红外体温装置的设计

　　引言

　　随着2003 年非典的袭击, 在我国迅速诞生了一支专门抗击非典的医疗仪器队伍, 特别是在红外体温检测仪的研发方面取得了突出的成就。国家相关部门也在重点强调非接触式体温计的研发。生理参数是人体最重要、最基本的生命指标,对危重病人进行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一, 它有利于对有生命危险的伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理。体温是人体最基本的生理参数, 对于日常护理和病情检测都是非常重要的。有许多疾病都能通过体温的变化来预测。

　　本文主要设计了一种红外体温装置, 其中要解决问题有: 体温信号的非接触测量、微弱电压信号的放大、传感器的环境温度补偿等。其中体温测量选用带温度补偿功能的红外热电堆温度传感器 ZTP135S- R;电压放大利用低失调、低漂移的精密运算放大器OP07; 环境温度软件补偿, A/D 转换、系统控制等功能都用 AVR 单片机 mega16 实现。

　　1 系统的硬件设计

　　本文所设计的红外体温装置包括以下几个硬件模块: 传感器、放大电路、电源、单片机控制、显示。

　　1.1 传感器模块

　　红外温度传感器是利用热电偶的原理, 测量的是目标物与传感器或者说是环境的温度之间的差值。本设计所使用的红外温度传感器为 GE 公司生产的ZTP135S- R, 其原理是被测物体的辐射能经过窗口和光阑聚焦在接收元件( 热电堆) 的受热片上, 受热片上有60 只串连的热电偶, 每只热电偶的热端在受热片的中央部位围成一圈, 焊接在一起, 从引线出来就可以得到所有电偶的热电势之和。它的输出电压成线性关系。其内阻为60KOhm ±30%, 敏感度: 65V/W ±30%, 探测灵敏度: 1.4E08 cmHz^(1/2)/W

　　1.2 放大电路模块

　　本设计所采用的放大器是低功耗精密运算放大器OP07, 它的特点是超低失调、低漂移、高精度, 电路正比特性好, 零点失调电压小。OP07 可以通过在1、8管脚之间加上一个电位器进行输入漂移调零, 这对于低输出的信号的放大效果非常好。其低输入偏置电流为1.8nA, 供电范围为 3V 到 22V, 超低失调的最大值为150mV。它的性能正好解决了红外温度传感器对运放的特殊要求。由于热电堆的内阻较高(约60K ), 而输出电压又非常小(1mV 左右), 须使用具有高输入阻抗(>1012 )的 CMOS 输入运算放大器。

    因为测量的人体温度在34～42℃范围内, 传感器的输出电压范围为0.7～1.5mV, 采用两极放大的形式,将电压放大 3000 倍, 即放大后电压为 2.1～4.5V, 以供单片机 A/D 转换, 单片机的 A/D 转换参考电压选择5V(图4略）(电路图6 略)。