CN111928956A - 一种红外测温仪 - Google Patents

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蒋淑恋
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洪丽君
王在旗
沈在钦
陈炯宇
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Abstract

本发明涉及一种红外测温仪，包括壳体和红外热电堆传感器，所述壳体上设有测温窗口，还包括进气通道、回气通道和中空的恒温腔体，所述恒温腔体设于壳体内且与测温窗口对应设置，所述红外热电堆传感器设置于恒温腔体内，所述恒温腔体的腔壁上分别设有进气口和回气口，所述进气通道和回气通道分别设于壳体内且位于恒温腔体外，所述进气通道的一端设于进气口上，所述回气通道的一端设于回气口上，所述进气通道的另一端与回气通道的另一端之间形成单向气流循环。本发的红外测温仪可降低或消除低温环境等因素对测温仪本身的影响，适用于低温环境条件。

Description

一种红外测温仪
技术领域
本发明涉及体温检测设备，特别涉及一种红外测温仪。
背景技术
体温检测是新冠肺炎疫情防控的一个重点，而目前的红外测温产品一般要求使用环境温度为16℃～35℃。这对于气温较低的冬季，各疫情防控监测点大部分在室外，仪器因长时间在室外使用易出现严重偏差，甚至无法显示。
目前，红外测温仪普遍使用的红外传感器为热电堆红外传感器，其技术成熟，成本适中。环境温度作为传感器红外-体温计算公式的一个主要变量之一，决定了其对使用的环境温度具有一定的要求，一般需在16℃～35℃范围内。
环境温度的影响就是对热电堆传感器本身温度的影响，将测温仪在特定环境下放置一段时间再使用的目的就是使传感器本身温度和环境温度达到平衡。这个温度通过内置于热电堆传感器内部的热敏电阻测出后，传递给红外传感器进行环境温度的修正。
同时热电堆传感器还容易受到外界的热辐射污染，比如操作者的体温、其他或被测物体的辐射热源，环境温度波动等等，导致测得的温度出现漂移。这些因素均使得红外测温仪无法适用于低温环境下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种红外测温仪，可消除环境温度以及其他非相关热辐射对红外热电堆传感器的影响，使红外测温仪适用于低温环境。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种红外测温仪，包括壳体和红外热电堆传感器，所述壳体上设有测温窗口，还包括进气通道、回气通道和中空的恒温腔体，所述恒温腔体设于壳体内且与测温窗口对应设置，所述红外热电堆传感器设置于恒温腔体内，所述恒温腔体的腔壁上分别设有进气口和回气口，所述进气通道和回气通道分别设于壳体内且位于恒温腔体外，所述进气通道的一端设于进气口上，所述回气通道的一端设于回气口上，所述进气通道的另一端与回气通道的另一端之间形成单向气流循环。
本发明的有益效果在于：
通过上述恒温腔体的设计，将红外热电堆传感器设于恒温腔体内，通过恒温腔体实现红外热电堆传感器的恒定温度的控制(控制在25℃)，降低或消除低温环境等因素对测温仪的影响，进而使红外测温仪适用于低温环境。
附图说明
图1为本发明实施例的红外测温仪的整体结构连接示意图。
标号说明：
1、壳体；2、红外热电堆传感器；3、进气通道；4、回气通道；5、恒温腔体；6、温度控制单元；7、加热元件；8、热敏电阻；9、集热器；10、信号放大器；11、处理器；12、温度传感器；13、空气过滤器；14、风机；15、测温窗口；16、滤光片；17、补气通道。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：将红外热电堆传感器设于恒温腔体内并提出了一种无需对其进行环境温度修正的红外辐射-体温的简化算法。
请参照图1，一种红外测温仪，包括壳体和红外热电堆传感器，所述壳体上设有测温窗口，还包括进气通道、回气通道和中空的恒温腔体，所述恒温腔体设于壳体内且与测温窗口对应设置，所述红外热电堆传感器设置于恒温腔体内，所述恒温腔体的腔壁上分别设有进气口和回气口，所述进气通道和回气通道分别设于壳体内且位于恒温腔体外，所述进气通道的一端设于进气口上，所述回气通道的一端设于回气口上，所述进气通道的另一端与回气通道的另一端之间形成单向气流循环。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
通过上述恒温腔体的设计，将红外热电堆传感器设于恒温腔体内，通过恒温腔体实现红外热电堆传感器的恒定温度的控制(控制在25℃)，降低或消除低温环境等因素对测温仪的影响，无需对传感器的环境温度参数进行修正，提高了设备稳定性和适用性，进而使红外测温仪适用于低温环境。
进一步的，还包括温度控制单元和加热元件，所述温度控制单元与加热元件电连接，所述加热元件设于进气通道上。
由上述描述可知，作为一个具体的恒温控制的结构示例，可设计上述温度控制单元和加热元件，进气通道上的空气流经加热元件，温度控制单元控制加热元件对经过的空气进行加热，加热至所需温度的空气由进气口流入恒温腔体，后经由回气口流至回气通道，形成单向气流循环，进而恒温腔体与温度控制单元形成一个循环，保证腔体内温度稳定控制在所需温度(25℃)。
进一步的，还包括热敏电阻、集热器、信号放大器和处理器，所述热敏电阻和集热器分别设于恒温腔体内，所述热敏电阻设于集热器的附着底板上且靠近集热器设置，所述热敏电阻与温度控制单元电连接；所述信号放大器和处理器分别设于壳体内且位于恒温腔体外，所述集热器经由信号放大器与处理器电连接。
进一步的，还包括温度传感器，所述温度传感器设于壳体的外侧且与处理器电连接。
由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，热敏电阻置于集热器的附着底板上，尽量靠近集热器的位置，用于监测恒温腔内的环境温度，并反馈给温度控制单元。集热器将接受到的红外辐射能经过信号放大器进行A/D转换后传递给处理器进行处理。设于壳体外侧的温度传感器，用于测量被测人体所处的实际环境温度，并将测得的环境温度传递单片机进行处理。
进一步的，所述处理器为单片机。
由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，处理器为单片机。
进一步的，所述恒温腔体的材质为隔热材料。
由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，恒温腔体的材质为隔热材料，以避免与外界的热交换。
进一步的，还包括空气过滤器，所述空气过滤器设于进气通道上，所述空气过滤器和加热元件沿进气方向依次设置。
由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，可增设空气过滤器，过滤掉空气中的粉尘使其满足一定的洁净度要求后，进入恒温腔体。
进一步的，还包括风机，所述风机的出风口与进气通道的另一端连接，所述回气通道的另一端与风机的回风口连接，通过风机形成单向气流循环。
进一步的，所述风机上设有补气通道，所述补气通道上设有阀门。
由上述描述可知，作为一个具体的结构示例，可设计上述风机，实现单向气流循环。补气通道用于弥补整个气流循环系统的泄露风量。
进一步的，所述恒温腔体的腔壁上设有滤光片，所述滤光片与测温窗口对应设置。
在实际应用中，环境温度对红外测温仪的影响包含两部分，一是对红外传感器本身感温性能的影响，二是对被测人体表面红外辐射的影响。
红外热电堆传感器的适宜温度为16℃～35℃，优选为25℃。因此，通过温度控制单元控制恒温腔体的温度稳定在25℃±0.3℃。而热敏电阻在25℃条件下其参数具有较高的稳定性，并只需校正其25℃条件下标称值。本发明的红外测温仪，设计将红外热电堆传感器本身的温度控制在25℃，进一步采用标准黑体，在不同环境温度下进行标定，得到不同环境温度对被测黑体的影响，对传感器的输出曲线进行多项式拟合得到相应的修正系数，无须再对环境温度进行补偿。进一步地，结合普朗克定律，温度为Tobj的物体，其单位面积在全部波长的辐射功率可以表示为：Pobj＝kεTobj；
其中：k是玻耳兹曼常量，ε是物体的发射系数，ε∈[0，1]。
红外热电堆传感器在25℃条件下的敏感系数β25，其由传感器本身在25℃条件下的敏感度决定，为常数。
被测人体所处环境温度对传感器测得结果的影响的拟合曲线，其系数表述为δen，该系数可结合外壳处的热电偶传感器测得的环境温度Ten拟合曲线得到。通过将标准黑体置于环境试验箱中，进行一系列的环境温度实验，可预先确定该系数的影响函数关系。
因此该设计中，红外热电堆传感器的输出电压可简化为被测人体辐射温度与所处环境温度之间的关系：U＝β25δenPobj＝β25δenkεTobj＝φ(Ten)Tobj。φ为环境温度函数。
请参照图1，本发明的实施例一为：
本实施例的红外测温仪，为红外额温枪，包括壳体1、红外热电堆传感器2、进气通道3、回气通道4、恒温腔体5、温度控制单元6、加热元件7、热敏电阻8、集热器9、信号放大器10、处理器11、温度传感器12、空气过滤器13和风机14，本实施例的处理器为单片机，本实施例的温度传感器选择热电偶温度传感器。
所述壳体1上设有测温窗口15，所述进气通道3、回气通道4、恒温腔体5、温度控制单元6、加热元件7、信号放大器10、处理器11、空气过滤器13和风机14均设于壳体1内，恒温腔体5的腔壁上设有滤光片16，所述滤光片16与测温窗口15对应设置。
所述红外热电堆传感器2、热敏电阻8和集热器9均设置于恒温腔体5内，所述恒温腔体5的腔壁上分别设有进气口和回气口，所述进气通道3和回气通道4位于恒温腔体5外，所述进气通道3的一端设于进气口上，所述回气通道4的一端设于回气口上，所述进气通道3的另一端与风机14的出风口连接，回气通道4的另一端与风机14的回风口连接，通过风机14形成单向气流循环。
本实施例为红外热电堆传感器提供一个恒温环境，空气从风机14的出风口出来进入空气过滤器13，过滤掉空气中的粉尘使其满足一定的洁净度要求后，进入温度控制单元6，温度控制单元6控制加热元件7对经过的空气进行加热，在加热元件7和温度控制单元6的调节控制下，使进入的空气恒定在25℃±0.3℃，然后进入红外热电堆传感器所处的恒温腔体5内，后通过回风口集流循环回到风机14形成闭环。
热敏电阻8置于集热器9的附着底板上，尽量靠近集热器9的位置，用于监测恒温腔体5内的环境温度，并反馈给温度控制单元6。
集热器9将接受到的红外辐射能经过A/D转换后传递给单片机进行处理。
在壳体1上安装(热电偶)温度传感器12，用于测量被测人体所处的实际环境温度，并将测得的环境温度传递单片机进行处理。
在风机14上还设置了一个补气通道17，补气通道17上可按需设置阀门，用于弥补该系统泄露风量。
恒温腔体5采用隔热材料封装，避免与外界的热交换。
处理器11选择单片机，可通过单片机上的按键进行控制操作，以及通过单片机进行体温显示。
进气通道3、回气通道4、恒温腔体5、温度控制单元6、加热元件7、信号放大器10、处理器11、空气过滤器13和风机14在壳体1内的固定可采用现有的固定方式进行，以及红外热电堆传感器2在恒温腔体5内的固定，也可采用现有的固定方式进行，此不作赘述。
本实施例为红外热电堆传感器提供了一个稳定、恒温、洁净的运行环境，克服了环境温度对红外热电堆传感器的影响，使红外测温仪能够在较低的环境温度下使用，并保持较高的稳定性和准确性。
同时结合红外热电堆传感器在25℃条件下的敏感系数β25和环境温度对人体表面温度辐射的影响系数δen，得到其输出特性公式U＝φ(Ten)Tobj；
本发明的设计对拓展红外测温仪的使用环境条件、提高测温的稳定性和准确性具有较大意义。
综上所述，本发明提供的红外测温仪可降低或消除低温环境等因素对测温仪的影响，适用于低温环境。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种红外测温仪，包括壳体和红外热电堆传感器，所述壳体上设有测温窗口，其特征在于，还包括进气通道、回气通道和中空的恒温腔体，所述恒温腔体设于壳体内且与测温窗口对应设置，所述红外热电堆传感器设置于恒温腔体内，所述恒温腔体的腔壁上分别设有进气口和回气口，所述进气通道和回气通道分别设于壳体内且位于恒温腔体外，所述进气通道的一端设于进气口上，所述回气通道的一端设于回气口上，所述进气通道的另一端与回气通道的另一端之间形成单向气流循环。
2.根据权利要求1所述的红外测温仪，其特征在于，还包括温度控制单元和加热元件，所述温度控制单元与加热元件电连接，所述加热元件设于进气通道上。
3.根据权利要求2所述的红外测温仪，其特征在于，还包括热敏电阻、集热器、信号放大器和处理器，所述热敏电阻和集热器分别设于恒温腔体内，所述热敏电阻设于集热器的附着底板上且靠近集热器设置，所述热敏电阻与温度控制单元点连接；所述信号放大器和处理器分别设于壳体内且位于恒温腔体外，所述集热器经由信号放大器与处理器电连接。
4.根据权利要求3所述的红外测温仪，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器设于壳体的外侧且与处理器电连接。
5.根据权利要求3所述的红外测温仪，其特征在于，所述处理器为单片机。
6.根据权利要求1所述的红外测温仪，其特征在于，所述恒温腔体的材质为隔热材料。
7.根据权利要求1所述的红外测温仪，其特征在于，还包括空气过滤器，所述空气过滤器设于进气通道上，所述空气过滤器和加热元件沿进气方向依次设置。
8.根据权利要求1所述的红外测温仪，其特征在于，还包括风机，所述风机的出风口与进气通道的另一端连接，所述回气通道的另一端与风机的回风口连接，通过风机形成单向气流循环。
9.根据权利要求8所述的红外测温仪，其特征在于，所述风机上设有补气通道，所述补气通道上设有阀门。
10.根据权利要求1所述的红外测温仪，其特征在于，所述恒温腔体的腔壁上设有滤光片，所述滤光片与测温窗口对应设置。
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CN114518435A (zh) * 2022-02-25 2022-05-20 深圳市申思科技有限公司 一种用于煤矿的二氧化碳传感器组件

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