非接觸紅外溫度測量是怎么一回事

隨著生活水平的不斷提高，人們逐漸開始關(guān)注個人的身體健康。近年來出現(xiàn)了大量的健康醫(yī)療設(shè)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(jī)、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(shè)計一款高性能的紅外溫度傳感產(chǎn)品。

一、原理圖設(shè)計：

MLX90614ESF-DCC與MCU的連接圖非常簡單，如圖1，MLX90614ESF-DCC采用IIC通信方式與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)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(tǒng)確實沒有3V電源，則可以通過補(bǔ)償算法來補(bǔ)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(shè)計

1、溫度的計算

MLX90614直接輸出溫度信號的數(shù)字值，計算公式為: Ta, To = ReadReg x 0.02 -273.15 ℃。其中ReadReg為從MLX90614內(nèi)部讀出來的數(shù)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在出廠時已通過黑體校準(zhǔn)，默認(rèn)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(jù)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(zhuǎn)體溫算法

世界衛(wèi)生組織認(rèn)可的四個發(fā)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(nèi)還是室外，一陣風(fēng)吹過來;還有個體的差 異;溫度都是不一樣的，它不是一個恒定的溫度，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(shù)支持可以與世強(qiáng)聯(lián)系：400-887-3266。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計也是非常關(guān)鍵的，不僅決定整個系統(tǒng)的外觀，也決定了系統(tǒng)的測精度。主要有兩個因素：熱沖擊和視場角。

1、熱沖擊

熱輻射使物體受到局部快速加熱，稱為受到熱沖擊。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(dǎo)致傳感器表面溫度上升，這種情況會導(dǎo)致測量誤差增大。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，盡量避開這種熱沖擊。

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，并且和傳感器的主軸線相關(guān)。如圖3所示。在MLX90614數(shù)據(jù)手冊中有標(biāo)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(jié)構(gòu)上面的溫度與被測物體的溫度加權(quán)平均。因此在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)上面的開孔視角必須要大于MLX90614的 FOV。

圖3 ：視場角FOV的定義

如圖4所示耳溫槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如MLX90614ESF-DCC版本的FOV為35度，結(jié)構(gòu)上面的開孔FOV至少需要按60度設(shè)計。

圖4 ：耳溫槍的結(jié)構(gòu)示意圖