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日子中常用的红外耳温计的原理剖析

传统体温测量是使用水银温度计进行接触式测量,具有性能稳定、误差小等优点,但存在测量时间长、交叉传染风险大、玻璃破碎易引起汞中 毒等缺点。据世强

传统体温丈量是运用水银温度计进行触摸式丈量,具有功能安稳、差错小等长处,但存在丈量时间长、穿插感染危险大、玻璃破碎易引起汞中 毒等缺陷。据世强商场司理余彪介绍,红外耳温计是经过红外传感器收集耳腔和鼓膜的红外辐射并转化为数字信号,主控CPU 单元将数字信号转换为温度值并显现在液晶屏上。与水银温度计比较,红外耳温计具有高精度、高分辨率、丈量速度快、操作简洁、安全舒适等长处。

红外耳温计的基本原理

下视丘是大脑操控体温的重要器官,与耳朵最接近。机体深部平均温度发生变化,耳朵的温度也敏捷发生变化,而且耳朵内部为关闭区域, 受外界要素影响小,因而耳温与体温最接近。红外耳温计经过丈量人体耳道和鼓膜的红外辐射来丈量人体温度,其辐射能量密度与温度的联系契合斯蒂芬-波尔兹曼辐射规律:

E=εσT4 (1)

其间,E为辐射出射度,即单位面积所发射的辐射功率,单位为W/m3;ε为物体的辐射率;σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数;T为物体的热力学温度,单位为K。

式(1)标明,物体的温度越高,辐射功率越大。只需已知物体的温度和它的辐射率,即可计算出它所发射的辐射功率。反之,假如丈量出物体的辐射功率,即可确认物体的温度。因而,使用红外传感器吸收红外辐射的原理丈量耳腔温度的仪器,称为红外耳温计。红外传感器选用串联的热电偶,冷接头放置在厚的芯片衬底上,热接头放置在薄膜上,薄膜吸收红外辐射,然后发生弱小电信号。根据式(1) 的原理, 红外传感器的输出信号为:

Vir(Ta,To)=A(T4 o-T4 a) (2)

其间,A为整体的敏感度,和传感器的结构规划有关;To为方针物体的热力学温度,单位为K,由红外温度传感器测出;Ta为环境的热力学温度,单位为K,需求附加的传感器丈量方针物体的环境温度。

硬件规划

红外耳温计根据红外辐射原理进行体温丈量。世强介绍的这款规划,首要由数字红外传感器、主控CPU 单元、液晶显现器和其他外围电路组成,其规划框图如图1所示。当按键按下时,数字红外传感器将收集到的红外辐射转换成数字信号。主控CPU 收集的数字信号经过运算后,在液晶屏显现出耳腔温度值,并随同蜂鸣器鸣叫。

1、传感器部分

传感器部分选用数字红外传感器MLX90615,首要由红外热电堆传感器、低噪声扩大器、16位模数转换器和功能强大的DSP 单元等组成,其结构框图如图2所示。红外热电堆传感器将收集到的红外辐射转化为电信号, 并经过低噪声扩大器扩大后送给模数转换器。模数转换器输出的数字信号经FIR/IIR 低通滤波器调度后送入数字信号处理器,数字信号处理器对数字信号运算处理后输出丈量成果并保存在MLX90615 内部RAM 中,可以经过SMBus或PWM方法供主控CPU 单元读取。

MLX90615 具有宽温度规模的高精度、高分辨率、发射率可调理、SMBus 兼容的数字接口等长处,而作为医用的MLX90615ESG-DAA 在36~39 ℃的人体温度规模内的精确度达到了±0.1 ℃。MLX90615广泛使用于高精度非触摸温度丈量、家用温度操控、卫生保健、多重温度区域操控等范畴。

2、主控CPU

CPU 选用根据ARM Cortex-M3 的32 位微操控器EFM32G842F64。该操控器具有高速牢靠、资源丰富、低功耗、宽温度规模等长处, 广泛使用于电机操控、医疗保健、手持设备等场合。EFM32G842F64具有64 KB 的片内Flash 程序存储器、53 个通用I/O引脚、2 个12 位A/D 转换器、3 个通用定时器等外设资源和USART、IIC、SPI等通讯接口, 可以满意红外耳温计的规划要求。该规划中微操控器EFM32G842F64首要完结判别按键输入、红外传感器信号的收集与处理、驱动液晶屏显现和蜂鸣器鸣叫等功能。

3、液晶显现器

该规划显现部分选用根据HD44780 液晶芯片的通用1602 字符型液晶屏, 它是指显现的内容为16×2,即可以显现两行, 每行16 个字符和数字的液晶模块。液晶显现屏具有功耗低、体积小、对比度可调、内置字符发生器、易匹配处理器等长处。

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