近年來悄悄走紅的非接觸紅外溫度測量是怎麼一回事?

2020-12-07 電子產品世界

　　隨著生活水平的不斷提高，人們逐漸開始關注個人的身體健康。近年來出現了大量的健康醫療設備。如最近比較熱門的非接觸式的紅外溫度測量，被大量使用在額溫槍、耳溫槍、手機、智能充電寶……

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201604/289173.htm

　　怎樣才能精確的測量出被測物體的溫度，這裡以高精度非接觸式紅外溫度傳感器MLX90614ESF-DCC為例，介紹如何設計一款高性能的紅外溫度傳感產品。

　　一、原理圖設計：

　　MLX90614ESF-DCC與MCU的連接圖非常簡單，如圖1，MLX90614ESF-DCC採用IIC通信方式與MCU進行數據交換。其中需要注意的地方是MLX90614ESF-DCC的供電電壓為2.6 ～ 3.6V，推薦使用3V供電，如圖2為典型的被測物體溫度偏差與供電電壓的關係。如果系統確實沒有3V電源，則可以通過補償算法來補償：

　　  

 

　　圖1 ：MLX90614與MCU的連接圖

　　  

 

　　圖2 ：MLX90614ESF-DCC供電電壓與To的誤差關係

　　二、軟體設計

　　1、溫度的計算

　　MLX90614直接輸出溫度信號的數字值，計算公式為: Ta, To = ReadReg x 0.02 -273.15 ℃。其中ReadReg為從MLX90614內部讀出來的數字值。

　　2、發射率的修改

　　得出被測物體的溫度前提是物體的發射率是正確的。MLX90614在出廠時已通過黑體校準，默認的發射擊率為1，人體的發射率大約為0.95。如果是測其它物體的溫度需要根據該物體的發射率進行修改。發射率的地址為EEPROM @ 0x04。

　　3、額溫轉體溫算法

　　世界衛生組織認可的四個發燒檢測部位是：直腸、腋下、口腔和耳溫。沒有額溫，因為不同膚色，是白人還是黑人;是室內還是室外，一陣風吹過來;還有個體的差異;溫度都是不一樣的，它不是一個恆定的溫度，因此，用在額溫測量時需要通過一定的算法計算出體溫。Melexis提供一種高精度的算法，如需要獲取該算法或更多的技術支持可以與世強聯繫：400-887-3266。

　　三、結構設計

　　結構設計也是非常關鍵的，不僅決定整個系統的外觀，也決定了系統的測精度。主要有兩個因素：熱衝擊和視場角。

　　1、熱衝擊

　　熱輻射使物體受到局部快速加熱，稱為受到熱衝擊。通俗來講就是傳感器的冷端(外殼)溫度突變。例如在測量時傳感器的表面接觸到皮膚，會導致傳感器表面溫度上升，這種情況會導致測量誤差增大。因此在結構設計時，儘量避開這種熱衝擊。

　　2、視場角

　　視場是由溫差電堆接收到50%的輻射信號來確定的，並且和傳感器的主軸線相關。如圖3所示。在MLX90614數據手冊中有標明各個版本的視角(FOV)大小。如果開孔太小，測量的溫度就是結構上面的溫度與被測物體的溫度加權平均。因此在產品的結構設計時，結構上面的開孔視角必須要大於MLX90614的FOV。

　　  

 

　　圖3 ：視場角FOV的定義

　　如圖4所示耳溫槍的結構設計，如MLX90614ESF-DCC版本的FOV為35度，結構上面的開孔FOV至少需要按60度設計。

　　  

 

　　圖4 ：耳溫槍的結構示意圖

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