红外线体温测量仪设计
红外线体温测量仪设计论文
众所周知，每当感冒发烧的时候总是需要测量体温，这也是衡量人体身体健康状况的重要标准，而现如今最为普遍的体温计是水银温度计。但是水银温度计因为其成分的特殊性。不仅有剧毒的汞而且易碎，存在着不小的安全隐患。所以近年来人们考虑设计新型的体温计来代替它，本文提到的红外线体温测量仪就是其中的重要成果。
设计课题：简化的红外线体温测量仪
设计原理和框图：
红外测温仪是利用红外传感器对电力设备运行时的热辐射进行采集，通过转换电路将红外传感器采集到的光信号转换成电信号，再将电信号通过放大电路、带通滤波电路、解调电路、A/D转换等单元电路处理后送到单片机中，最后单片机将带有数据信息的电信号进行分析处理，将电信号转变成与之相对应大小的温度值显示输出。
总设计方框图
远红外测温原理
一切温度高于绝对零度的物体均会依据其本身温度的高低发射定比例的红外辐射能量。辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。人体温度在(36~37℃)放射的红外波长为9~13μm。依据此原理便能通过准确的地测定人体额头的表面温度，修正额头与实际体温的温差便能显示准确的体温。
红外线体温测试仪是采用接收不同光谱,在显示屏幕上显示不同数字来实现的.物体(包括人体)的不同温度反应出不同光谱,红外温度测试仪发射一束光到物体(包含有许多测温需要光谱).然后反射再有红外温度测试仪接收,其中物体温度成现的光谱反射到红外温度测试仪最强,接收到的最强光谱信号经过内部电路整形.放大.筛选.模拟/数字转换后由显示屏幕显示出这个光谱的具体温度数字.。
根据实验表明，人体辐射的红外线（能量）波长主要集中在约10000nm左右。根据人体红外线波长的这个特性，如果用一种探测装置，能够探测到人体辐射的红外线而去除不需要的其他光波。
绝对黑体辐射定律
任何物体在任何温度下，都向外发射波长不同的电磁波．在不同的温度下发出的各种电磁波的能量按波长的分布不同。这种能量按波长的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射。
为了定量描述某物体在一定温度下发出的能量随波长的分布，引入“色辐射本领”(也叫单色辐出度)的概念。波长为λ的单色辐射本领是指单位时间内从物体的单位面积上发出的波长在λ附近单位波长间隔所辐射的能量．通常用Mλ(T)表示。
能全部吸收投射在它上面的各种波长的电磁波的物体叫做绝对黑体，简称黑体。绝对黑体的吸收本领最大，辐射本领也最大。
1、斯忒藩－玻耳兹曼定律
黑体辐射的总辐射本领(也叫辐射出射度)
黑体的总辐射本领随温度的升高而急剧增加。
2、维恩位移定律
在任意温度下，黑体的辐射本领都有一个极大值，这个极大值对应的波长用λm表示，称为峰值波长。λm与温度T有如下确定的关系
λ（m）T=b
上式称为维恩位移定律。当绝对黑体的温度升高时，单色辐射出射度最大值向短波方向移动。
普朗克量子原理
是光（或任何其它经典的波）只能被发射或吸收分立的量子，其能量与它们的频率成正比，和它们的波长成反比的思想。
普朗克认为辐射能只能以普朗克称为量子这个基本单位的整倍数形式辐射出来。根据普朗克学说，一个光量子的大小取决于光的频率（即颜色）且与一个物理量成正比。普朗克把这个物理量缩写为h，现在被称为普朗克常数。普朗克假说与当时流行的物理概念完全对立，但是他却利用这一假说在理论上准确地推导了正确的黑体辐射公式。
1900年，普朗克从理论上推导出一个与实验符合得非常好的公式：
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称为普朗克公式。
2远红外传感器
远红外探测器一般由光学系统、敏感元件、前置放大器和信号调制器组成。光学系统是远红外探测器的重要组成部分。本设计中主要使用透射式光学系统的远红外探测器，透射式光学系统的部件用红外光学材料做成，不同的红外光波长应选用不同的红外光学材料：在测量700℃以上的高温时，用波长为0.75～3um范围内的近红外光，用一般光学玻璃和石英等材料作透镜材料；当测量100～700℃范围内的温度时，一般用3～5um的中红外光，多用氟化镁、氧化镁等热敏材料；当测量100℃以下的温度用波长为5～14um的中远红外光，多采用锗、硅、硫化锌等热敏材料。三个范围内的波长远红外光其测量的温度相对较低，同时对仪器的损坏了相对较小，而远红外测温仪最适合的工作波长是8～14um，因此，在选用波段时应充分考虑远红外测温仪的工作波长而选择第三段其原理图如图
透射式远红外探测器示意图
3，同相放大器
运算放大器(简称运放)实际上是多级直接耦合放大电路的集成形式，其特点是高输入电阻、高放大倍数、低输出电阻。
基本同相放大器图
, 4，模数A/D转换器
能将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器，A/D转换器已经成为计算机系统中不可缺少的接口电路。为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器必须具有足够的转换精度；在实现对快速变化的信号的实时控制与检测，还要求具有较高的转换速度。为将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程，在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，同时实现。即外部的各种模拟信号必须通过A/D转换器变换为数字信号后，才能送入微处理器芯片。在单片集成A/D转换器中，ADC0809是8位的芯片，采用逐次比较式工作原理。具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用单一+5V电源，其模拟量输入电压的范围为00H—FFH，转换时间为100，无须调零或调整满量程。比较满足设计要求。
ADC0809共有28个引脚，下图为其引脚图。
ADC0809引脚图
5， 红外体温计的软件部分
鉴于MCS-51系列单片机的高性能、低价格，以及在我国的广泛应用，我们决定选用该系列的单片机。
三，优缺点及其现状
优缺点：
红外线比普通家用的水银安全，适合各个年龄层使用，不会发生水银中毒或者婴幼儿接触容易发生危险的现象；
它采用红外线技术可快速方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。
测量精度高且性能稳定；
能源简便，携带方便
缺点是相比于水银温度计价格较为昂贵而且体积会大一点。
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