基于熱釋電傳感器p7187的人體測溫儀的設(shè)計

　　熱釋電紅外探測器是由熱釋電紅外傳感器、菲涅耳透鏡及電子電路組成的一種光電檢測裝置。他能無接觸地檢測人體運動時輻射出的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。本文介紹了一種用于快速測量人體體溫的p7187熱釋電傳感器的原理及其基本設(shè)計電路。
　　
　　1、 熱釋電效應(yīng)
　　
　　某些強介電物質(zhì)（PZT，LiTaO3等）的表面接受了紅外線的輻射能量，其表面產(chǎn)生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，這些物質(zhì)表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。
　　
　　可見，當(dāng)紅外線照射熱釋電元件時，其內(nèi)部極化作用發(fā)生很大的變化，其變化部分作為電荷釋放出，從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。由此可見，熱釋電傳感器只有在溫度變化時才有輸出電壓。
　　
　　2、p7187熱釋電傳感器的等效電路
　　
　　常見的熱釋電傳感器有p2613，p3782，p7187等。根據(jù)法拉第法則，人體的體溫約為37℃，輻射zui多紅外線的波長是10μm左右，而p7187對7～20μm范圍波長比較靈敏，他采用了2個熱釋電元件PZT板，PZT板表面吸收紅外線，并在受光面的內(nèi)外各自安裝取出電荷的一對電極，能敏感的捕捉到被測物體或光源，具有很高的靈敏度。這2個受光電極反向串聯(lián)，可有效地防止背景波動以及干擾光照射時的誤動作（一是環(huán)境變化引起的誤動作，二是使用光調(diào)制器時的誤動作）對傳感器的影響，當(dāng)2個受光電極同時受到紅外線照射時，輸出電壓相互抵消而無輸出，只有當(dāng)人體移動時才有電壓的輸出，輸出電壓比較的反映了人體移動的情況。
　　
　　3 、紅外測溫儀測量系統(tǒng)基本電路及參數(shù)選擇
　　
　　3.1 電路構(gòu)成
　　
　　傳感器輸出信號經(jīng)放大、選頻濾波后，與室溫測量元件輸出進行相加和修正，zui后得到與被測物體溫度成正比的輸出電壓。
　　
　　3.2 參數(shù)選擇
　　
　　傳感器輸出的信號經(jīng)47μF電容耦合到同相放大器A1，A1的閉環(huán)增益為23～24之間。同時A1還兼做高通濾波器，其截止頻率為fL＝0.3Hz。
　　
　　A2是一個低通濾波器，其閉環(huán)增益約為1，截止頻率為fH＝7Hz。
　　
　　A1，A2分別把低于0.3Hz和高于7Hz的信號濾掉，使輸出的信號僅是經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制的1Hz紅外輻射信號。
　　
　　由溫敏二極管和運算放大器A4組成溫度補償部分，他檢測調(diào)制器的溫度Ta，利用溫敏二極管的非線性作溫度補償。
　　
　　根據(jù)斯忒藩一波耳茲曼定律，當(dāng)調(diào)制器裝置溫度為T0，被測溫體的溫度為T0時，紅外線傳感器的輸出電壓為：
　　
　　要獲得正比于待測物體的溫度的電壓V，應(yīng)將信號加到上式中進行補償。V（Ta）由溫度補償電路提供，溫度補償曲線可近似地看成是四次方曲線，這個過程將在加法器A3中完成。A3的作用是將信號電壓與溫度校正部分的輸出進行加法計算。
　　
　　4、結(jié)語
　　
　　該紅外測溫儀靈敏度為20mV／℃，分辨率優(yōu)于0.2℃，誤差在0.3℃以內(nèi)；具有非接觸快速測溫的優(yōu)點，這對減少相互傳染提供了重要手段。但他僅適于被測物體與傳感器單元的距離為10cm左右的非接觸測溫場合，并且人體表面溫度不僅跟人體溫度相關(guān)，同時還受體表下血液循環(huán)、導(dǎo)熱狀況和表面換熱條件等多方面因素的影響。該測溫儀測量的是人體表面的溫度，應(yīng)盡量要求被測量人處在測量環(huán)境中足夠長的時間，使得被測量人的表面換熱條件相同或相近。