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基于一種快速測量人體體溫計(jì)的方案設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2013-05-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

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。他能無接觸地檢測人體運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射出的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。本文介紹了一種用于快速人體體溫的p7187熱釋電傳感器的原理及其基本設(shè)計(jì)電路。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/198817.htm

1.熱釋電效應(yīng)

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

可見,當(dāng)紅外線照射熱釋電元件時(shí),其內(nèi)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,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

常見的熱釋電傳感器有p2613,p3782,p7187等。根據(jù)法拉第法則,人體的體溫約為3 7℃,輻射最多紅外線的波長是10μm左右,而p7187對7~20μm范圍波長比較靈敏,他采用了2個(gè)熱釋電元件PZT板,PZT板表面吸收紅外線,并在受光面的內(nèi)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(diào)制器時(shí)的誤動(dòng)作)對傳感器的影響,當(dāng)2個(gè)受光電極同時(shí)受到紅外線照射時(shí),輸出電壓相互抵消而無輸出,只有當(dāng)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 紅外測溫儀系統(tǒng)基本電路及參數(shù)選擇

3.1 電路構(gòu)成

傳感器輸出信號經(jīng)放大、選頻濾波后,與室溫元件輸出進(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(shù)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)過調(diào)制器調(diào)制的1 Hz紅外輻射信號。

由溫敏二極管和運(yùn)算放大器A4組成溫度補(bǔ)償部分,他檢測調(diào)制器的溫度Ta,利用溫敏二極管的非線性作溫度補(bǔ)償。

根據(jù)斯忒藩一波耳茲曼定律,當(dāng)調(diào)制器裝置溫度為T0,被測溫體的溫度為T0時(shí),紅外線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(yīng)將 信號加到上式中進(jìn)行補(bǔ)償。V(Ta)由溫度補(bǔ)償電路提供,溫度補(bǔ)償曲線可近似地看成是四次方曲線,這個(gè)過程將在加法器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(jì)算。

4 總結(jié)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℃以內(nèi);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(dǎo)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(yīng)盡量要求被測量人處在測量環(huán)境中足夠長的時(shí)間,使得被測量人的表面換熱條件相同或相近。

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