基于熱釋電傳感器p7187的人體測溫儀的設計

　　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計電路。

　　l熱釋電效應

　　某些強介電物質(PZT，LiTaO3等)的表面接受了紅外線的輻射能量，其表面產生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，這些物質表面上就會產生電荷的變化，這種現象稱為熱釋電效應。圖1為晶體表面電荷隨溫度變化的移動情況[1]。

　　可見，當紅外線照射熱釋電元件時，其內部極化作用發生很大的變化，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。根據法拉第法則，人體的體溫約為3 7℃，輻射最多紅外線的波長是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，可有效地防止背景波動以及干擾光照射時的誤動作(一是環境變化引起的誤動作，二是使用光調制器時的誤動作)對傳感器的影響，當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，只有當人體移動時才有電壓的輸出，輸出電壓比較精確的反映了人體移動的情況。P7187等效電路如圖2[2]。

　　3 紅外測溫儀測量系統基本電路及參數選擇

　　3.1 電路構成

　　測量系統基本電路如圖3所示。傳感器輸出信號經放大、選頻濾波后，與室溫測量元件輸出進行相加和修正，最后得到與被測物體溫度成正比的輸出電壓。

　　3.2 參數選擇

　　傳感器輸出的信號經47μF電容耦合到同相放大器A1，A1的閉環增益為23～24之間。同時A1還兼做高通濾波器，其截止頻率為fL=0.3 Hz。

　　A2是一個低通濾波器，其閉環增益約為1，截止頻率為fH=7 Hz。

　　A1，A2分別把低于0.3 Hz和高于7 Hz的信號濾掉，使輸出的信號僅是經過調制器調制的1 Hz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，他檢測調制器的溫度Ta，利用溫敏二極管的非線性作溫度補償。

　　根據斯忒藩一波耳茲曼定律，當調制器裝置溫度為T0，被測溫體的溫度為T0時，紅外線傳感器的輸出電壓為：

　　由上式可知，要獲得正比于待測物體的絕對溫度的電壓V，應將

　　信號加到上式中進行補償[3]。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 語

　　該紅外測溫儀靈敏度為20 mV/℃，分辨率優于0.2℃，誤差在0.3℃以內;具有非接觸快速測溫的優點，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10 cm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，同時還受體表下血液循環、導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，應盡量要求被測量人處在測量環境中足夠長的時間，使得被測量人的表面換熱條件相同或相近。