耳温枪应用设计方案.doc

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耳温枪应用设计方案
常见的红外线传感器应用可分为医疗、工业、消费性用途,如耳温枪、额温枪、工业用温度仪、红外线温度计…等。在耳温枪应用中,需注意红外线传感器进入耳中的升温效应、导波管与传感器的连接方式…等。在红外线温度计应用中,需注意待测物距离、透镜的聚焦距离…等。
一、纮康科技HY11P系列简介
利用红外线传感器(IRsensor)做为温度讯号的撷取来源,转换为电阻与微小电压讯号输出,再经由纮康科技的单片机“HY11P13”量测讯号、运算、数位输出显示,如图1,以最少的元件达成非接触式红外线温度量测方案。
图1:模拟与数字讯号转换
·单片机简介
Static、1/2、1/3、1/4Duty及1/3Bias软件选择
内建ChargePump稳压线路,提供4种LCD偏压
·8-bitTimerA
·16-bitTimerB模块具Capture/Compare功能
·16-bitTimerC模块具PWM/PFD波形产生功能
·串行通讯SPI模块
二、红外线传感器(IRsensor)简介
由两个接口组件组成,分别为Thermopile及Thermistor,两者封装如图3。
图3:红外线温度传感器
·Thermopile:
输出小电压,其电压值由目标物温度及Thermopile所在环境温度决定((图4))。℃的精准度。使用于环温25℃校正时绝对误差在±℃内。其为半导体材料制作而成的传感器,故容易受温度而影响其测量数值。良好的IRSensor其Thermopile的数学模式如下
………….公式(1)
Vout:Thermopile输出电压
K:SensitivityofThermopile
Tt:TargetTemperature(℃)
Ta:AmbientTemperature(℃)
图4:Thermopile电压与温度曲线
GoodThermopile会有以下两个特性
Tt=Ta时,Vout=0
K为常数,不随环境温度而改变
·Thermistor:
随其所在之温度改变而有电阻变化(图5),用来监视IRsensor内部温度。在此亦称之为量测时的环境温度。建议测量误差及重复性<°C。
Thermistor的数学模式如下
………….公式(2)
Rth(T):Thermistor变化电阻值
B:SensitivityofThermistor
R25:25℃电阻值
图5:Thermistor电阻与温度曲线
三、讯号量测
·电阻量测:
此量测电阻共切换四次网络开关,在每次切换网络开关后,需丢弃两笔数据,并储存四笔数据再取平均作为一笔数据的输出。此量测方式为交替式电阻量测,第一次量测参考电阻RF_count(RF-RFZ),第二次量测thermistor电阻RS_count(RS-RSZ)。
....公式(3)
将量测的RF_count与RS_count代入公式(3),即可求出R,再以R查表换算为温度。
小电压量测:
此量测电阻共切换二次网络开关,在每次切换网络开关后,需丢弃两笔数据,并储存四笔数据再取平均作为一笔数据的输出。TPZ网络开关目的为量测整个系统接地后的ADCcount,TP网络为量测讯号(包含系统接地讯号),TP_count(TP-TPZ),VR为校正的电压值,VR电压设定为[目标温度相对应的电压]–[环境温度相对应的电压]。
....公式(4)
将TP_count×Gain=小电压输出,再去查表,并换算为温度。
四、参考线路
图6:红外线温度量测应用线路
五、耳温枪常见校正方式比较表