非接触式红外遥感体温计的设计和实现

　　1 引言

　　现在, 人们对自己的身体健康状况十分关注,都希望自己有一个好的身体。体温是人体的重要生理参数之一, 对它的监测十分重要。市场上最流行的体温计是电子体温计, 特别是非接触式红外体温计。目前国内开发的红外体温计主要有华中科技大学研制的“慧眼 HW- 05”人体温度红外热图像仪, 其分辨率高达 0.06 ℃; 中科院上海物理研究所研制的红外测温仪和兰州大学合华技术应用开发中心开发的 LHW- Ⅰ型红外线测温仪。国外产品有德国博郎集团开发的只需 1 秒即可测出体温的红外体温计; 日本欧姆龙研制的几款非接触式红外体温计和BJ40 型非接触式医用红外线体温计 ( 精度为±0.2℃, 其主要器件是红外温度传感器。本文给出了应用GE 公司的 ZTP135S- R 型红外温度传感器进行的体温计设计。

　　2 红外温度传感器的原理

　　自然界一切温度高于绝对零度(- 273.15 ℃) 的物体, 由于分子的热运动都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波, 其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克(Plank)定律。红外测温的原理是一样的, 都是根据普朗克原理。一般理解红外测量的是物体的温度, 其实测的是目标物与传感器或者说是物体与环境温度之间的差值。物体辐射能量的大小直接与该物体的温度有关, 具体地说,是与该物体热力学温度的 4 次方成正比, 用公式可表达为:

　　人体主要辐射波长为 9 μm~10 μm 的红外线,通过对人体自身辐射红外能量的测量便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收, 因而也可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。红外温度传感器利用热电偶原理, 测量目标物与传感器或者物体与环境温度之间的差值。热电偶的原理是二种不同的金属 A 和 B 构成一个闭合回路, 当二个接触端温度不同时(T>T0), 回路中产生热电势 Eab, 其中 T 称为热端、工作端或测量端, T0称为冷端、自由端或参比端。A 和 B 称为热电极。热电势的大小由接触电势( 也叫伯尔贴电势) 和温差电势(也叫汤姆逊电势)决定。

　　3 ZTP135S- R 的工作原理和性能

　　GE 公司生产的 ZTP135S- R 型红外温度传感器是一种专门用于非接触式测量体温的器件, 其主要参数如下:

　　芯片尺寸大小: 1.8 mm×1.8 mm;

　　光孔大小: 1.4 mm ×1.4 mm;

　　电偶数: 60 对;

　　作用面积: 0.7 mm×0.7 mm;

　　内阻: 60 kΩ±30 %;

　　电阻温度系数: < 0.12 %/℃;

　　敏感度: 65 V/W ±30 %;