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一种红外测温传感器模组及测温方法、测温设备


技术摘要:
本发明公开了一种红外测温传感器模组及测温方法、测温设备,包括若干个热电堆传感器单元和至少一个温度传感器,热电堆传感器单元包括处理器和热电堆传感器;热电堆传感器用于测量目标物体的第一环境温度和第一温度;温度传感器用于获取目标物体的第二环境温度;处理器  全部
背景技术:
红外光是人眼看不见的一种光。红外辐射的物理本质是热辐射,物体的温度越高, 发射的红外辐射越多,红外辐射的能量越强。热电堆(Thermopile)红外测温传感器直接感 应热辐射,用于测量小的温度差或者平均温度,已经被大量应用到非接触式温度测量领域。 在使用热电堆进行温度测量中,将热电堆红外温度传感器(以下简称IR传感器)对 准目标物体,热电堆感应目标物体发出的红外线与传感器环境红外线的差值,并转换成模 拟电压信号。假设目标物体的绝对温度为To,传感器的环境绝对温度为Ta,单位均为开尔文, 那么模拟电压信号可以表示为: 其中A为常数。可以通过固定目标物体温度To和环境温度Ta后,用仪器测量Vo后,计 算得到传感器的常数A。热电堆红外测温传感器中除了IR(Infrared  Radiation,红外线)传 感器外,一般还会封装一个NTC(Negative  Temperature  Coefficient,负温度系数)热敏电 阻(也称为Thermistor)用于检测IR传感器的环境温度Ta传统的激光雷达。 使用热电堆红外测温传感器测量目标物体温度To的流程如下: 测量NTC热敏电阻的电阻,通过NTC热敏电阻的R-T表算出环境温度Ta; 测量IR传感器输出的模拟电压Vo; 使用下述公式(2)计算目标温度: NTC热敏电阻是一种以过渡金属氧化物为主要原材料经高温烧结而成的半导体陶 瓷组件,它具有非常大的负温度系数,电阻值随环境温度或因通过电流而产生自热而变化, 即在一定的测量功率下,电阻值随着温度上升而迅速下降。利用这一特性,可将NTC热敏电 阻通过测量其电阻值来确定相应的温度,从而达到检测和控制温度的目的。 NTC热敏电阻的零功率电阻值RT定义为在规定温度下,采用引起电阻变化相对于 总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率而测得的电阻值。在温度为25℃下测得的零功 率电阻值R25成为标称电阻值。 体现NTC热敏电阻随着温度变化而产生电阻变化快慢的参数为热时间常数 (Thermal  Time  Constant,TTC),用τ来表示。在零功率条件下,当温度发生变化时,热敏电 阻体温度变化了始末温度差的63.2%所需的时间,定义为NTC热敏电阻的热时间常数τ。假 设环境温度从T1变化到T2,经过时间t秒后,热敏电阻温度T可以表示为: 3 CN 111579096 A 说 明 书 2/8 页 现在,假设经过的时间t=τ,那么热敏电阻温度可以表示为: T=(T2-T1)(1-e-1) T1                 (4) 于是可以得到: 这表面热时间常数τ定义为热敏电阻达到其初始温度和最终温度差值的63.2%的 时间,如图1所示。 NTC热敏电阻的热时间常数τ通俗的说就是标示NTC热敏电阻相对环境温度变化的 灵敏度。热时间常数是一种固有的器件特性,与环境变化率无关。 在集成度较高的热电堆红外测温传感器中,除了用于探测目标物体(或者人)温度 To的红外(IR)传感器外,通常会集成一个NTC热敏电阻用于检测IR传感器的温度Ta。由于受 热敏电阻质量、形状、灌装材料、封装外壳等诸多因素的影响,已经在实际工作中发现热电 堆的NTC热敏电阻的灵敏度往往比IR传感器的灵敏度差,常见于用热电堆传感器制成的额 温枪、耳温枪等红外测温产品很难通过环境温度快速变化的高低温测试。其中的主要原因 是因为IR传感器测量目标温度时,通过NTC热敏电阻获得的环境温度是一个滞后的温度值, 通过公式(2)计算出来的目标温度不能完全反应目标温度的变化。 现有技术中的热电堆红外测温传感器测温时无法在环境温度快速变化时准确的 测量环境温度,造成测温精度差。 因此,现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素:
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种红外测温传感器模组及测 温方法、测温设备,旨在解决现有技术中热电堆红外测温传感器测温时无法在环境温度快 速变化时准确的测量环境温度,造成测温精度差的问题。 本发明的技术方案如下: 一种红外测温传感器模组,包括若干个热电堆传感器单元和至少一个温度传感 器,所述热电堆传感器单元连接温度传感器,所述热电堆传感器单元包括处理器和热电堆 传感器,所述处理器与所述热电堆传感器连接; 所述热电堆传感器用于测量目标物体的第一环境温度和第一温度; 所述温度传感器用于获取目标物体的第二环境温度; 所述处理器用于根据所述热电堆传感器测量的第一环境温度和第一温度生成温 度差值,根据温度传感器的第二环境温度对初始温度进行校正,生成目标物体的最终温度。 可选地,所述热电堆传感器单元还包括通讯接口,所述通讯接口与所述处理器连 接, 所述通讯接口用于输出所述处理器生成的目标物体的最终温度。 可选地,所述红外测温传感器模组还包括电源转换器,电源转换器分别与所述热 电堆传感器单元、所述温度传感器连接; 所述电源转换器用于为所述热电堆传感器单元和所述温度传感器提供电源。 可选地,所述温度传感器的热时间常数小于所述热电堆传感器的热时间常数。 4 CN 111579096 A 说 明 书 3/8 页 可选地,所述温度传感器为一个,所述若干个热电堆传感器单元连接所述温度传 感器。 可选地,所述温度传感器的个数与所述热电堆传感器单元的个数相同,所述热电 堆传感器单元与温度传感器一一对应连接。 本发明的另一实施例提供了一种基于上述任一项所述的红外测温传感器模组的 测温方法,所述方法包括: 处理器获取热电堆传感器输出的第一环境温度和第一温度,根据第一环境温度和 第一温度计算温度差值; 处理器获取温度传感器输出的第二环境温度; 处理器根据温度差值和第二环境温度,生成目标物体的最终温度。 可选地,处理器获取热电堆传感器输出的第一环境温度和第一温度,根据第一环 境温度和第一温度计算温度差值,包括: 处理器获取热电堆传感器输出第一环境温度Ta和第一温度T0, 根据第一环境温度Ta和第一温度T0计算温度差值ΔT的计算公式如下: 可选地,所述处理器根据温度差值和第二环境温度,生成目标物体的最终温度,包 括: 根据温度差值ΔT和第二环境温度Ta ,new,生成目标物体的最终温度To,new的计算公 式如下: 本发明的另一实施例还提供了一种测温设备,所述包括上述任一项所述的红外测 温传感器模组。 有益效果:本发明公开了一种红外测温传感器模组及测温方法、测温设备,相比于 现有技术,本发明实施例中的红外测温传感器模组可以对环境温度快速响应,提高温度测 量精度,温度计算方法简单,提升了温度测量效率。 附图说明 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中: 图1为现有技术中热敏电阻的热时间常数的定义原理图; 图2为MLX90614红外测温传感器的管脚定义示意图; 图3为MLX90614红外测温传感器的功能框图; 图4为MLX90614红外测温传感器的RAM存储地址示意图; 图5为本发明一种红外测温传感器模组的一具体实施例的硬件结构图; 图6为本发明一种红外测温传感器模组的另一具体实施例的硬件结构图; 图7为本发明一种基于红外测温传感器模组的测温方法的流程图; 图8为本发明一种测温设备的硬件结构图。 5 CN 111579096 A 说 明 书 4/8 页
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