技術(shù)干貨 - 紅外測溫槍準不準？其工作原理是什么？一文了解

技術(shù)干貨|紅外測溫槍準不準？其工作原理是什么？一文了解近幾年來，非接觸人體紅外測溫槍，如圖1所示，在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大。比起接觸式測溫方法，紅外測溫槍有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。圖1.紅外測溫槍示意圖晶華微在紅外測溫領(lǐng)域耕耘5年，有上百個成熟穩(wěn)定的解決方案，憑借單芯片方案，如圖2所示，性價比高，算法先進、穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢，已與全國幾十家規(guī)?；a(chǎn)的知名廠商保持長期穩(wěn)定的合作。本文講述基于晶華微SD8709芯片的人體紅外測溫槍解決方案，典型應(yīng)用圖，如圖3所示。圖2.紅外測溫方案結(jié)構(gòu)圖圖3.SD8709紅外測溫槍典型應(yīng)用圖一、工作原理紅外測溫槍方案由傳感器（熱電堆及熱敏傳感器）、聚光及散熱結(jié)構(gòu)、測量芯片基本組成，如圖4所示。圖4.紅外測溫槍探頭結(jié)構(gòu)示意圖1.傳感器由熱電堆及熱敏電阻組成：熱電堆可接收紅外線并轉(zhuǎn)換成小電壓輸出，輸出電壓值是由目標物的溫度及傳感器內(nèi)部溫度來決定。其中，輸出電壓根據(jù)傳感器的不同而有所區(qū)別，如某傳感器：輸出電壓340μV±30%（@黑體溫度：500K，黑體尺寸：0.5″，傳感器與黑體的間距：120mm，傳感器環(huán)境溫度：298K）；輸出電壓260μV±30%（@黑體溫度：37℃，環(huán)境溫度：25℃），熱電堆電阻75±20kΩ（@25℃）（內(nèi)阻51kΩ~350kΩ都有））熱敏電阻（NTC，一般100kΩ）用于監(jiān)測傳感器內(nèi)部的溫度，用以計算目標溫度。一般傳感器輸出小電壓為每度變化100μV左右（每度是指37和38度的變化），而熱電堆的內(nèi)阻為100k左右。2.聚光及散熱結(jié)構(gòu)：一般紅外測溫槍會用聚光結(jié)構(gòu)，如圖5所示，以增加測量距離，并用大型散熱器以減少外界溫度變化的影響，使傳感器內(nèi)部溫度穩(wěn)定及均勻。有些用透鏡的筒形，類似于工業(yè)槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖6所示，會影響傳感器的輸出特性，需要軟件大量修正。而且信號較弱，造成重復(fù)性欠佳，一致性及溫漂比較難達要求，不建議采用。結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理會造成各種問題，所以非常關(guān)鍵。圖5.紅外測溫槍聚光結(jié)構(gòu)圖6.紅外測溫槍筒形結(jié)構(gòu)3.測量芯片：模擬部分為了保證重復(fù)性，儀表放大器（PGIA）需要達到以下要求：（1）低輸入噪聲：1μVpp；我們軟件典型配置如下：100kΩ參考電阻：Vn（rms）=3640nV，ENOB=18.3bits（f（s）=8kHz，OSR=128，即62.5sps，AVDDR=2.4V，V（ref）=1.2V，SINC3，Gain=1）。100kΩNTC：Vn（rms）=3640nV，ENOB=18.3bits（@f（s）=8kHz，OSR=128，即62.5sps，AVDDR=2.4V，V（ref）=1.2V，SINC3，Gain=1）。熱電堆：Vn（rms）=49nV，ENOB=17.9bits（@f（s）=8kHz，OSR=256，即31.25sps，AVDDR=2.4V，V（ref）=0.6V，SINC3，Gain=100）。（2）低輸入電流：10pA@0℃~50℃。（3）低增益溫漂：50nV/℃。為了保證分辨率，ADC的無噪聲分辨率大于16bits。多通道可測量熱電堆及NTC。數(shù)字部分（1）LCD/LED顯示。（2）MCU軟件校正、運算和控制。（3）支持UART、I2C和SPI等通信接口。晶華微是國內(nèi)唯一長期穩(wěn)定的SoC供應(yīng)商，外圍電路簡單，故障率低，可靠度高。二、生產(chǎn)情況1.生產(chǎn)條件：生產(chǎn)及前期測試需要恒溫房間，在25℃±1℃校正。而前期測試需要高低溫環(huán)境（16℃~35℃）做溫漂測試。（16℃~35℃，是指恒溫房的要求，即工作環(huán)境溫度，有些要求10℃~40℃，產(chǎn)品要保證精度，就要做測試，有誤差就要修表。這個溫度只是開發(fā)時測試，生產(chǎn)只在25℃，很多客戶只測到30多攝氏度，但說明書寫40℃）校正及測試需要高精度水槽配黑體，精度要求在±0.02℃，可制冷。校正需要兩臺水槽式黑體（35℃和41℃）。2.產(chǎn)品精度要求：

32℃~34.9℃±0.3℃35℃~42℃±0.2℃42.1℃~43℃±0.3℃工作環(huán)境溫度10℃~40℃

環(huán)境溫度變化10℃，測溫槍要1分鐘內(nèi)穩(wěn)定。

要通過EMI和ESD測試要求。3.誤差原因：

傳感器一致性問題。校正誤差：（1）水槽精度誤差；（2）傳感器有積熱現(xiàn)象（黑體或手溫造成傳感器內(nèi)部溫度不均勻），校正期間受黑體溫度影響；（3）傳感器校正期間受手溫影響；（4）因校正者的操作習慣而導(dǎo)致誤差。PCB漏電，通常受環(huán)境溫濕度影響而改變。三、開發(fā)流程晶華微提供一站式軟硬件支持，根據(jù)客戶傳感器特性和PCB尺寸定制方案，如圖7所示。提供測試表格給客戶進行現(xiàn)場測試。根據(jù)測試結(jié)果做修正及溫度補償。必須使用完整儀表進行數(shù)據(jù)測試注：（1）因結(jié)構(gòu)可能會影響傳感器的溫度特性，所以必須要測試數(shù)據(jù)。（2）若結(jié)構(gòu)對傳感器沒影響的情況下（視角不被遮擋，電鍍理想），不同型號傳感器經(jīng)校正后或許可以滿足精度要求，但要求高者最好針對個別型號測試及修正。圖7.PCB電路板四、方案優(yōu)勢

晶華微是國內(nèi)極少數(shù)擁有紅外測溫芯片研發(fā)及應(yīng)用方案開發(fā)能力的IC設(shè)計公司。

耕耘紅外測溫領(lǐng)域5年，有上百個成熟穩(wěn)定的解決方案。

連續(xù)3年大規(guī)模量產(chǎn)發(fā)貨。與全國幾十家規(guī)?；a(chǎn)的知名廠商保持長期穩(wěn)定的合作。單芯片方案，節(jié)省外圍器件，性價比高。算法先進、穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。一直為海外德國、瑞士等知名廠商大量供貨，如圖8所示。圖8.海外合作廠商生產(chǎn)的紅外測溫槍五、芯片介紹SD8709是高精度24位ADC的SoC產(chǎn)品，外圍資源豐富：RTC，可選的多種穩(wěn)壓電源輸出，靈活設(shè)置的PGIA模塊，升壓模塊，UART、I2C、SPI、TIMER、PWM/PDM、PFD、CAPTURE輸出模塊，LCD驅(qū)動等。本產(chǎn)品帶16kBytesOTP，可以低壓自燒錄，燒錄電壓范圍：2.4V~3.6V，OTP可以替代EEPROM使用。超低功耗設(shè)計，典型應(yīng)用時整個芯片的工作電流約為1mA（IAD=0）或1.5mA（IAD=1）。提供三種工作模式：正常工作模式、待機模式和休眠模式。芯片特點：8位RISC超低功耗MCU，16kBytesOTP程序存儲器，512BytesSRAM數(shù)據(jù)存儲器。集成多種時鐘振蕩器，可靈活選擇，選擇外部晶振時，支持停振檢測功能。高精度ADC，ENOB=18.8bits@8sps，差分2通道或單端4通道，輸出速率可選。

ADC外部基準與內(nèi)部基準可選，內(nèi)部集成多種基準選項。低噪聲高輸入阻抗前置放大器，1、12.5、50、100和200倍增益可選。24SEG×4COM液晶驅(qū)動電路，超低功耗和大驅(qū)動能力設(shè)計。低壓燒錄功能，可