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基于热释电传感器p7187的人体测温仪的设计

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作者:时间:2008-01-23来源:收藏

  热释电是由热释电红外、菲涅耳透镜及电子电路组成的一种光电检测装置。他能无接触地检测人体运动时辐射出的红外线并转换成电信号输出。本文介绍了一种用于快速测量人体体温的热释电的原理及其基本设计电路。

  l热释电效应

  某些强介电物质(PZT,LiTaO3等)的表面接受了红外线的辐射能量,其表面产生温度变化,随着温度的上升或下降,这些物质表面上就会产生电荷的变化,这种现象称为热释电效应。图1为晶体表面电荷随温度变化的移动情况[1]。

  

  可见,当红外线照射热释电元件时,其内部极化作用发生很大的变化,其变化部分作为电荷释放出,从外部取出该电荷就变成的输出电压。由此可见,热释电传感器只有在温度变化时才有输出电压。

  2 热释电传感器的等效电路

  常见的热释电传感器有p2613,p3782,等。根据法拉第法则,人体的体温约为3 7℃,辐射最多红外线的波长是10μm左右,而p7187对7~20μm范围波长比较灵敏,他采用了2个热释电元件PZT板,PZT板表面吸收红外线,并在受光面的内外各自安装取出电荷的一对电极,能敏感的捕捉到被测物体或光源,具有很高的灵敏度。这2个受光电极反向串联,可有效地防止背景波动以及干扰光照射时的误动作(一是环境变化引起的误动作,二是使用光调制器时的误动作)对传感器的影响,当2个受光电极同时受到红外线照射时,输出电压相互抵消而无输出,只有当人体移动时才有电压的输出,输出电压比较精确的反映了人体移动的情况。P7187等效电路如图2[2]。

  

  3 红外测温仪测量系统基本电路及参数选择

  3.1 电路构成

  测量系统基本电路如图3所示。传感器输出信号经放大、选频滤波后,与室温测量元件输出进行相加和修正,最后得到与被测物体温度成正比的输出电压。

  

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  3.2 参数选择

  传感器输出的信号经47μF电容耦合到同相放大器A1,A1的闭环增益为23~24之间。同时A1还兼做高通滤波器,其截止频率为fL=0.3 Hz。

  A2是一个低通滤波器,其闭环增益约为1,截止频率为fH=7 Hz。

  A1,A2分别把低于0.3 Hz和高于7 Hz的信号滤掉,使输出的信号仅是经过调制器调制的1 Hz红外辐射信号。

  由温敏二极管和运算放大器A4组成温度补偿部分,他检测调制器的温度Ta,利用温敏二极管的非线性作温度补偿。

  根据斯忒藩一波耳兹曼定律,当调制器装置温度为T0,被测温体的温度为T0时,红外线传感器的输出电压为:

  

  由上式可知,要获得正比于待测物体的绝对温度的电压V,应将

  

  信号加到上式中进行补偿[3]。V(Ta)由温度补偿电路提供,温度补偿曲线可近似地看成是四次方曲线,这个过程将在加法器A3中完成。A3的作用是将信号电压与温度校正部分的输出进行加法计算。

  4 结 语

  该红外测温仪灵敏度为20 mV/℃,分辨率优于0.2℃,误差在0.3℃以内;具有非接触快速测温的优点,这对减少相互传染提供了重要手段。但他仅适于被测物体与传感器单元的距离为10 cm左右的非接触测温场合,并且人体表面温度不仅跟人体温度相关,同时还受体表下血液循环、导热状况和表面换热条件等多方面因素的影响。该测温仪测量的是人体表面的温度,应尽量要求被测量人处在测量环境中足够长的时间,使得被测量人的表面换热条件相同或相近。

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