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1、红外非接触传感器在医疗测温上的应用摘要:MELEXIS红外系列传感器是一组通用的红外测温模块。在出厂前该模块已进行校验及线性化,具有非接触、体积小、精度高,成本低等优点。被测目标温度和环境温度能通过单通道输出,并有两种输出接口,适合于汽车空调、室内暖气、家用电器、手持设备以及医疗设备应用等。本文基于MLX90614为例介绍其在医疗非接触测温的相关测温方案。关键字：红外温度传感器，医疗，非接触，MELEXIS1引言一般来说,测温方式可分为接触式和非接触式,接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度,所以响应时间长,且极
2、易受环境温度的影响;而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度,不与被测物体接触,具有影响动被测物体温度分布场,温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、不受测温上限的限制、稳定性好等特点,近年来在家庭自动化、汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。2测温原理概述物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度关系密切。因此,通过对物体自身红外辐射的测量,能准确地确定其表面温度,红外测温就是利用这一原理测量温度的。红外测温器由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理及输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能
3、量,视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路,并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。Melexis公司生产的MLX90614系列测温模块是应用非常方便的红外测温装置,其所有的模块都在出厂前进行了校验,并且可以直接输出线性或准线性信号,具有很好的互换性,免去了复杂的校正过程。该模块以81101热电元件作为红外感应部分。输出是被测物体温度(TO)与传感器自身温度(Ta)共同作用的结果,理想情况下热电元件的输出电压为:Vir=A(To4
4、−Ta4)5其中温度单位均为Kelvin,A为元件的灵敏度常数。目标温度和环境温度由81101内置的热电偶测定测量,从81101中输出的两路温度信号分别经内部MLX90302器件上高性能、低噪声的斩波稳态放大器放大再经一个17-bit的模数转换器(ADC)和强大的数字信号处理(DSP)单元后输出。该系列模块的温度解析度可达0.01°C,体积小巧,被测目标和环境温度能通过单通道(由MLX90302内的状态机控制)输出,有两种输出方式:PWM输出、可编程SMBus输出,适于多种应用环境,下面以MLX90614为例,重点介绍其特性和使用
5、方法。通过SMBus编程可以更改模块EEPROM内的预设值并按照应用要求进行配置,并可以读出EEPROM内的配置信息;还可以读出模块RAM内温度等数据。MLX90614有适用于3伏和5伏电源操作的两种类型。由于3伏型其小于2毫安的电流消耗,它非常适用于手提装置和电池动力装置。为此,传感器也具有一个节能“休眠”模式,此时电流消耗可低于2毫安。对于12伏汽车电池直接供电的情况,5伏型包含的电子部件可与几个外部元件一起在较高电压下运行。3MLX90614简介3.1MLX90614管脚53.2性能图表3.2.1MLX90614温度读书精确
6、度所有精确度特征都是在保证器件金属封装在热均衡的情况下.并且,所有精确度都只适用于感应器视野范围内只存在被测物体.图2:初步MLX90614精确图表(环境温度Ta,物体温度To)5所有精确度特征都是在保证器件金属封装在热均衡的情况下.对于MLX90614医疗精确度版本MLX90614DAA,在环境温度10oC-40oC范围和被测物体温度32oC-42oC范围内精确度如下图所示.对于其余范围的的精确度,请参照前图.图3:初步医疗应用MLX90614DAA精确图表(环境温度Ta,物体温度To)4.设计要点采用辐射测温法。在进行方案设计
7、时注意以下几点。（1）由于低温目标红外辐射信号微弱，故要选择高响应率的红外探测器，这是实现低温目标能量探测的关键。（2）光经红外探测器转为电信号，此信号极其微弱，因此要选择低噪声、高输入阻抗、低温漂、高共模抑制比的运放，来提高测温精度和稳定性。（3）由于本测温仪包含数字信号和模拟信号，因此在进行电路设计和PCB板设计时，一定要尽量避免数字信号对模拟信号产生影响，采取相应的屏蔽措施。（4）由于测量体表温度，不同的部位体表温度有所不同，因此正确的环境温度补偿和误差修正必不可少。（5）使光学系统与激光瞄准保持平行，以保证被测物体的准确定
8、位。52.3红外测温仪的设计方案测温仪由热电堆传感器、单片机、液晶显示、电源管理等部分组成。通过热电堆探测器得到物体温度对应的电信号，电信号经过前置放大后送至A/D模块进行数模转换，再通过SMBus总线将数据传到8051单片机系统，由单片机进行数据
