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1、红外线人体测温仪电路的设计技术分类: 测试与测量 消费电子设计 | 2007-11-07 来源:现代电子技术 | 唐岳湘 赵修良等由于医学发展的需要,在很多情况下,一般的温度计已经满足不了快速而又准确的测温要求,例如车站和机场等的人口密度较大的地方进行人体温度测量。虽然现在国外这种测温的技术都比较成熟,但是国内这方面的技术还处于发展阶段。因此,为了适应医学发展的需要,有效地进行特殊环境下的温度测量,从而有力地控制和预防诸如非典之类的特殊疾病的传播,急需设计一种测温速度快,准确率高的测温仪。针对一般的工业用的红外测温仪的精确度不够高,我们根据这种红外线测温的原理,通过关键器件的选择、瞄准系统的设
2、计以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度,设计了一种用红外线测温电路,用于人员密集且流量大的场合进行快速的人体温度测量。1 红外线测温的原理自然界一切温度高于绝对零度(-273.15)的物体,由于分子的热运动,都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波,其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。组外辐射原理辐射定律:式中:E为辐射出射度,Wm3;为斯蒂芬波尔兹曼常数,5.6710-8W(m2K4);为物体的辐射率;T为物体的温度,单位K;T0为物 体周围的环境温度,单位K。测量出所发射的E,就可得出温度。利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与被测对
3、象接触,因此属于非接触式测量。红外温度仪表测温范围很宽,从-50直至高于3 000。在不同的温度范围,对象发出的电磁波能量的波长分布不同,在常温(0100)范围,能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表,其具体的设计也不同。根据式(1)的原理,仪表所测得的红外辐射为:式中:A为光学常数,与仪表的具体设计结构有关;1为被测对象的辐射率;2为红外温度计的辐射率;T1为被测对象的温度(K);T2为红外温度计的温度(K);他由一个内置的温度检测元件测出。辐射率是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数,数值由0至1.0。最理想的辐射物体是辐射率1.0的物体,物理上叫做黑体
4、。这是一个理论上的概念,实际上并没有一种物体的辐射率能达到1.0。但可以制造出极为接近于=1.0的实际黑体,用于温度计的校准。所有真实的物体,包括人体各部位的表面,其值都是某个低于1.0的数值。由于值极难测量而又不确定,所以在仪表测出E后,按式(2)计算出的T1就会有误差。在实际工作中,仪表是在=1.0的黑体上校准好出厂的,只有测量=1的对象,其示值才代表对象的实际温度,如果对象不等于1,则仪表读数不代表对象的实际温度,要进行修正。人体主要辐射波长在910m的红外线,通过对人体自身辐射红外能量的测量,便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收,因而可利用人体辐射的红外能量
5、精确地测量人体表面温度。人体的红外辐射特性与他的表面温度有着十分密切的关系,因此,通过对人体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定人体表面温度。红外温度测量技术的最大优点是测试速度快,1 s以内可测试完毕。由于他只接收人体对外发射的红外辐射,没有任何其他物理和化学因素作用于人体,所以对人体无任何害处。2 结构框图及电路设计2.1 结构框图设计如图1所示为设计系统的总体结构框图。2.2 温度传感器本测温装置使用红外线传感器,他能接收物体发射出的红外线并使之转换成电压信号。我选用的是PM611单元热释电传感器,这种传感器虽是单灵敏元,由于他采用一个接收元和二个并联的补偿元串接的结构,故也能有效地
6、补偿环境温度起伏,振动等于扰影响。他的工作温度是-20+70,特别适合测量人体的温度。而且PM611各项指数都比较好,因此选用了他做温度仪的探头。如图3所示:将传感器的D,S,E分别与电路图中标记的D,S,E连接即可。2.3 测量电路测量电路如图4所示。2.4 积分电路在将模拟信号转变成数字信号中,选择了ICL7106积分式AD转换器。他主要有以下的优点:积分式AD转换器的转换精度高,成本低;他的精度与积分电阻,积分电容的精度无关,故可降低对元件质量的要求;抗于扰能力强;他的外围电路简单。但是,ICL7106也有一些缺点:基准电源的变化直接影响转换精度,当芯片内部的基准电压源一般受温度影响比较大,当精度要求高时,应该采用外接基准电压源;工作速度较低,一般在120次s。所以综合ICL7106的主要特点,尤其是为了提高精度,设计中采用了外接基准电压源。另外,因为用来测温的速度最快也是1次s,ICL7106工作速度较低的缺点对我们的设计没有影响,可他的优点非常适合设计的需要,因而ICL7106是AD转换的首选。调试时,用一已知温度(2070)的物体放置在探头前,调节ICL7106部分中的R12,使LCD显示出正确温度,再换一个已知温度,继续调节这个电位器,使显示值准确等于已知温度值,反复调整几次即可。注意不要超过PM611传感器和ICL7106 AD积分器的温度上限。