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一“槍”難求!被爆炒的額溫槍產業鏈及其技術原理

隨著全國各地陸續復工,額溫槍成為繼口罩之后又一款“硬通貨”。

因新冠肺炎疫情影響,額溫槍從原本小眾的醫療物資品瞬間變為全網瘋搶的“爆款”,市場預計額溫槍的需求短期上升10倍,尤其是醫用級額溫槍更是“一槍難求”,這也讓不少人驚呼:“全網都買不到一支額溫槍!”

龐大需求刺激下,額溫槍市場也徹底瘋狂:原本百元以內的額溫槍短短半月迅速翻漲4倍,最高價格甚至逼近700元左右,不少代理商、黃牛黨迅速扎堆涌入,借機炒作價格、攬收巨額利潤;更有人假意兜售額溫槍信息,“空手套白狼”進行詐騙,讓買家無辜入坑,甚至被騙百萬。

小小的額溫槍,無疑催生了一條包括供應商、炒家以及騙子等多個角色在內的黑金鏈條。不過預計,隨著生產企業供應量抬升以及對莊家騙子惡意炒作價格行為的打擊,過熱的“額溫槍”終究會降溫下來,擊鼓傳花過后,最終剩下一地雞毛。

紅外額溫槍技術原理

一切溫度高于零度(-273.15℃)的物體都在不停地向周圍空間發射紅外能量。其輻射特性、輻射能量的大小、波長分布等都與物體表面溫度密切相關。反過來,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫的機理。

人體與其他生物體一樣,自身也在向四周輻射釋放紅外能量,其波長一般為9-13μm,是處在0.76-100μm 的近紅外波段。由于該波長范圍內的光線不被空氣所吸收,也就是說,人體向外輻射的紅外大小與環境影響無關,只是與人體含存與釋放能量大小有關,因此,只要通過對人體自身輻射紅外能量的測量就能準確地測定人體表面溫度。人體紅外溫度傳感器就是根據這一原理,設計制作而成的。

紅外溫度傳感器

目前市面上的紅外溫度傳感器根據能量轉換所用材料不同,主要有以下幾種類型:

(1)熱釋電型:硫酸三甘肽、鉭酸鋰等
(2)熱電堆型:N型和P型的多晶硅
(3)二極管型:單晶或多晶PN結
(4)熱電容型:雙材料薄膜
(5)熱敏電阻型:氧化釩、非晶硅等 其實,這些類型都只是在接收紅外能量后,轉換方式和材料能效比不同而已。

目前耳、額溫槍采用的紅外傳感器均為熱電堆式,基本物理原理是塞貝克效應。

熱電堆式溫度傳感器參數指標:

測量范圍:-50℃-100℃;
測量精度:0.1℃以內,±0.1%以內;
工作溫度:-20℃-+85℃;
最大測量距離:≦0-50mm(加透鏡300-500mm)
輸出電壓:0-10mV;

熱電堆溫度傳感器最大量程范圍可以做到-60℃到+1200℃范圍

紅外熱電堆傳感器成品圖主要封裝形式有兩種:TO46(TO18)/TO39(TO5);

紅外額溫槍芯片

紅外溫槍核心芯片主要由ADC芯片和控制芯片設計組成,可實現按鍵控制、LCD顯示、電量檢測等功能。

紅外測溫儀的工作過程 :紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯集其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。被測物體輻射的紅外首先進入測溫儀的光學系統,再由光學系統匯聚射入的紅外線,使能量更加集中;聚集后的紅外線輸入到光電探測器中,探測器的關鍵部件是紅外線傳感器,它的任務是把光信號轉化為電信號;從光電探測器輸出的電信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。

人體額溫槍的校準

環境溫度:把傳感器置于25.00 +/-0.02 度水槽中,等穩定后按下某個鍵確認,一般耗時30秒。

黑體溫度:先把黑體爐調到37.00 +/-0.02度,再把傳感器塞入到黑體爐里,等穩定后按下某個鍵確認。一般耗時20

方案設計和產品生產需要準備什么?

  1. 殼有幾個功能鍵,分別什么作用
  2. 液晶屏需多少個腳
  3. 傳感器是數字的還是模擬
  4. 產品規格:什么樣的電池供電,家用還是醫用,是否需要校準

生產測試要求

1、工廠有恒溫房?中高低溫都可以調;
2、是否懂弄散熱器?結構,光學組件和傳感器其中一個出了問題引致不斷測試修正也是不明確的因數,電子設計的工程師不一定能解決不了此些問題。
3、你有臨床實驗資源?(找醫院,,他們有大中小,發燒不發燒的人,做一段時間測試數據)
4、如果做醫規,你有國內CFDA醫療資質?國外叫FDA和CE Medical (CFDA最快要一年半去審批)。

紅外額溫計設計方案

方案簡介

非接觸式紅外額溫計是一種利用現代傳感器測量技術、微電子技術等技術手段對被測對象進行溫度測量的新型儀器。當紅外額溫計對準并靠近被測對象至數字接近式傳感器檢測的有效距離時,按下電源/測量鍵,并保持若干秒,則紅外額溫計內部的紅外傳感器模塊就會進行溫度采集,并轉化為電信號,隨之將電信號轉換為數字信號,而后通過通信接口傳輸到單片機。單片機通過數字溫度傳感器采集當前環境溫度對傳輸的溫度數字信號進行相應溫度補償處理,并把修正后的溫度作為當前記錄編號存儲,同時判斷該溫度所處的LCD背光范圍,從而進行相應的背光顯示:(35.0-37.4℃)體溫正常綠色背光、(37.5-37.9℃)體溫偏高黃色背光、(38-42.9℃)體溫超高紅色背光,若體溫異常同時還會進行“嘀嘀嘀嘀嘀”報警,最后語音播報當前溫度。當超過30 秒不使用,自動進入低功耗模式省電。

方案硬件圖框

本非接觸式紅外額溫計方案由超低功耗、高安全性的MCU:RJM8L151、電源模塊、按鍵模塊、紅外傳感器模塊、溫度傳感器(模塊)、數字接近式傳感器模塊、環境溫度傳感器、語音模塊、喇叭及LCD顯示模塊組成,其硬件框圖如下所示:

1、微控制器MCU

采用武漢瑞納捷電子技術有限公司推出的超低功耗、高安全性的RJM8L151系列MCU。該芯片具備出色的運行和待機功耗表現,支持4路IO喚醒芯片,內部集成了12位高精度逐次逼近型ADC、2通道的多功能比較器、定時器、實時時鐘(RTC)、看門狗定時器(WDT)、電源可編程電壓檢測(PVD)、中斷控制器、硬件真隨機數發生器、AES/DES/SM4硬件加密引擎及通信接口:UATR、SPI、IIC、GPIO、ISO7816、JTAG等模塊,具有性價比高、存儲容量大、安全性高,功耗低、接口豐富等特點。芯片支持采用KeiluVision或IAR集成開發環境開發調試應用代碼。RJM8L151系列安全MCU的硬件框圖如下圖所示:

2、電源模塊

采用2節AAA規格的干電池供電,利用電壓轉換芯片維持電源模塊的輸出電壓,以保證MCU、紅外傳感器、數字接近型傳感器、語音芯片、LCD屏等模塊在電池電壓下降的情況下正常穩定工作。

3、傳感器模塊

3.1 體溫傳感器模塊可以選擇兩種不同的策略:

A)采用集成紅外感應模塊,模塊包括紅外熱電堆傳感器和專用處理芯片,優點是電路穩定、接口簡單、便于調試,不足是價格較高。傳感器信號可選用MLX90614、HMS K1C1 F5.5以及10TP583T等,其中舉例如下:

紅外傳感器MLX90614的紅外感應部分為81101熱電單元, 81101為紅外熱電堆傳感器,其接收目標物體的紅外輻射信號,然后通過內部DSP信號處理專用集成芯片MLX90302與17-bit ADC進行信號放大,信號處理等過程,由 PWM或SMBus方式輸出(與標準速度IIC兼容)測量精度可達0.2%,測量速度快,低功耗MLX90614支持睡眠模式。數字溫度傳感器主要用于測環境溫度,以便紅外傳感器作溫補提升精度,數字接近型傳感器用來檢測測溫時的有效距離

B)采用熱電堆傳感器+外圍電路,優點是成本較低,不足是小信號放大和處理電路、溫度補償電路需要仔細設計和調試,產品設計周期較長。傳感器信號可選用MTP10-B7F55、RTP678等、其中舉例如下:

采用桑尼奇的MTP10-B7F55,可以實現快速、高精度測溫,其內置NTC可以實現環境溫度測量來進行溫補以提升精度,其應用方式可以靈活選擇,原理如下:

(a)軟件溫度補償 (b)硬件溫度補償

(c)模擬接口 (d)數字接口

3.2數字接近型傳感器

用來判斷被測物體與PIR傳感器間的距離,只有在最佳物距比的情況下才啟動測量,保證測量數據的準確性,例如TMD26721。

3.3 環境溫度傳感器

其作用是獲取測量時的環境溫度,以此從紅外溫度傳感器的測量值中剔除環境溫度,得出被測人體溫度,對紅外溫度傳感器做補償。有的環境溫度傳感器被集成到熱電堆傳感器中,如MTP10-B7F55。

4.按鍵模塊

設計包含5個獨立按鍵,分別為電源/測量鍵、SET鍵、UP鍵、DOWN鍵、MODE鍵,其中前4個鍵都有休眠喚醒功能。

電源/測量鍵:按下按鍵進行休眠喚醒后MCU執行一次溫度測量,完成后顯示當前溫度
SET鍵:按下按鍵進行休眠喚醒后,進入功能設置模式,每按1次依次對應以下功能:
F1 顯示單位切換:默認為°C,按下UP鍵則切換為°F,按下DOWM鍵則切換為°C
F2 語音播報開關ON/OFF:默認開ON,按下UP鍵則切換為ON,按下DOWM鍵則切換為OFF
F3 刪除溫度記錄
UP鍵:從當前溫度記錄往上翻,直至溫度記錄32,再翻一次轉到溫度記錄1
DOWN鍵:從當前溫度記錄往下翻,直至溫度記錄1,再翻一次轉到溫度記錄32
MODE鍵:人體/體表模式切換

5.語音模塊

采用用語音芯片WTN1010/VC505來存儲語音片段,如‘十點’、‘℃’、‘℉’、‘一’、‘二’、、、‘九’、‘嘀嘀嘀嘀嘀’等,通過選段播放并湊起來形成完整語音,驅動喇叭發聲

6.LCD顯示模塊

采用RFD-TA20001ZT-11來顯示當前溫度、當前記憶溫度、測量模式、電池狀態、語音開關狀態等信息

方案功能規格

1)測量方式:非接觸式
2)測量距離:3~8CM
3)測量模式:
人體模式:32.0-42.9℃(89.6-109.3°F)
體表模式:0.0-99.9℃(32.0-211.9°F)
4)測量時間:<6s
5)測量準確度:±0.2℃(35.0°-42.0℃);±0.3C(其他范圍)
6)顯示分辨率:0.1°C或0.1°F
7)顯示單位:℃(攝氏度)與°F(華氏度)
8)支持32組儲存記憶
9)支持三色背光顯示
體溫正常綠色背光(35.0-37.4℃)
體溫偏高黃色背光(37.5-37.9℃)
體溫超高紅色背光(38-42.9℃)
10)支持電池低壓顯示
11)支持語音播報
12)支持自動關機省電

RJM8L151的優勢:

1)超低功耗
多達6種低功耗管理模式可供選擇,其中深度睡眠功耗5nA,外部喚醒小于5us并支持4路IO喚醒,Halt模式下功耗低至0.4uA且RAM數據保持等,可大大延長電池的使用壽命。

2)內置PVD可編程電壓檢測
可以對電池升壓后的輸入電壓實現快速階段式檢測與管理。

3)內置12位高精度逐次逼近型ADC
可以直接對電池進行實時、精確的電壓采集以便數字化顯示及掌握電池的使用狀態。

4)豐富的通信接口
芯片支持UATR、SPI、IIC、GPIO、ISO7816等,對擴展功能而言,外圍設備可以有更多的通信方式選擇。

5)15位的看門狗定時器
內置有1路15位的看門狗定時器,可用來在系統運行異常或死機的狀態下來復位系統,將系統回歸正常運行,進一步提升了系統的穩定性。

6)存儲器安全
對內部Flash、SRAM等存儲單元設計了高強度物理防護電路,有效防止惡意代碼竊取和反向分析。

版權聲明:本方案為CSDN博主「1028_Yang楊」的原創文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版權協議,轉載請附上原文出處鏈接及本聲明。
原文鏈接:https://blog.csdn.net/weixin_44246277/article/details/104365045

耳溫槍數字電路技術

數字處理法原理是將熱敏電阻和熱電堆的信號轉換成電信號經放大,通過A/D轉換由單片機釆集數據在內部計算處理可以得到相應的溫度值。

1、完整電路系統

2、時鐘電路

3、復位電路

儀器工作原理:

熱電堆傳感器感受到耳膜上的熱輻射后,產生微弱的電勢信號。這個電信號送入專用MCU進行處理,其溫度值由LCD顯示出來。對應不同的溫度值,顯示綠(正常)、黃(低燒)、紅(高燒)三種顏色的背光。檢測到高燒時,蜂鳴器同時發出“滴滴滴”警告聲訊。熱電堆傳感器中的熱敏電阻,用于檢測熱電堆本身溫度,供內置程序分析計算使用。

由于耳溫槍要吸收熱源,為了達到穩定的熱平衡,熱電堆傳感器要安裝在熱容量大的金屬熱容管上,減少溫度快速變化的干擾。

至于溫度的原點,就必須要在廠內調校。調校的過程是,把耳溫槍放入恒溫槽,設定原點的溫度,然后依據溫升的程度,加以計算,得到正確的溫度。所以,廠家在說明書中提示,一般保用期3年,過期應進行校核。

· 2020-03-04 17:08  本新聞來源自:,版權歸原創方所有

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