉衰减时间进行非接触式红外线测温，能够获得比现有热堆电子学器件更加高的温度灵敏度，根据现有材料和技术，温度灵敏度可达到0.1度，比较现有热红外测温技术提高5倍以上；本发明在透明的低导热系数聚合物材料基片上直接涂敷荧光材料薄膜，无需进行探测元件的半导体器件制造，降低了成本；本发明采用针对荧光波长的带通滤波片，降低环境光线对检测精度的影响。
附图说明
图1为本发明实施例1方法流程图；
图2为荧光材料余辉衰减时间系数与材料的温度关系示意图
图3为本发明装置实施例结构图；
图4为本发明装置中荧光材料红外辐射热检测片示意图；
图5为紫外荧光材料红外辐射热检测片检测效果图；
图6为现有采用半导体热堆元件和电子学检测技术的非接触式红外线测温仪示意图
其中，图3中各标记为：
1：被测目标物体及其热红外辐射；2：热红外菲涅耳透镜；3：热红外滤波片；4：荧光材料红外辐射热检测片；5：荧光材料荧光激发光源；标注6：荧光材料发出的荧光；7：可见光聚焦透镜；8：荧光波长的带通滤波片；9：光电管；10：信号放大与积分模块；11：信号比较器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
方法实施例：
本发明提出一种基于荧光余辉的非接触式高精度测温方法，如图1所示：
聚焦被测物体的热红外辐射到荧光材料上，具体的，可以通过热红外菲涅耳透镜将被测物体的热红外辐射聚焦到荧光材料上。
激发光照射所述被测物体的热红外辐射聚焦处，即荧光材料上，荧光材料发出荧光。
关闭激发光后获取所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
对所述电信号进行放大与积分，如图2所示，荧光材料的余辉衰减时间系数与材料的温度相关，通过电子学处理手段测量余辉的时间积分，就可以检测材料的温度。由于半导体集成电路技术的发展，在批量情况下，这种电子学处理模块的成本是比较低的。
根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
另外，为了更为准确的测量被测物体表面问题，可以对被测物体红外热辐射进行多次测量，即：按照一定频率将所述激发光照射所述被测物体的热红外辐射聚焦处；根据所述频率对所述电信号进行放大与积分并根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值；
装置实施例：
本实施例提供了一种基于荧光余辉的非接触式高精度测温装置，包括聚焦透镜、激发光源、荧光材料、可见光聚焦透镜、光电信号转换模块、放大积分模块和计算模块，其中：
所述聚焦透镜，用于聚焦被测物体的热红外辐射到所述荧光材料上；
所述激发光源，产生激发光并照射于所述荧光材料上；
所述荧光材料，设置于所述聚焦透镜的焦点处，接收所述聚焦透镜聚焦的所述被测物体的热红外辐射和所述激发光源产生的激发光；
所述可见光聚焦透镜，用于接收所述荧光材料在所述激发光源关闭后的荧光余辉并传输给所述光电信号转换模块；
所述光电信号转换模块，用于将所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
所述放大积分模块，用于对所述电信号进行放大与积分；
所述计算模块，用于根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
具体如图3所示，所述装置各部件相互连接关系为：被测目标物体的热红外辐射1通过热红外菲涅耳透镜2聚焦，荧光材料红外辐射热检测片4放置在热红外菲涅耳透镜2的焦点处，热红外滤波片3放置于荧光材料红外辐射热检测片4前面，使用荧光材料荧光激发光源5照射荧光材料红外辐射热检测片4，荧光材料红外辐射热检测片4发出荧光6，如图4所示，并且在荧光材料荧光激发光源5关闭后发射出余辉，荧光材料余辉曲线的衰减系数与荧光材料红外辐射热检测片4的温度存在唯一的关系，光电管9接收荧光材料余辉获得电信号，荧光波长的带通滤波片8放置于光电管9前，信号放大与积分模块10和信号比较器11对光电管9接收荧光材料余辉获得的电信号进行处理，获得荧光材料红外辐射热检测片的温度，并且计算出热红外辐射轻强度和待测目标物体的温度。
为了增加测量的精度，还可以增加控制模块，所述控制模块按照预设频率同步控制以下模块工作：
控制所述激发光源发出激发光；
控制所述光电信号转换模块将所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
控制所述放大积分模块对所述电信号进行放大与积分；
控制所述计算模块根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
所述激发光源为包括紫外led、红外激光器等光源；
所述荧光材料为包括紫外荧光材料、红外及可见光荧光材料等荧光材料。
所述涂覆方式为包括旋涂等纳米粉体材料成膜工艺。
本实施例还可以采用紫外荧光材料，制备的紫外荧光材料红外辐射热检测片实际效果如图5。
为了达到更好的效果，本实施例还包括聚碳酸酯(简称pc)材料菲涅耳透镜、紫外led、可见光聚焦透镜、多晶硅光电检测元件、荧光波长的带通滤波片、信号放大与积分模块、信号比较器，此处不再赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
1.一种基于荧光余辉的非接触式测温方法，其特征在于：
聚焦被测物体的热红外辐射到荧光材料上；
激发光照射所述被测物体的热红外辐射聚焦处，荧光材料发出荧光；
关闭激发光后获取所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
对所述电信号进行放大与积分；
根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
2.根据权利要求1所述基于荧光余辉的非接触式测温方法，其特征在于：
按照一定频率矩形脉冲将所述激发光照射所述被测物体的热红外辐射聚焦处；
根据所述频率对所述电信号进行放大与积分并根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值；
将计算得出的所述被测物体表面温度值的均值作为所述被测物体表面温度值。
3.一种基于荧光余辉的非接触式高精度测温装置，其特征在于包括聚焦透镜、激发光源、荧光材料、可见光聚焦透镜、光电信号转换模块、放大积分模块和计算模块，其中：
所述聚焦透镜，用于聚焦被测物体的热红外辐射到所述荧光材料上；
所述激发光源，产生激发光并照射于所述荧光材料上；
所述荧光材料，设置于所述聚焦透镜的焦点处，接收所述聚焦透镜聚焦的所述被测物体的热红外辐射和所述激发光源产生的激发光；
所述可见光聚焦透镜，用于接收所述荧光材料在所述激发光源关闭后的荧光余辉并传输给所述光电信号转换模块；
所述光电信号转换模块，用于将所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
所述放大积分模块，用于对所述电信号进行放大与积分；
所述计算模块，用于根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
4.根据权利要求3所述基于荧光余辉的非接触式测温装置，其特征在于：
所述聚焦透镜为热红外菲涅耳透镜；
所述荧光材料为将荧光粉体涂敷到5mmx5mm聚碳酸酯材料透明基片上。
5.根据权利要求4所述基于荧光余辉的非接触式测温装置，其特征在于：
所述激发光源为包括紫外led或红外激光器；
所述荧光材料为包括紫外荧光材料或红外及可见光荧光材料。
6.根据权利要求5所述基于荧光余辉的非接触式测温装置，其特征在于：
所述涂覆方式为包括旋涂纳米粉体材料成膜工艺。
7.根据权利要求3-6所述任一基于荧光余辉的非接触式测温装置，其特征在于：
在所述荧光材料上设置红外滤波片，所述被测物体的热红外辐射聚焦后，通过所述红外滤波片照射到所述荧光材料上。
8.根据权利要求7所述基于荧光余辉的非接触式测温装置，其特征在于还包括控制模块，所述控制模块按照预设频率同步控制以下模块工作：
控制所述激发光源发出激发光；
控制所述光电信号转换模块将所述荧光材料的荧光余辉并转换为电信号；
控制所述放大积分模块对所述电信号进行放大与积分；
控制所述计算模块根据所述积分值计算所述被测物体表面温度值。
技术总结