【新】近年来悄悄走红的非接触红外温度测量是怎么一回事?

2016-07-12 世强 Zake

随着生活水平的不断提高,人们逐渐开始关注个人的身体健康。近年来出现了大量的健康医疗设备。如最近比较热门的非接触式的红外温度测量,被大量使用在额温枪、耳温枪、手机、智能充电宝……


怎样才能精确的测量出被测物体的温度,这里以高精度非接触式红外温度传感器MLX90614ESF-DCC为例,介绍如何设计一款高性能的红外温度传感产品。


 一、原理图设计:

MLX90614ESF-DCC与MCU的连接图非常简单,如图1,MLX90614ESF-DCC采用IIC通信方式与MCU进行数据交换。其中需要注意的地方是MLX90614ESF-DCC的供电电压为2.6 ~ 3.6V,推荐使用3V供电,如图2为典型的被测物体温度偏差与供电电压的关系。如果系统确实没有3V电源,则可以通过补偿算法来补偿:

 

图1 :MLX90614与MCU的连接图


图2 :MLX90614ESF-DCC供电电压与To的误差关系


二、软件设计

1、温度的计算

MLX90614直接输出温度信号的数字值,计算公式为: Ta, To = ReadReg x 0.02 -273.15 ℃。其中ReadReg为从MLX90614内部读出来的数字值。

 

2、发射率的修改

得出被测物体的温度前提是物体的发射率是正确的。MLX90614在出厂时已通过黑体校准,默认的发射击率为1,人体的发射率大约为0.95。如果是测其它物体的温度需要根据该物体的发射率进行修改。发射率的地址为EEPROM @ 0x04。

 

3、额温转体温算法

世界卫生组织认可的四个发烧检测部位是:直肠、腋下、口腔和耳温。没有额温,因为不同肤色,是白人还是黑人;是室内还是室外,一阵风吹过来;还有个体的差异;温度都是不一样的,它不是一个恒定的温度,因此,用在额温测量时需要通过一定的算法计算出体温。Melexis提供一种高精度的算法,如需要获取该算法或更多的技术支持可以与世强联系:400-887-3266。


三、结构设计

结构设计也是非常关键的,不仅决定整个系统的外观,也决定了系统的测精度。主要有两个因素:热冲击和视场角。

1、热冲击

热辐射使物体受到局部快速加热,称为受到热冲击。通俗来讲就是传感器的冷端(外壳)温度突变。例如在测量时传感器的表面接触到皮肤,会导致传感器表面温度上升,这种情况会导致测量误差增大。因此在结构设计时,尽量避开这种热冲击。


2、视场角

视场是由温差电堆接收到50%的辐射信号来确定的,并且和传感器的主轴线相关。如图3所示。在MLX90614数据手册中有标明各个版本的视角(FOV)大小。如果开孔太小,测量的温度就是结构上面的温度与被测物体的温度加权平均。因此在产品的结构设计时,结构上面的开孔视角必须要大于MLX90614的FOV。

 

图3 :视场角FOV的定义


如图4所示耳温枪的结构设计,如MLX90614ESF-DCC版本的FOV为35度,结构上面的开孔FOV至少需要按60度设计。

图4 :耳温枪的结构示意图

 

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