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
3、量不需要与被测对象接触，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
4、辐射率 1.0的物体，物理上叫做黑体。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
5、。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
6、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，I
7、CL7106 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。
