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红外体温检测仪技术原理
发布日期:2020-07-17 17:22

红外线测温仪的原理是一切温度高于零度(-273.15℃)的物体都在不停地向周围空间发射红外能量。其辐射特性、辐射能量的大小、波长分布等都与物体表面温度密切相关。反过来,通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外辐射测温的原理。人体与其他生物体一样,自身也在向四周辐射释放红外能量,其波长一般为9-13μm,是处在0.76-100μm 的近红外波段。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收,也就是说,人体向外辐射的红外大小与环境影响无关,只是与人体释放能量大小有关,因此,只要通过对人体自身辐射红外能量的测量就能准确地测定人体表面温度。人体红外温度传感器就是根据这一原理设计制作而成的。

检测硬件结构目前红外测温仪基本架构为:传感器模块+运算放大器模块+MCU模块+LCD模块+电源模块+按键模块,红外测温仪的工作过程 :红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理器、输出显示等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量,视场大小由测温仪的光学零件以及位置决定。被测物体辐射的红外线首先进入测温仪的光学系统,再由光学系统汇聚射入的红外线,使能量更加集中,聚集后的红外线输入到光电探测器,探测器关键部件是红外传感器,它的任务是把光信号转化为电信号;从光电探测器输出的电信号经过放大器和信号处理电路,按照MCU内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

红外温度传感器根据能量转换所用材料不同,主要有以下几种类型:(1) 热释电型:硫酸三甘肽(2) 热电堆型:N型和P型的多晶硅(3) 二极管型:单晶或多晶PN结(4) 热电容型:双材料薄膜(5)热敏电阻型:氧化钒、非晶硅等。其实,这些类型都只是在接收红外能量后,转换方式和材料能效比不同而已。目前耳、额温枪采用的红外传感器均为热电堆式,基本原理为塞贝克效应。

红外传感器主要品牌如下表所示,其中Melexis 是数字输出型,也是最简单的方案;其他品牌都是模拟输出型,需要通过ADC转换成数字量,输入到MCU单元。热电堆式温度传感器主要参数指标:测量范围、测量精度、工作温度、最大测量距离、输出电压以及封装形式等。模数转换器ADC,主要实现模拟量转换数字量,ADC芯片主要参数为:采样速度、精度,ADC品牌如下表所示:运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元,随着半导体技术的发展,大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多,广泛应用于电力电子行业。其主要参数为:增益带宽积、压摆率、偏置电流、失调电压、噪声等,运放品牌如下表所示:运放对采集的信号进行放大处理,通过通信接口传输到MCU。

MCU对传感器采集当前环境温度进行相应温度补偿处理,并把修正后的温度作为当前记录存储,同时判断该温度所处的LCD背光范围。红外测温仪核心主要由ADC芯片和控制芯片设计组成,可实现按键控制、LCD显示、电量检测等功能,MCU品牌如下表所示:LCD显示模块,显示当前温度、当前记忆温度、测量模式、电池状态、语音开关状态等信息,根据MCU判断该温度所处的LCD背光范围,从而进行相应的背光显示:(35.0-37.4℃)体温正常绿色背光(37.5-37.9℃)体温偏高黄色背光、(38-42.9℃)体温超高红色背光。

红外热成像测温仪无需工作人员近距离检查通关人员,远距离测温既尊重了彼此隐私,也减少了近距离接触和人员聚集引起的交叉感染的风险;综合智能测温平台系统实现了无人化操作,增加安全,可实时储存也可及时智能报警,且可以满足事后查证的需要。

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