中国传感器与物联网产业联盟副理事长郭源生：疫情防控中的非接触式红外测温仪及传感器
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根据红外线波长、功能、应用需求，红外传感器一般分为红外气体、红外图像、红外温度传感器三大门类。用于气体检测的红外气体传感器种类最为繁多，用于红外测温的传感器，按机理与使用环境划分为制冷、非制冷，接触、非接触四大类别。制冷的用于军事装备与设施、大型工程设施、工业过程、环境保护与监控等超远距离、高清晰系统；接触用于特殊物体常态化连续温度检测以及医用诊疗设备、测温电子皮肤等。而目前红外温度传感器根据能量转换所用材料不同，可分为以下几种类型： （1）热释电型：硫酸三甘肽、钽酸锂等 （2）热电堆型：N型和P型的多晶硅 （3）二极管型：单晶或多晶PN结 （4）热电容型：双材料薄膜 （5）热敏电阻型：氧化钒、非晶硅等 其实，这些类型都只是在接收红外能量后，转换方式和材料能效比不同而已。 2、红外热电堆式温度传感器 目前耳、额温枪采用的红外传感器均为热电堆式，基本物理原理是塞贝克效应。红外热电堆式温度传感器类似于热电偶，由可透过特定波长范围的红外滤光片和红外接收的热电堆芯片组成。外加一个腔内环境比对温度基准（陶瓷热敏电阻等校准温度用）。热电堆芯片常用的材料有Poly Si/Al、N-Poly Si/P-Poly Si。 热电堆温度传感器的工作原理、内部结构及外形封装结构示意见下图：  图2 工作原理示意图  图3 内部结构关系示意图  图4 成品内、外部结构关系示意图 （1）红外滤光片是能够过滤不同波长的光敏感元件。其结构简单但工艺复杂，通常采用半导体材料和工艺，结合MEMS技术，形成精确度极高的透光窗口。不同规格的窗口，可以透过设计范围或特定波长的红外线，其他波长的则不能通过。由于不同物体释放的红外能不同，不同环境下测量方式不同，一般需要设计不同窗口作为检测该物体红外温度传感器的特定光敏感元件。 （2）热电堆芯片是通过热隔离支撑层、Poly Si参杂、背腔刻蚀(干法或湿法)或正面释放(XeF)等关键工艺制作而成，用于吸收红外热能。当被测物体特定波长红外辐射给热电堆吸收体吸收后，瞬间热电堆焦变体的电荷发生变化，积累后形成电动势，即电压值。热电堆芯片阻值通常在50-100KΩ、响应率通常在50-200V/W；芯片尺寸一般在1×1mm-2×2mm之间，国外一般为1.05×1.05mm。 （3）热电堆式温度传感器参数指标： 测量范围：-50℃-100℃；测量精度：0.1℃以内，±0.1%以内； 工作温度：-20℃-+85℃；最大测量距离：≦0-50mm（加透镜300-500mm） 输出电压：0-10mV； 热电堆温度传感器最大量程范围可以做到-60℃到+1200℃范围。 （4）封装形式与应用范围。热电堆式温度传感器即可以是模拟量输出，也可作为开关量输出。因此，可广泛应用于空调、微波炉等智能家电，大型复印机、烘干机等各种工业智能设备，以及电力控制系统的各种设备温度监控。还可用在红外气体测量、工业环境、安防控制、可穿戴设备、人体感应开关等各种配套使用。 红外热电堆传感器成品图主要封装形式有两种：TO46(TO18)/TO39(TO5)；  图5 T046（T018）封装产品实物图  图6 T039（T018）封装产品实物图 三、人体红外测温仪（额温枪、耳温枪） 手持耳、额温枪，顾名思义，用于检测人体耳腔、额头表面温度，外形类似于手枪形状的手持式红外测温仪。额温枪与耳温枪原理完全一致，都是采用红外测温原理，根据人体额头、耳腔内的温度与体温的关系得到人体的实际体温，二者只是结构和算法略有不同。它是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。简单地说就是由红外热电堆式温度传感器接收到人体表面发出的能量后，将红外能量转换成电信号，放大器把传感器电信号进行放大处理，通过模数转换（A/D转换）变为数字信号或调制解调处理转换成频率信号，再通过补偿修正、参数校准和算法模型等工作就可转换为医用级的高精度温度值。加上显示驱动电路、液晶显示屏、外壳和电池等组装一起，就成为一个完整的温枪。增加存储电路和微处理器等就可成为智能型温度检测仪。相对于传统的接触式水银体温计、电子体温计，毋需接触，避免交叉感染，只须将探测窗口对准耳腔、额头位置，1秒即可安全、快速、准确的测出人体温度，操作简单、便捷。 （1）测量电路组成 非接触式体温计的主控电路分模拟电路和数字电路两种，其中模拟电路的处理方法精确度得不到保证，一般用于工业测量；数字电路通过对信号进行放大，提高A/D转换器的分辨率，精确度可以达到±0.1℃，更适用于人体温度的测量。  图7 手持式红外温枪（耳温、额温）系统逻辑关系结构框图 （a）  图8 手持式红外温枪（耳温、额温）系统逻辑电路图 （b） （编辑：52刷机网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |