基于一種快速測量人體體溫計的方案設計

熱釋電紅外探測器是由熱釋電紅外傳感器、菲涅耳透鏡及電子電路組成的一種光電檢測裝置。他能無(wú)接觸地檢測人體運動(dòng)時(shí)輻射出的紅外線(xiàn)并轉換成電信號輸出。本文介紹了一種用于快速測量人體體溫的p7187熱釋電傳感器的原理及其基本設計電路。

1.熱釋電效應

某些強介電物質(zhì)(PZT，LiTaO3等)的表面接受了紅外線(xiàn)的輻射能量，其表面產(chǎn)生溫度變化，隨著(zhù)溫度的上升或下降，這些物質(zhì)表面上就會(huì )產(chǎn)生電荷的變化，這種現象稱(chēng)為熱釋電效應。圖1為晶體表面電荷隨溫度變化的移動(dòng)情況。

可見(jiàn)，當紅外線(xiàn)照射熱釋電元件時(shí)，其內部極化作用發(fā)生很大的變化，其變化部分作為電荷釋放出，從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。由此可見(jiàn)，熱釋電傳感器只有在溫度變化時(shí)才有輸出電壓。

2 p7187熱釋電傳感器的等效電路

常見(jiàn)的熱釋電傳感器有p2613，p3782，p7187等。根據法拉第法則，人體的體溫約為3 7℃，輻射最多紅外線(xiàn)的波長(cháng)是10μm左右，而p7187對7～20μm范圍波長(cháng)比較靈敏，他采用了2個(gè)熱釋電元件PZT板，PZT板表面吸收紅外線(xiàn)，并在受光面的內外各自安裝取出電荷的一對電極，能敏感的捕捉到被測物體或光源，具有很高的靈敏度。這2個(gè)受光電極反向串聯(lián)，可有效地防止背景波動(dòng)以及干擾光照射時(shí)的誤動(dòng)作(一是環(huán)境變化引起的誤動(dòng)作，二是使用光調制器時(shí)的誤動(dòng)作)對傳感器的影響，當2個(gè)受光電極同時(shí)受到紅外線(xiàn)照射時(shí)，輸出電壓相互抵消而無(wú)輸出，只有當人體移動(dòng)時(shí)才有電壓的輸出，輸出電壓比較精確的反映了人體移動(dòng)的情況。3 紅外測溫儀測量系統基本電路及參數選擇

3.1 電路構成

傳感器輸出信號經(jīng)放大、選頻濾波后，與室溫測量元件輸出進(jìn)行相加和修正，最后得到與被測物體溫度成正比的輸出電壓。

3.2 參數選擇

傳感器輸出的信號經(jīng)47μF電容耦合到同相放大器A1，A1的閉環(huán)增益為23～24之間。同時(shí)A1還兼做高通濾波器，其截止頻率為fL=0.3 Hz。

A2是一個(gè)低通濾波器，其閉環(huán)增益約為1，截止頻率為fH=7 Hz。

A1，A2分別把低于0.3 Hz和高于7 Hz的信號濾掉，使輸出的信號僅是經(jīng)過(guò)調制器調制的1 Hz紅外輻射信號。

由溫敏二極管和運算放大器A4組成溫度補償部分，他檢測調制器的溫度Ta，利用溫敏二極管的非線(xiàn)性作溫度補償。

根據斯忒藩一波耳茲曼定律，當調制器裝置溫度為T(mén)0，被測溫體的溫度為T(mén)0時(shí)，紅外線(xiàn)傳感器的輸出電壓為：

要獲得正比于待測物體的絕對溫度的電壓V，應將 信號加到上式中進(jìn)行補償。V(Ta)由溫度補償電路提供，溫度補償曲線(xiàn)可近似地看成是四次方曲線(xiàn)，這個(gè)過(guò)程將在加法器A3中完成。A3的作用是將信號電壓與溫度校正部分的輸出進(jìn)行加法計算。

4 總結其優(yōu)缺點(diǎn)

該紅外測溫儀靈敏度為20 mV/℃，分辨率優(yōu)于0.2℃，誤差在0.3℃以?xún)?具有非接觸快速測溫的優(yōu)點(diǎn)，這對減少相互傳染提供了重要手段。但他僅適于被測物體與傳感器單元的距離為10 cm左右的非接觸測溫場(chǎng)合，并且人體表面溫度不僅跟人體溫度相關(guān)，同時(shí)還受體表下血液循環(huán)、導熱狀況和表面換熱條件等多方面因素的影響。該測溫儀測量的是人體表面的溫度，應盡量要求被測量人處在測量環(huán)境中足夠長(cháng)的時(shí)間，使得被測量人的表面換熱條件相同或相近。