红外传感器与元器件缺货，是导致温枪紧俏短缺的主要原因。可是，红外传感器原理、结构、性能如何？温枪的主芯片方案结构、原理、核心技术是什么？

一、红外热像技术

由于各种物体比如人、动物、车辆、飞机等吸收与含存的热能量强度不同，向外辐射的热红外能量自然不同，都能展示出其各自不同的红外辐射能量强度分布图形。当接受被测目标物体的红外辐射能量分布图形并反映到红外探测器的光敏元件上，通过对物体的红外热像进行光扫描后，并聚焦在单元或分光探测器上，再由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大、转换或标准视频信号处理，显示出与被测物体表面的热分布场相对应的红外热像图。由于热像分布图信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感。为更有效地判断被测目标的红外热分布场，通常采用图像亮度调节、对比度控制、实标校准、伪色彩描绘与标定等技术来达到实用效果。因此，一种由红外探测器、光学成像物镜和光扫描系统构成的红外热像仪悠然而生。一切物体不受烟、雾及树木等障碍物的影响，不论白天和夜晚都能清晰地被观察到，这是目前人类掌握的最先进的物体（夜视）观测器材。

二、人体红外温度传感器

一切温度高于零度（-273.15℃）的物体都在不停地向周围空间发射红外能量。其辐射特性、辐射能量的大小、波长分布等都与物体表面温度密切相关。反过来,通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温的机理。

人体与其他生物体一样，自身也在向四周辐射释放红外能量，其波长一般为9-13μm，是处在0.76-100μm 的近红外波段。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，也就是说，人体向外辐射的红外大小与环境影响无关，只是与人体含存与释放能量大小有关，因此，只要通过对人体自身辐射红外能量的测量就能准确地测定人体表面温度。人体红外温度传感器就是根据这一原理，设计制作而成的。

非接触红外测温技术不需要接触被测物，避免传染、烫伤等危险或无法触碰的物体，特别是像卫生设施、医用物品等不会被污染或损坏。快速、准确地测量出物体的表面温度，具有响应快、精度高、低成本、寿命长、使用安全等优点。

1、红外温度传感器类型

目前红外温度传感器根据能量转换所用材料不同，可分为以下几种类型：

（1）热释电型：硫酸三甘肽、钽酸锂等

（2）热电堆型：N型和P型的多晶硅

（3）二极管型：单晶或多晶PN结

（4）热电容型：双材料薄膜

（5）热敏电阻型：氧化钒、非晶硅等

其实，这些类型都只是在接收红外能量后，转换方式和材料能效比不同而已。

2、红外热电堆式温度传感器

目前耳、额温枪采用的红外传感器均为热电堆式，基本物理原理是塞贝克效应。红外热电堆式温度传感器类似于热电偶，由可透过特定波长范围的红外滤光片和红外接收的热电堆芯片组成。外加一个腔内环境比对温度基准（陶瓷热敏电阻等校准温度用）。

热电堆温度传感器的工作原理、内部结构及外形封装结构示意见下图：

红外热电堆传感器成品图主要封装形式有两种：TO46(TO18)/TO39(TO5)；

三、人体红外测温仪（额温枪、耳温枪）

额温枪与耳温枪原理完全一致，都是采用红外测温原理，根据人体额头、耳腔内的温度与体温的关系得到人体的实际体温，二者只是结构和算法略有不同。它是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。简单地说就是由红外热电堆式温度传感器接收到人体表面发出的能量后，将红外能量转换成电信号，放大器把传感器电信号进行放大处理，通过模数转换（A/D转换）变为数字信号或调制解调处理转换成频率信号，再通过补偿修正、参数校准和算法模型等工作就可转换为医用级的高精度温度值。加上显示驱动电路、液晶显示屏、外壳和电池等组装一起，就成为一个完整的温枪。增加存储电路和微处理器等就可成为智能型温度检测仪。只须将探测窗口对准耳腔、额头位置，1秒即可安全、快速、准确的测出人体温度。

（1）测量电路组成

非接触式体温计的主控电路分模拟电路和数字电路两种，其中模拟电路的处理方法精确度得不到保证，一般用于工业测量；数字电路通过对信号进行放大，提高A/D转换器的分辨率，精确度可以达到±0.1℃，更适用于人体温度的测量。

手持式耳温、额温枪系统逻辑结构关系和逻辑电路图如下图（a）（b）所示。

红外温枪核心芯片主要由ADC芯片CS1259和控制芯片CSU18M88设计组成，可实现按键控制、LCD显示、电量检测等功能，为了扩大温度测量范围，先通过一个高压LDO RS3002把电池电压转为3V，供整个系统使用，包括为单片机，背光灯，运放等器件供电，然后再用一个低功耗LDO RS3236从3V降为1.5V，以便能给热电堆提供一个参考电压，让测量温度范围扩大。单片机通过读取热电堆内部的NTC电阻与固定100kΩ电阻分压后的电压值，计算出不同环境温度比对后的温度准确值。

由于热电堆的输出电阻较高，放大器倍数大概需要100倍以上，以便将小于10uV的传感器信号放大后输入给处理器。

此电路系统除温枪外，在电子衡器、精密测量及控制系统、智能穿戴测量等都能使用。

（2）技术参数指标与产品特征

人体测温仪最佳红外波长为9-13微米（μm），最大值温度测量区间为35-45℃之间。通过对耳、额表面温度与实际体温的偏差值修正、校准，便能显示准确的体温值。具体参数指标如下：

1.精确测量：测量偏差≤±0.3℃。

2.快速测温：测量时间＜1秒钟。

3.测量距离：在5-15CM之内都可以适应，无需固定测量距离。

此外，手持温枪也有软肋。由于防护镜片是最易损坏的部分，因此，必须小心保护探头镜片；探头镜片需要保持干净，清洗要用棉签或软布沾水或酒精轻轻擦拭；不得浸水或阳光直接暴晒；也不可重摔或碰撞，以免导致其损坏。

由于刻度读取准确性、水银（汞）生产工艺、使用回收等环保因素，国际已经淘汰水银温度计，提倡采用电子温度计。

补充分享血氧仪的设计知识：

家庭使用的便携式指夹血氧仪灵活度高，能够在无创伤的基础上快速测量人体的血氧饱和百分比(SpO2)，还有脉搏频率，受到了市场的广泛好评，持续畅销。

基于血液中的血红蛋白对红光和红外线有不同的吸收能力，含氧血红蛋白(HbO2)与还原血红蛋白(Hb)相比，Hb吸收的红光较多，红外线较少。HbO2则相反，吸收的红光较少，红外线较多。红光和红外线LED灯在结构上紧挨着，这样方便在手指的单一位置透光。光线从手指的一面穿透到另一面，被光敏二极管接收后，产生对应比例的电压。

润石科技作为一家拥有高性能模拟信号链设计能力的公司，旗下产品线跟指夹血氧仪等消费类医疗产品具有非常高的匹配度，包括运算放大器、比较器、模拟开关、LDO 等产品。

典型的便携式指夹血氧仪原理框图如下：

上图中，模拟开关 RS2105 用于切换红光 LED 和 红外线 LED 灯，它们分时复用并且调制有一定的频率，运放 RS321 配合 MCU 内部的 DAC 产生恒流输出的信号，因为LED灯恒流工作可以获得比较稳定的波长，发射电流常常达到数十mA，所以要求模拟开关的导通电阻最好小于 1Ω，RS2105 的导通电阻为 0.6Ω，满足应用要求。

在光敏接收管侧，运放 RS622 用于实现光电转换，这就要求运放的输入偏置电流 Ib 是 pA 级别的，另外运放的带宽需要 5MHz 以上以满足快速反应，低噪声系列的运放能够更好的提高系统的分辨率。在电源拓扑上，一种是用两节干电池(3V)然后升压到 5V 再降压给系统各电路使用，另外一种带有锂电池，可以循环充电使用，低功耗 LDO RS3236 均适合这两种拓扑系统。

低噪声运放 RS622的主要参数如下：

◆ 宽工作电压范围：2.5V~5.5V；

◆ 低失调电压：典型值 0.7mV，最大值 3mV；

◆ 低温度漂移：典型值 2uV/°C；

◆ 低输入偏置电流：1pA；

◆ 单位增益带宽：7MHz；

◆ 静态电流：600uA 每通道；

◆ 噪声系数：11nV/√Hz。

模拟开关RS2105 的主要参数如下：

◆ 宽输入电压范围：1.8V~5.5V；

◆ 导通电阻值：0.6Ω，最大 1Ω；

◆ 输出电流持续：500mA；

◆ -3dB 带宽：30MHz；

◆ 静态电流：小于 1uA；

◆ 有MSOP-10，TDFN-3*3-10L 封装可选。

低功耗LDO RS3236的主要参数如下：

◆ 宽输入电压范围：1.7V~7.5V，支持 4 节干电池输入；

◆ 内部最大输出限流点：>500mA；

◆ 超低静态电流：20uA；

◆ 超低压差：1mV/mA；

◆ 超高 PSRR：70dB@1KHz；

◆ 输出电压精度可选：1% 或者 2.5%；

◆ 多种固定输出电压可选，有 SOT-23，SOT-89-3，SOT-23-5，UTDFN-1*1-4L 封装可选。

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