基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统

浅谈MEMS热电堆红外传感器
MEMS热电堆红外传感器是一种基于MEMS技术的红外传感器，利用热电效应来测量红
外辐射能量。

它具有体积小、响应速度快、功耗低等优点，因此在许多领域被广泛应用。

热电堆是MEMS热电堆红外传感器的核心部件，它由多个由热电材料构成的热电对组成。

当红外辐射照射到热电对上时，吸收的光能量会使得热电对产生温度差，进而产生电势差。

通过测量这个电势差，就可以得到照射物体的红外辐射能量。

MEMS热电堆红外传感器的热电对尺寸是微米级别的，因此可以制造成大规模的阵列，从而实现高分辨率的红外成像。

由于MEMS技术的发展，可以制造出高度集成的红外传感器，将前端的光学元件、MEMS热电堆和后端的信号处理电路集成在一片芯片上，从而降低成本，提高性能。

MEMS热电堆红外传感器在安防监控、工业自动化、环境监测等领域有着广泛的应用。

在安防监控领域，它可以用于夜视摄像机、入侵探测器等设备中，实现对目标的准确检测
和识别。

在工业自动化领域，它可以用于温度检测、火焰检测等应用，提高生产效率和安
全性。

在环境监测领域，它可以用于空气质量监测、温度湿度监测等应用，为环境保护提
供数据支持。

MEMS热电堆红外传感器也存在一些问题。

由于热电堆对温度变化非常敏感，所以在温度变化较大的环境下，传感器的性能可能会受到影响。

MEMS热电堆红外传感器的灵敏度和动态范围相对较低，无法满足一些高端应用的需求。

MEMS热电堆红外传感器在测量过程中也容易受到背景辐射的影响，需要通过设计和算法来进行补偿和消除。

NSA2300非接触式测温应用指南MEMS 热电堆红外传感器图2：热电堆输出V-T 特性（t v T −）由于在额温枪等应用中需在环境温度全温区实现医用级0.1°C 精度，查找表较大，通常在MCU中实现。

图2中可看出热电堆红外传感器灵敏度大约为0.1mV/°C，在非接触式测量人体温度应用中，传感器实际输出电信号变化量非常小，要实现医用级0.1°C精度，势必需要高精度、高分辨率、低噪声的运放+ADC。

由纳芯微出品NSA2300系列芯片，集成了1~128倍可编程高精度运放、以及24bit高分辨率ADC，且实现了静态图3：NSA2300内部结构示意图R2 22KC1 100nf图4：热电堆红外传感器测量电路图●NSA2300供电电压：1.8~5.5V。

●R1=22K、R2=22K热电堆红外传感器提供合理的偏执电压。

（NSA2302已将两个电阻集成到芯片内部可省去）。

●根据客户选用的热电堆传感器的特性可以考虑在VINP和VINN之间跨接差模电容。

电容的取值根据不同的热电堆来选取（一般在47pF~100nF之间）。

尤其当客户温度读值跳动较大时可以考虑加入这个差模电容或调整容值来减少跳动值。

a.<bit2~bit0>：“001b”OSR=2048，配置热电偶红外传感器通道过采率。

b.<bit5~bit3>：“110b”Gain=64X，配置热电偶红外传感器通道过运放增益。

3)0xA7：推荐写入0x81。

（当使用IC内部温度传感器时写入0xC1）a. <bit2~bit0>：“001b ”OSR=2048，配置TEMP 通道过采率。

b. <bit5~bit3>：“000b ”Gain=1X ，配置TEMP 通道过运放增益。

c. <bit7~bit6>：“10b ” (外部TEMP 模式)。

注：1、具体寄存器配置请查看NSA2300数据手册2、以上配置均为OTP 寄存器，可以在出场时写入NSA2300 OTP ，无需每次启动后由MCU 配置。

基于红外线测温技术的无接触体温检测方案研究与实践随着全球疫情的持续蔓延，尤其是新型冠状病毒疫情的暴发，无接触体温检测方案变得越来越重要。

这种技术可以避免人与人之间的直接接触，降低交叉感染的风险。

而基于红外线测温技术的无接触体温检测方案成为了目前最为常用和有效的方法之一。

红外线测温技术基于红外线能量和物体温度之间的关系进行工作。

该技术通过红外线传感器发射红外线辐射，当红外线辐射碰到物体表面时，一部分被物体吸收，另一部分被物体反射。

传感器可以通过测量物体反射的红外线辐射量来计算物体的表面温度。

在实践中，基于红外线测温技术的无接触体温检测方案需要以下几个关键步骤：1. 选择合适的红外线传感器：根据需要测量的距离和精度要求，选择适合的红外线传感器。

常见的红外线传感器包括热电偶和热像仪等。

2. 设置合适的测量距离：根据红外线传感器的工作原理和测量精度，确定适当的测量距离。

通常情况下，传感器与被测物体之间的距离在10cm到1m之间。

3. 进行准确的校准：在使用前，需要对红外线传感器进行准确的校准。

这可以通过使用已知温度的参考物体进行比对来实现。

校准可确保测量结果的准确性和可靠性。

4. 考虑环境因素：在使用基于红外线测温技术的无接触体温检测方案时，需要考虑环境因素对测量结果的影响。

例如，强光照射、背景温度干扰、空气流动等因素都可能对测量结果产生干扰，因此需要在实践中进行相应的控制。

5. 数据处理和报警机制：基于红外线测温技术的无接触体温检测方案通常会生成大量的温度数据。

这些数据需要进行处理和分析，以便及时准确地判断出异常情况。

同时，需要设定一个合适的报警机制，当检测到异常体温时，能够及时发出警报，以便采取相应的措施。

基于红外线测温技术的无接触体温检测方案已被广泛应用于各个领域，如医疗、交通、教育等。

在疫情爆发期间，该技术在入口通道、公共场所和工作场所等多个场景中发挥了重要作用，帮助人们进行快速而准确的体温检测。

基于红外线测温技术的非接触式温度监测方案摘要：随着人们对健康和安全的关注度不断提高，非接触式温度监测技术在各种场合中得到了广泛应用。

本文将重点介绍基于红外线测温技术的非接触式温度监测方案。

首先，我们将介绍该技术的工作原理和特点，然后探讨其在不同领域中的应用，最后讨论其存在的一些挑战和未来发展方向。

1. 引言非接触式温度监测技术基于红外线测温原理，可以实现对物体表面温度的无接触测量。

相比传统接触式温度监测方式，它具有快速、准确、无感知和安全等优点，被广泛应用于医疗、工业、建筑和运输等领域。

2. 工作原理和特点基于红外线测温技术的非接触式温度监测方案主要利用红外线摄像机或测温仪器来捕捉物体辐射出的红外线，并通过计算和转换将其转化为目标物体的表面温度。

这一技术的特点包括：(1) 高效性：红外线测温技术能够对大量物体进行快速测量，大大提高了测温效率。

(2) 非接触性：该技术可以在不接触目标物体的情况下进行温度测量，避免了交叉感染和伤害风险。

(3) 高精度：红外线测温技术可以实现高精度的温度测量，通常在0.1℃范围内。

(4) 易于使用：该技术简单易用，无需培训即可操作，适用于各种使用场景。

3. 应用领域基于红外线测温技术的非接触式温度监测方案已经在以下领域得到了广泛应用：3.1 医疗卫生在当前全球面临新冠肺炎疫情的背景下，红外线测温技术在医疗卫生领域的应用尤为突出。

无论是在公共场所、机场、车站等交通枢纽，还是在医院、诊所、实验室等地，红外线测温技术被用于体温监测和筛查。

3.2 工业生产在工业领域，红外线测温技术常用于高温工作环境中的温度监测。

例如，钢铁、玻璃、陶瓷等行业中，高温炉炉温检测可以通过红外线测温技术实现，提高了工作效率和生产安全。

3.3 建筑物管理在建筑领域，通过红外线测温技术进行建筑物表面温度监测，能够帮助及时发现建筑物的热漏点和能量浪费问题，优化能源管理，提高建筑物的节能效率。

3.4 运输安全在交通运输领域，红外线测温技术被广泛应用于公共交通工具、机场、车站等场所，用于无接触式的乘客体温监测，帮助防控传染病的传播。

红外线测温技术在非接触体温检测中的应用及其局限性分析概述随着全球范围内的新冠疫情爆发，对体温检测的需求变得尤为迫切。

红外线测温技术由于具有非接触、快速、精准等特点，成为了广泛应用于非接触体温检测的一种重要技术手段。

本文将对红外线测温技术在非接触体温检测中的应用进行介绍，并分析其局限性。

一、红外线测温技术的应用1. 非接触测温红外线测温技术通过感应人体散发的热量，实现了非接触测温的功能。

相较于传统体温计需要接触人体皮肤进行测温的方法，红外线测温技术无需接触面部或额温，大大减少了交叉感染的风险，保护了被测者和检测人员的安全。

2. 快速测温红外线测温技术具备快速测温的特点，不需要等待很长时间来获取结果。

一般来说，红外线测温仪仅需要几秒钟的时间就可以完成对体温的测量，适用于人流密集的场所，如机场、车站、医院等，可以快速筛查高体温者。

3. 精准度较高现代红外线测温仪经过技术的不断改进和提高，其测温精度也相应得到提高。

高质量的红外线测温仪可以达到较高的精度，并能够消除一些常见的干扰因素，如周围环境的温度变化、颜色等。

然而，使用者在选择红外线测温仪时应当留意其准确性和可靠性。

4. 适用于大规模人群测温红外线测温技术能够实现对大规模人群的快速测温，从而提高了体温检测的效率。

例如，在公共场所，如机场、学校等，利用红外线测温技术可以迅速对大量人群进行筛查。

这种高效率特点使得红外线测温技术在疫情防控中发挥了重要作用。

二、红外线测温技术的局限性1. 测温误差红外线测温技术受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、仪器本身的精度等。

在使用红外线测温技术时，应注意校正仪器并避免测温时的干扰因素，以提高测温的精确性。

此外，不同部位的测温结果可能会有差异，如额头、内耳、嘴唇等，需要在操作中注意准确的测温位置。

2. 不适用于深层体温测量红外线测温技术主要针对人体皮肤表面的温度进行测量，对于深层体温的检测并不适用。

例如，对于严重发热的患者，其体内部分深层器官可能已经出现炎症反应，此时红外线测温技术并不能准确地反映出患者的真实体温。

基于红外辐射的非接触测温系统设计吴国庆，童敏明中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 （221008）E-mail ：cumtzdhwgq@摘 要：本文所设计的基于红外辐射的非接触测温系统主要是应用于中温范围的测量，测温范围在20℃～100℃。

研究了环境温度对辐射测温的影响，提出了非接触温度测量的方案。

以A VR 单片机为控制核心完成了构成系统的硬件电路设计并开发出实验电路板；利用C 语言进行软件部分的编程并完成了系统的调试。

关键词：非接触测温；红外辐射；单片机；C 语言温度的检测是现代工业的命脉。

测量温度的方法可以分为接触式和非接触式测温。

非接触式测温是通过测量表征被测温度的物理参数来求得被测温度的，它不存在热接触和热平衡带来的缺点，被广泛应用在石油、化工、电子电器、航空航天、环境监测、医疗卫生等各行各业当中。

目前主要的非接触测温方式是辐射测温]1[。

红外线是波长位于0.76um ～1000um 之间的电磁波，一切高于绝对零度的物体都在不停地辐射红外线。

红外辐射的物理本质是热辐射，这种辐射的量主要由物体的温度和材料本身的性质决定。

特别是热辐射的强度及光谱成分取决于辐射体的温度，也就是说，温度对热辐射现象起着决定性的作用。

由此也可以通过探测物体的辐射能量来计算物体的温度，即是利用红外辐射进行测温的基本原理。

1 环境温度对辐射测温的影响及标定在利用辐射测温技术进行中低温的测量时，对于环境温度的处理是非常重要的。

设被测目标的温度为0T ，环境温度为a T 时，根据斯蒂芬—波尔兹曼定律[1]可得，该目标单位面积表面发射的辐射功率为40T εσ，而相应地被它所吸收的辐射功率为4a T εσ，则该物体发出的净辐射功率为：440a T T W εσεσ−= （1-1）设R 为热电堆传感器的电压响应率，则热电堆传感器的响应公式为：)(440''a T T S RW V −==设放大电路的放大倍数为Av ，则 ()()440440''a a V V T T S T T A S A V V −=−∗∗=∗=即传感器与放大电路响应公式为：()440a T T S V −= （1-2）式中 V A R S ∗∗∗=σε根据表达式（1-2）：得到： 440a T SV T += 所以 ： 4140⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=a T S V T （1-3）V K T ST V T T S V T a a a a a +=∗+≈⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=3414041 即： V K T T a a +≈0 （1-4）式中： 341aa ST K = 式中a K 其值与物体的发射率、环境温度、传感器的响应率及放大电路的特性有关。

基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统1 技术指标设计一个非接触人体表面温度系统，要求：（1）通过热电堆TP337A来探测人体表面的温度；（2）由LED数码管显示测量的温度，要求显示温度精度能够达到0.1℃；（3）可以连续测量人体表面或环境温度。

其整体方案如图1所示：图1 系统硬件设计原理图2 设计方案及其比较通过技术指标中的硬件设计的原理，及设计要求，提出了以下三种设计方案2.1 方案一采用TPS333热电堆设计电路，热反应堆和放大部分，如图2所示，由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大一千倍，如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。

图 2 方案一红外与放大模块的设计2.2 方案二在调试方案一时，电路仍然出现了不稳定的现象，零飘等现象仍然存在一些，说明电路仍然不稳定，为此在方案一的基础的上提出了方案二，如图3，方案一与方案的二的区别在于在两级放大电路的中间加了一个电容，其作用是消除零飘，滤波等一系列作用。

图 3 方案二红外与放大模块的设计2.3 方案三为了更强劲的抑制零点漂移和抑噪声与干扰的能力，方案三在放大部分采用的是差分放大电路，如图4所示：图4 方案三放大电路模块3 实现方案3.1电路原理通过将三种方案进行对比，得出方案二电路的性能更加稳定，且电路简单，所以实现方案采用方案二。

实现的电路图如图3所示，对于热电堆部分，因为红外温度测量技术的最大的优点是测量速度快，1秒内就可测试完毕，由于它只接受人体对外发射的红外辐射，没有任何其他物理和化学因数作用于人体，所以对人体无任何伤害，在方案中采用的是TPS333热电堆，由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大一千倍，如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。

基于红外线的人数统计和人体测温系统的研究摘要为方便高校上课对学生人数进行统计，以及对人体体温进行监测，以预防多种传染性疾病的传播，更好地贯彻“立德树人”这一教育的根本任务。

本文阐述了利用红外线测温和位移传感器实现人数统计和人体测温功能的可行性，提高课堂效率，防患于未然，更加高效智能地进行高校学生的管理。

1前言1.1背景此前，在常态化疫情防控形势下，许多学校提出“两案九制”的方案，切实做好疫情预防控制工作，维护学校正常秩序，保障广大师生身体健康。

新冠疫情的发病特征之一就是体温比正常人偏高，而在学校这种较为密集的场所，用传统的测温手段难以满足在密集人群中准确、快速发现体温异常的人。

为提高对大型传染性疾病的应变能力，利用红外线对学生测温，保证了非接触以及测量的准确和快速，能更好地监控学生的体温数据，从而更好地保护人类。

1.2国内研究现状红外探测器分为光子探测器和热探测器两大类。

光子探测器的灵敏度、响应速度、探测距离等性能都比较高，但必须用低温制冷器制冷，对于整个红外成像系统显得结构复杂、体积大、成本高。

所以轻、小、低成本的非制冷焦平面及其成像系统成为了一种发展趋势[1]。

非制冷焦平面可以在一般环境温度下工作，不需要制冷，但灵敏度和响应速度略低。

我国的红外非接触式体温计主要是非典病情出现后发展比较迅速，在短短一个多月的时间里，仪器仪表科技工作者辛勤工作、刻苦攻关，共研制出40余种规格的用于“非典”病人快速筛选的红外体温检测仪，取得了可喜的阶段性成果。

在产品研发和生产的同时，同步开展了标准、计量校准装置等共性技术的研究，为产品研发和生产提供了良好的基础。

此次在面对猪流感的过程中，此类产品和科研成果更是得到了广泛的应用和普及。

目前已经完成三项抗非典红外测温仪校准装置，颁布国家标准GB/T19146-2003《红外人体表面温度快速筛检仪通用技术条件》，香港卫生防护中心颁布疑似猪流感病人的标准等。

国内红外体温计主要有：华中科技大学研制的“慧眼HW-05”人体温度红外热图象仪，其分辨率高达0.06℃；中科院上海物理研究所也研制出了红外测温仪；兰州大学合华技术应用开发中心开发的LHW-Ⅰ红外线测温仪[2]。

基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量目录1. 技术指标 (1)2. 设计方案及其比较 (1)2.1 方案一 (1)2.2 方案二 (2)2.3 方案三 (2)2.4 方案比较 (3)3. 实现方案 (3)3.1 器件说明 (3)3.1.1 TPS337A热电堆说明 (3)3.1.2 LM358运算放大器说明 (4)3.1.3 PCF8591 A/D转换器说明 (5)3.1.4 74LS138译码器与74HC573锁存器说明 (6)3.2 最终实现方案 (8)3.2.1 实现方案电路图 (8)3.2.2 方案设计原理及思路 (9)4. 调试过程及结论 (16)4.1 电路实物的连接 (16)4.2 调试结果展示 (17)4.3 调试结论 (18)5. 心得体会................................................ 错误!未定义书签。

6. 参考文献 (18)基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量1. 技术指标设计一个非接触人体表面温度系统，要求：1.通过热电堆TPS337A来探测人体表面的温度；2.由LED数码管显示测量的温度，要求显示温度精度能够达到0.1℃；3.可以连续测量人体表面或环境温度。

2. 设计方案及其比较2.1 方案一通过TPS337A检测人体红外波产生温差电动势，将环境温度与检测到的人体温度分为两路电压信号，完成环境温度的补偿。

再经过A/D转换芯片将数字信号发送到单片机输出，最后通过LED数码管显示。

放大器采用AD620运算放大器以及LM358运算放大器。

具体电路图如图1所示。

图1方案一电路图信号采集电路有两部分组成：体温信号放大电路和环境温度信号处理电路。

体温信号放大电路是由仪用放大器AD620和参考电压电路组成；环境温度信号处理电路是由运算放大器LM358构成的电压跟随器组成。

三路输出信号其中最上方为放大后的热电堆电压信号，也就是将要处理的体温信号，中间为参考电压，最下方为环境温度信号。

非接触式红外热电堆传感器工作原理一、引言无论是在家居生活还是工业领域，我们经常会接触到各种传感器。

其中，非接触式红外热电堆传感器因其便捷、精准的特点，在温度测量和红外成像等领域得到了广泛的应用。

本文将从深度和广度两个方面，全面探讨非接触式红外热电堆传感器的工作原理。

二、非接触式红外热电堆传感器是什么？非接触式红外热电堆传感器，简称红外传感器或红外热释电传感器，是一种能够通过检测红外辐射来测量目标物体温度的传感器。

它主要由窄带滤光片、红外热电堆、放大器、AD转换器和信号处理器等部分组成。

通过对目标物体发出的红外辐射进行检测和分析，可以非接触地快速准确地获取物体的表面温度，具有测量范围广、测量速度快、对被测物体无损伤等优点。

三、红外辐射的基本原理在探讨非接触式红外热电堆传感器的工作原理之前，我们首先要了解红外辐射的基本原理。

红外辐射是一种电磁波，波长范围在760nm至1mm之间，处于可见光和微波之间。

所有的物体在温度高于绝对零度时都会发出红外辐射，其强度和波长分布与物体的温度有关。

利用这一特性，红外热电堆传感器能够通过检测物体辐射出的红外光信号，来测量物体的温度。

四、红外热电堆传感器的工作原理1. 窄带滤光片红外热电堆传感器中包括了窄带滤光片，其作用是滤除其他波长的光线，只透过特定波长的红外光。

这样可以避免其他波长光线对测量结果的干扰，提高测量的准确度。

2. 红外热电堆红外热电堆是红外热电传感器的核心部件，它能够将目标物体辐射出的红外光转换成电信号。

其工作原理是基于热释电效应，当红外辐射照射到热电堆上时，热电堆中的热电偶会受热而产生微弱的电压信号。

这个电压信号随着被测物体表面温度的变化而变化，通过放大器放大后可以得到与温度成比例的电压信号。

3. 信号处理器信号处理器是对从红外热电堆中获取的电压信号进行处理和分析的部分。

它可以对信号进行放大、滤波、数字化等处理，最终通过AD转换器将其转换成数字信号输出。

浅谈MEMS热电堆红外传感器【摘要】MEMS热电堆红外传感器是一种新型的红外传感器技术，具有精准、高灵敏度等特点。

本文从MEMS热电堆结构与原理、工作原理、特点、应用领域和发展现状等方面进行了详细介绍。

由于其小尺寸、低成本和可靠性等优势，MEMS热电堆红外传感器在安防监控、智能家居、工业自动化等领域有着广泛的应用前景。

未来，随着技术的不断进步和市场需求的增长，MEMS热电堆红外传感器将会得到更广泛的应用，为社会发展和人们生活带来更多便利和安全。

MEMS热电堆红外传感器的发展将进一步推动红外传感技术的发展，为人类社会的进步和发展贡献力量。

【关键词】MEMS热电堆红外传感器, 结构与原理, 工作原理, 特点, 应用领域, 发展现状, 前景, 展望1. 引言1.1 MEMS热电堆红外传感器概述MEMS热电堆红外传感器是一种基于微机电系统技术制造的红外传感器，具有高灵敏度、快速响应和低成本等特点。

它利用热电堆原理将红外辐射转化为电信号，实现对目标物体的非接触式测量。

MEMS热电堆红外传感器的工作原理是基于热电效应，当目标物体发出红外辐射时，热电堆中的热电偶产生电信号，经过放大和处理后可得到目标物体的温度信息。

这种红外传感器具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，广泛应用于工业生产、安防监控、医疗器械等领域。

目前，随着MEMS技术的不断进步，MEMS热电堆红外传感器在灵敏度和分辨率上也在不断提升，具有较高的发展潜力。

未来，随着物联网和人工智能技术的发展，MEMS热电堆红外传感器有望在智能家居、智能交通等领域大放异彩，为人们的生活带来更多便利和安全。

2. 正文2.1 MEMS热电堆结构与原理MEMS热电堆是一种利用热电效应来实现能量转换的微型传感器。

其结构主要由电极、热电材料和绝缘层组成。

电极通常采用金属或半导体材料，用于提供电流。

热电材料则是能够在温差作用下产生热电效应的材料，常见的有铋锑合金等。

绝缘层则用于隔离热电堆与外部环境，避免干扰。