采用非接触红外传感器测量温度,精度可达0.2°C

时间： 2019-07-10 来源：世强

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一般来说，测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响;而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有影响动被测物体温度分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、不受测温上限的限制、稳定性好等特点，近年来在家庭自动化、汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。

MELEXIS红外系列传感器是一组通用的红外测温模块。在出厂前该模块已进行校验及线性化，具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。被测目标温度和环境温度能通过单通道输出，并有两种输出接口，适合于汽车空调、室内暖气、家用电器、手持设备以及医疗设备应用等。

测温原理概述

物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度关系密切。因此，通过对物体自身红外辐射的测量，能准确地确定其表面温度，红外测温就是利用这一原理测量温度的。红外测温器由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理及输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

Melexis 公司生产的 MLX90614 系列测温模块是应用非常方便的红外测温装置，其所有的模块都在出厂前进行了校验，并且可以直接输出线性或准线性信号，具有很好的互换性，免去了复杂的校正过程。该模块以 81101 热电元件作为红外感应部分。输出是被测物体温度(TO)与传感器自身温度(Ta)共同作用的结果，理想情况下热电元件的输出电压为：

Vir=A(To4 −Ta4)

其中温度单位均为Kelvin，A 为元件的灵敏度常数。

目标温度和环境温度由81101 内置的热电偶测定测量，从81101中输出的两路温度信号分别经内部MLX90302器件上高性能、低噪声的斩波稳态放大器放大再经一个17-bit 的模数转换器(ADC)和强大的数字信号处理(DSP)单元后输出。

该系列模块的温度解析度可达0.02°C，体积小巧，被测目标和环境温度能通过单通道 (由MLX90302内的状态机控制)输出，有两种输出方式：PWM 输出、可编程SMBus输出，适于多种应用环境，下面以MLX90614为例，重点介绍其特性和使用方法。通过SMBus编程可以更改模块EEPROM内的预设值并按照应用要求进行配置，并可以读出EEPROM内的配置信息;还可以读出模块RAM内温度等数据。

MLX90614有适用于3伏和5伏电源操作的两种类型。由于3伏型其小于2毫安的电流消耗，它非常适用于手提装置和电池动力装置。为此，传感器也具有一个节能“休眠”模式，此时电流消耗可低于2毫安。对于12伏汽车电池直接供电的情况，5伏型包含的电子部件可与几个外部元件一起在较高电压下运行。

MLX90614 简介

1）MLX90614 管脚

图1：MLX90614的管脚分布

所有精确度特征都是在保证器件金属封装在热均衡的情况下。并且，所有精确度都只适用于感应器视野范围内只存在被测物体。

图2：标准MLX90614 精确图表 (环境温度 Ta，物体温度 To)

所有精确度特征都是在保证器件金属封装在热均衡的情况下。对于MLX90614医疗精确度版本MLX90614DAA，在环境温度 10^oC-40°C 范围和被测物体温度 32°C-42°C范围内精确度如下图所示。对于其余范围的的精确度，请参照前图。

图 3：医疗应用 MLX90614DAA 精确图表 (环境温度 Ta，物体温度 To)

设计要点

采用辐射测温法。在进行方案设计时注意以下几点。

1）由于低温目标红外辐射信号微弱，故要选择高响应率的红外探测器，这是实现低温目标能量探测的关键。

2）经红外探测器转为电信号，此信号极其微弱，因此要选择低噪声、高输入阻抗、低温漂、高共模抑制比的运放，来提高测温精度和稳定性。

3）由于本测温仪包含数字信号和模拟信号，因此在进行电路设计和PCB板设计时，一定要尽量避免数字信号对模拟信号产生影响，采取相应的屏蔽措施。

4）由于测量体表温度，不同的部位体表温度有所不同，因此正确的环境温度补偿和误差修正必不可少。

5）使光学系统与激光瞄准保持平行，以保证被测物体的准确定位。

红外测温仪的设计方案

测温仪由热电堆传感器、单片机、液晶显示、电源管理等部分组成。通过热电堆探测器得到物体温度对应的电信号，电信号经过前置放大后送至A/D模块进行数模转换，再通过SMBus总线将数据传到8051单片机系统，由单片机进行数据处理，并把处理完的最终温度值送往液晶进行实时显示。整体结构如图4所示。

图4：基于MLX90614的体温计方案

总结：

非接触式温度测量装置采用了辐射测温原理，属于红外辐射测温法在体温测量的应用，目的是为了实现对人体温度的非接触测量。辐射低温测量过程中一个最重要的方面就是对环境温度进行补偿，MLX90614可以保证测温模块的精度和稳定性。MLX90614可以使该测量仪体积小、使用方便、性能价格比高、稳定性好、可靠性高、通用性好等优点，因而MLX90614有着很好的市场前景。但在实用时还需要根据使用环境特点进行完善，比如：增加光学聚焦功能、存储功能和激光瞄准功能等，这样就能克服传感器对测量条件环境要求高的弊端，拓展应用领域。

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全部评论（4）

李四 Lv7. 资深专家 2018-10-19

学习了
gaogao Lv7. 资深专家 2018-06-09

学习了，涨点知识
偷闲躲静 Lv4. 资深工程师 2018-01-11

好东西好东西
沈戈戈 Lv7. 资深专家 2017-12-14

感谢分享，资料不错，学习了解下先

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2008年07月30日 - MELEXIS - 数据手册 - Rev 004

Melexis（迈来芯） MLX90640红外热传感器阵列数据手册（REV.3）

型号- MLX90640ESF-BAB-000-TU,MLX90640ESF-BAA-000-TU,MLX90640

2016年09月04日 - MELEXIS - 数据手册

安费诺助力升级医疗设备和传感器，通过定制健康监测传感器来重新定位患者护理方式

远程护理和远程医疗的兴起改变了患者护理的游戏规则。定制健康监测传感器在这一转变中发挥着不可或缺的作用，因为它们无需面对面即可收集数据。随着OEM医疗传感器公司创建满足临床医生和患者确切需求的定制解决方案，医疗保健工作者现在可以在许多情况下为患者提供护理，无论身在何处。和我们一起来升级您的医疗设备和传感器吧！

2023-10-31 - 应用方案

【经验】影响红外传感器MLX90614测量精度的因素和调整方法

Melexis的红外传感器MLX90614，基于热反应堆技术，测量分辨率均高达0.02℃，MLX90614ESF-DCI-000-TU在被测温度36℃到38℃之间误差精度为±0.2℃。但在实际长距离测温中，经常会达不到这一精度，本文就此分析影响的五个因素和改善方法。

2020-04-16 - 设计经验

单点红外传感器MLX90615比MLX90614有哪些优势？

单点红外传感器MLX90615和MLX90614均是集成于硅衬底上的热敏电阻，用于测量环境（传感器）温度，置于薄膜上的热电堆热接头根据物体的红外辐射来感应环境和物体温度之间的温差，并将其转换为电压信号。但是MLX90614支持的视角范围(FOV)版本更多一些，MLX90615仅支持FOV为80°和100°。MLX90614支持被测物温度范围-40℃到380℃，MLX90615支持被测物温度范围- 40℃到115℃。MLX90615的封装体积更小，性价比更高，成功出货在耳温枪、工业设备监控等项目中。

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