來源：國外電子元器件 作者：西南科技大學(xué) 彭桂力 劉知貴 劉利

    摘 要：紅外體溫計(jì)采用紅外溫度傳感器測量體溫，利用ge公司的ztp135s—r型紅外熱電堆溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的非接觸測量。詳細(xì)介紹了ztp135s—r型傳感器的工作原理和性能。它與自帶adc的megal6型8位單片機(jī)相連，共同實(shí)現(xiàn)體溫計(jì)的功能。

    關(guān)鍵詞：熱電堆溫度傳感器；ztpl35s—r；avr單片機(jī)；體溫；應(yīng)用

    1 引言

    現(xiàn)在，人們對(duì)自己的身體健康狀況十分關(guān)注．都希望自己有一個(gè)好的身體。體溫是人體的重要生理參數(shù)之一，對(duì)它的監(jiān)測十分重要。市場上最流行的體溫計(jì)是電子體溫計(jì)，特別是非接觸式紅外體溫計(jì)。目前國內(nèi)開發(fā)的紅外體溫計(jì)主要有華中科技大學(xué)研制的“慧眼：hw一05”人體溫度紅外熱圖像儀．其分辨率高達(dá)0．06℃；中科院上海物理研究所研制的紅外測溫儀和蘭州大學(xué)合華技術(shù)應(yīng)用開發(fā)中心開發(fā)的lhw—i型紅外線測溫儀。國外產(chǎn)品有德國博郎集團(tuán)開發(fā)的只需1秒即可測出體溫的紅外體溫計(jì)；日本歐姆龍研制的幾款非接觸式紅外體溫計(jì)和bj40型非接觸式醫(yī)用紅外線體溫計(jì)(精度為±to．2℃，其主要器件是紅外溫度傳感器。本文給出了應(yīng)用ge公司的ztp135s—r型紅外溫度傳感器進(jìn)行的體溫計(jì)設(shè)計(jì)。

    2 紅外溫度傳感器的原理

    自然界一切溫度高于絕對(duì)零度(-273．15℃)的物體。由于分子的熱運(yùn)動(dòng)都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波。其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合普朗克(plank)定律。紅外測溫的原理是一樣的，都是根據(jù)普朗克原理。一般理解紅外測量的是物體的溫度．其實(shí)測的是目標(biāo)物與傳感器或者說是物體與環(huán)境溫度之間的差值。物體輻射能量的大小直接與該物體的溫度有關(guān)．具體地說，是與該物體熱力學(xué)溫度的4次方成正比．用公式可表達(dá)為：

    e=δε(t4-t4o) (1)

    式中，e是輻射出射度．單位是w／m3；

    δ是斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，5．67x10-8w／(m2·k4)；

    δ是物體的輻射率：

    t是物體的溫度(k)；

    to是物體周圍的環(huán)境溫度(k)。

    人體主要輻射波長為9 μm—10 μm的紅外線．通過對(duì)人體自身輻射紅外能量的測量便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而也可利用人體輻射的紅外能量精確地測量人體表面溫度。

    紅外溫度傳感器利用熱電偶原理，測量目標(biāo)物與傳感器或者物體與環(huán)境溫度之間的差值。熱電偶的原理是二種不同的金屬a和b構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)二個(gè)接觸端溫度不同時(shí)(t>to)，回路中產(chǎn)生熱電勢eab，其中t稱為熱端、工作端或測量端，to稱為冷端、自由端或參比端。a和b稱為熱電極。熱電勢的大小由接觸電勢(也叫伯爾貼電勢)和溫差電勢(也叫湯姆遜電勢)決定。

    3 ztpl35s—r的工作原理和性能

    ge公司生產(chǎn)的ztp135s—r型紅外溫度傳感器是一種專門用于非接觸式測量體溫的器件，其主要參數(shù)如下：

    芯片尺寸大�。�1．8 mmxl．8 mm；

    光孔大�。�1．4 mm x 1．4 mm；

    電偶數(shù)：60對(duì)：

    作用面積：o．7 mmx0．7 ram；

    內(nèi)阻：60 kn±30％；

    電阻溫度系數(shù)：<0．12％/℃；

    敏感度：65 v／w±30％；

    噪聲電壓：32 nvrms(典型值)；

    探測靈敏度：1．4e08 emhz(1/2)w(典型值)；

    時(shí)間系數(shù)：25 ms(典型值)；

    電熱堆作溫度補(bǔ)償：r=100 kω，溫度為25℃(r公差為±3％)，β=3960 (β公差為±0．5％)；

    封裝型號(hào)：to-46；

    工作溫度：-20℃～100℃；

    存貯溫度：-40℃～120℃。

    其外形和引腳排列如圖1所示。

    被測物體的輻射能經(jīng)過窗口和光闌聚焦在接收元件(熱電堆)的受熱片上，受熱片上有60只串聯(lián)的熱電偶．每只熱電偶的熱端在受熱片的中央部位圍成