近年來(lái)悄悄走紅的非接觸紅外溫度測量是怎么一回事？

隨著(zhù)生活水平的不斷提高，人們逐漸開(kāi)始關(guān)注個(gè)人的身體健康。近年來(lái)出現了大量的健康醫療設備。如最近比較熱門(mén)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……

怎樣才能精確的測量出被測物體的溫度，這里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(chǎn)品。

一、原理圖設計：

MLX90614ESF-DCC與MCU的連接圖非常簡(jiǎn)單，如圖1，MLX90614ESF-DCC采用IIC通信方式與MCU進(jìn)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(guān)系。如果系統確實(shí)沒(méi)有3V電源，則可以通過(guò)補償算法來(lái)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(guān)系

二、軟件設計

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(lái)的數字值。

2、發(fā)射率的修改

得出被測物體的溫度前提是物體的發(fā)射率是正確的。MLX90614在出廠(chǎng)時(shí)已通過(guò)黑體校準，默認的發(fā)射擊率為1，人體的發(fā)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(fā)射率進(jìn)行修改。發(fā)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(gè)發(fā)燒檢測部位是：直腸、腋下、口腔和耳溫。沒(méi)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(fēng)吹過(guò)來(lái);還有個(gè)體的差 異;溫度都是不一樣的，它不是一個(gè)恒定的溫度，因此，用在額溫測量時(shí)需要通過(guò)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(shù)支持可以與世強聯(lián)系：400-887-3266。

三、結構設計

結構設計也是非常關(guān)鍵的，不僅決定整個(gè)系統的外觀(guān)，也決定了系統的測精度。主要有兩個(gè)因素：熱沖擊和視場(chǎng)角。

1、熱沖擊

熱輻射使物體受到局部快速加熱，稱(chēng)為受到熱沖擊。通俗來(lái)講就是傳感器的冷端(外殼)溫度突變。例如在測量時(shí)傳感器的表面接觸到皮膚，會(huì )導致傳感器表面溫度上升，這種情況會(huì )導致測量誤差增大。因此在結構設計時(shí)，盡量避開(kāi)這種熱沖擊。

2、視場(chǎng)角

視 場(chǎng)是由溫差電堆接收到50%的輻射信號來(lái)確定的，并且和傳感器的主軸線(xiàn)相關(guān)。如圖3所示。在MLX90614數據手冊中有標明各個(gè)版本的視角(FOV)大 小。如果開(kāi)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(chǎn)品的結構設計時(shí)，結構上面的開(kāi)孔視角必須要大于MLX90614的 FOV。

圖3 ：視場(chǎng)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(kāi)孔FOV至少需要按60度設計。

圖4 ：耳溫槍的結構示意圖