CN113865731A - 电子测温仪以及放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子测温仪以及放大电路，该电子测温仪包括温度传感器，所述温度传感器用于将温度变化转化为电信号；放大电路，所述放大电路与所述温度传感器连接，用于对所述电信号进行放大；控制器，所述控制器与所述放大电路连接，用于基于所述放大电路输出的放大信号确定温度值；其中，所述放大电路基于所述电信号至少产生第一放大信号和第二放大信号，所述第一放大信号和第二放大信号具有不同的放大倍数。根据本发明实施例可以使得测温仪具有不同大小的测温范围，使得测温仪可以适用于各种场景，提高了测温仪的适用范围和用户体验。

Description

电子测温仪以及放大电路

技术领域

本发明涉及电子测温技术领域，具体而言涉及一种电子测温仪以及放大电路。

背景技术

随着电子技术的发展，目前人们更多使用电子测温设备进行温度测量，比如额温枪、耳温枪等，这些设备通常使用简单便捷，得到了广泛应用。然而，目前的电子测温设备大多无法做到与场景间的联动。例如针对额温枪产品在体内模式下要求的测温范围一般为35～43摄氏度，跨度间距为8度；而在体表模式下的测试温度范围一般为0～80度，跨度间距为80度；为实现80度的大范围下温度正常测试，需要放大电路的放大倍数不能太高，否则将导致放大后的数据超出模数转换器的输入量程，从而导致高温度数据无法正常识别。为实现8度小范围温度的变化精确检测又需要有大的运算放大倍数，否则外界温度的变化会超出模数转换器的最小检测精度，从而导致温度检测设备的检测精度下降。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一个而提出了本发明。具体地，本发明一方面提供一种电子测温仪，其包括：

温度传感器，所述温度传感器用于将温度变化转化为电信号；

放大电路，所述放大电路与所述温度传感器连接，用于对所述电信号进行放大；

控制器，所述控制器与所述放大电路连接，用于基于所述放大电路输出的放大信号确定温度值；

其中，所述放大电路基于所述电信号至少产生第一放大信号和第二放大信号，所述第一放大信号和第二放大信号具有不同的放大倍数。

在本发明一实施例中，所述放大电路包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器用于基于所述电信号产生所述第一放大信号；

第二运算放大器，所述第二运算放大器用于基于所述第一放大信号产生所述第二放大信号。

在本发明一实施例中，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器为一级运算放大器。

在本发明一实施例中，所述放大电路包括两级运算放大器，所述两级运算放大器用于对所述电信号进行两级放大，以产生所述第一放大信号和第二放大信号。

在本发明一实施例中，还包括：

多级输入切换开关，所述多级输入切换开关设置在所述放大电路和所述控制器之间，用于控制并切换所述放大电路输入至所述控制器中的放大信号。

在本发明一实施例中，所述多级输入切换开关包括至少两个输入端口和一个输出端口，每个所述输入端口与所述放大电路的一个输出端口连接，所述多级输入切换开关的输出端口与所述控制器连接，通过所述多级输入切换开关控制并切换所述放大电路输入至所述控制器中的放大信号。

本发明另一方面提供一种用于电子测温仪的放大电路，所述放大电路与温度传感器连接，用于对所述温度传感器产生的电信号进行放大，所述放大电路基于所述电信号至少产生第一放大信号和第二放大信号，所述第一放大信号和第二放大信号具有不同的放大倍数。

在本发明一实施例中，所述放大电路包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器用于基于所述电信号产生所述第一放大信号；

第二运算放大器，所述第二运算放大器用于基于所述第一放大信号产生所述第二放大信号。

在本发明一实施例中，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器为一级运算放大器。

在本发明一实施例中，所述放大电路包括两级运算放大器，所述两级运算放大器用于对所述电信号进行两级放大，以产生所述第一放大信号和第二放大信号。

本发明提出的电子测温仪以及放大电路，由于放大电路可以基于温度传感器的电信号产生至少两个不同放大倍数的放大信号，因而可以具有不同大小的测温范围，使得测温仪可以适用于各种场景，提高了测温仪的适用范围和用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出目前一种电子测温仪的示意性结构框图；

图2示出图1所示电子测温仪所使用的放大电路示意图；

图3示出根据本发明一实施例的电子测温仪的示意性结构框图；

图4示出根据本发明一实施例的电子测温仪所使用的放大电路的示意图；

图5示出根据本发明另一实施例的电子测温仪所使用的放大电路的示意图；

图6示出图5所示多级放大电路中多级输入切换开关的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

首先，结合图1和图2对目前的电子测温仪的结构和放大电路进行说明。如图1所示，目前的电子温度测试仪器如额温枪，耳温枪等设备，其一般包括电池、控制器(MCU)、显示屏(LCD)、蜂鸣器、背光灯(LED)、按键电路、温度传感器(sensor_1和sensor_2)，运算放大器(IC1)和模数转换器(IC2)等部件。其中，电池一般采用干电池或者纽扣电池，用于给设备提供稳定的电压源。控制器(MCU)作为设备的主控单元存在，用于控制实现电子温度测试仪器的测温功能以及其他功能。一般，微控制器主要用于实现以下控制：1，接收来自温度传感器输出的模拟数据，并根据模拟温度数据计算当前实际温度值。2，监控用户操作按键，并以此根据不用的按键状态实现不同应用场景下的温度测试，如体内温度测试，体表温度测试，实物温度测量等。3，控制显示屏的数据输出，用来对测试结果进行显示。4，控制多色指示灯，用来对测试结果进行级别判断。5，控制蜂鸣器声音输出，用来对测试结果进行级别判断。传感器1和2(sensor_1和sensor_2)为温度传感器，例如红外温度传感器，用于来感受外接温度变化，并将温度变化量以电信号形式进行输出，即基于温度变化生成电信号。并且由于传感器1和2输出的电压数据一般非常低，当外接温度变化1摄氏度时，传感器输出最大变化为100uV。如此小的变化无法在集成电路中直接检测和运算，所以需要提前对传感器输出的信号进行放大，以达到系统可以识别的要求。芯片1(IC_1)为运算放大器，其一般使用轨对轨运算器件实现放大功能，即对温度传感器产生的电信号进行放大。芯片1(IC_2)为模数转换器件，用于将芯片1输出的模拟数据进行量化处理，并输出给微处理器进行处理。在某些应用场景下可以省略芯片2的设备，将芯片1的输出直接连接到微控制器，也即在微控制器内部进行模数转换。

电子温度测试仪器上运算器件芯片1的逻电路连接图如图2所示，其中输入端口Input_1和Input_2分别作为运放OP的两个信号输入端，用于与温度传感器连接，Output作为运放的输出端，用于与模数转换器或微控制器连接。在输入端口Input_1和Input_2和运放OP的端口之间分别设置有电阻R1和R2，在运放OP的输入端口和输端出口之间设置有电阻R3，其输入和输出有以下关系：

Output＝(1+R3/R1)*Input_1

图1和图2所示的电子测温仪器及其所使用的放大电路针对单一应用环境下的使用没有任何问题，但是如果用在多场景应用时就会有问题。这是因为运放IC_1的运算放大倍数已经被固定，无法做到与场景间的联动。例如针对额温枪产品在体内模式下要求的测温范围一般为35～43摄氏度，跨度间距为8度；而在体表模式下的测试温度范围一般为0～80度，跨度间距为80度；为实现80度的大范围下温度正常测试，需要放大电路的放大倍数不能太高，否则将导致放大后的数据超出模数转换器的输入量程，从而导致高温度数据无法正常识别。而为实现8度小范围温度的变化精确检测又需要有大的运算放大倍数，否则外界温度的变化会超出模数转换器的最小检测精度，从而导致温度检测设备的检测精度下降。这样图1和图2所示的电子测温仪器及其所使用的放大电路，由于放大倍数固定将无法同时适用于这两种场景。本发明基于此提出一种电子测温仪及放大电路，以克服上述缺点。

图3示出根据本发明一实施例的电子测温仪的示意性结构框图。如图3所示，根据本发明实施例的电子测温仪100包括温度传感器101、放大电路102和控制器103。其中，温度传感器101用于将温度变化转化为电信号，温度传感器101可以采用各种合适的传感器，例如红外温度传感器等。放大电路102与温度传感器101连接，用于对温度传感器101产生的电信号进行放大，该电信号一般为模拟电压信号，且较小，因此需要放大才能进行处理和识别。控制器103与放大电路102连接，用于基于放大电路102输出的放大信号确定温度值。控制器103例如为微控制器MCU，其可以实现对信号的处理，以及对器件的控制。

应当理解，电子测温仪100除了包括温度传感器101、放大电路102和控制器103，还可以包括前述的显示屏、背光灯、按键电路、电池等，在此不再赘述。

在本发明实施例中，为了使得电子测温仪100可以实用于各种场景，能够与场景联动，具有可变的测温范围，所述放大电路102设计为基于所述电信号至少产生第一放大信号和第二放大信号，所述第一放大信号和第二放大信号具有不同的放大倍数。换言之，通过放大电路102可以将温度传感器101输入的电信号转换为不同放大倍数的放大信号，这样相应地就可以实现不同的测温范围。

所述放大电路102可以通过两级运算放大器或两个一级运算放大器来对输入信号实现级联放大，同时每级运算放大器输出一个放大信号，从而得到不同放大倍数的放大信号。具体地，当采用一级运算放大器时，所述放大电路102包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器用于基于所述电信号产生所述第一放大信号；所述第二运算放大器用于基于所述第一放大信号产生所述第二放大信号。当采用二级运算放大器时，所述两级运算放大器用于对所述电信号进行两级放大，以产生所述第一放大信号和第二放大信号，即通过单个运算放大器芯片实现二级放大，产生两个放大信号。

当然，可以增加更多的运算放大器来得到更多不同倍数的放大信号，在本发明实施例中，仅以得到两个放大信号为例进行说明，但是本发明不限于此。

下面结合图4至图6对根据本发明实施例的电子测温仪所使用的放大电路进行描述。

如图4所示，放大电路102包括第一运算放大器电路11和第二运算放大器电路12，第一运算放大器电路11包括第一运算放大器OP1、电阻R1、R2和R3，第一运算放大器电路12包括第二运算放大器OP2、电阻R5、R6和R7，第一运算放大器电路11的输入端input_1和input_2用于与温度传感器连接，以接收输入信号，该输入信号经过第一运算放大器OP1放大后通过第一输出端口output_1输出第一放大信号，同时第一运算放大器OP1的输出信号作为第二运算放大器电路12的输入信号输入至第二运算放大器OP2，经过第二运算放大器OP2放大后通过第二输出端output_2输出第二放大信号口。图4所示放大电路中输入和输出的关系为：Output_1＝(1+R3/R1)*Input_1；

Output_2＝(1+R3/R1)*(1+R7/R5)*Input_1。

由上可知，Output_2和Output_1具有不同的放大倍数。因此，在使用多级运放级联方式作为整体运放后就可以针对不同应用场景设置不同的运放倍数，从而使运放电路即满足系统最高精度要求又能保证模数转换器的输入不超出量程。例如针对8摄氏度的温度跨度可以设置80倍的放大倍数，而对80摄氏度的温度跨度可以设置8倍的放大倍数。在实际操作中选择合适的电阻数值使得1+R3/R1＝8；1+R7/R5＝10,Output_1作为高温度跨度输出数据输入到模数转换器，而Oouput_2作为低温度跨度输出数据输入到模数转换器。

进一步地，如前所述放大电路102的输出信号要输入值模数转换器或微控制器进行模数转换，而模数转换器或微控制器的输入通道可能为一个也可能为多个。在微控制器或者模数转换器输入通道足够多时可以通过选择不同模数转换通道来完成不同应用场景下的数据输入源的选择问题，即将所述放大电路102产生的放大信号分别输入至微控制器或者模数转换器不同的输入通道，从而实现多个信号源的输入，然后由微控制器或者模数转换器根据需要进行选择。但是如果模数转换器或微控制器的输入通道不够用也可以通过切换开关来实现输入源的选择。

如图5所示，放大电路102包括第一运算放大器电路11、第二运算放大器电路12和多级输入切换开关13，第一运算放大器电路11包括第一运算放大器OP1、电阻R1、R2和R3，第一运算放大器电路12包括第二运算放大器OP2、电阻R5、R6和R7，第一运算放大器电路11的输入端input_1和input_2用于与温度传感器连接，以接收输入信号，该输入信号经过第一运算放大器OP1放大后输出第一放大信号，同时第一运算放大器OP1的输出信号作为第二运算放大器电路12的输入信号输入至第二运算放大器OP2，经过第二运算放大器OP2放大后输出第二放大信号口。第一放大信号和第二放大信号连接至多级输入切换开关13的输入端，多级输入切换开关13的输出端与微控制器或模数转换器的输入通道连接，通过多级输入切换开关13来选择将哪个放大信号输入至微控制器或模数转换器。

图5示出了多级输入切换开关13的示意图，其包括多个输入端口input_1、input_2.....input_N和一个输出端口output，通过选择开关可以选择将哪个输入端口和输出端口导通，从而实现信号源的选择。即，不同级联运放的输出数据均作为多级输入切换开关的输入源，输入到模拟切换开关中，切换开关只输出一路模拟量给到模数转换器或者微控制器，而切换开关的开关选择通过不同场景下的按键状态来实现。

根据本发明实施例的电子测温仪以及放大电路，由于放大电路可以基于温度传感器的电信号产生至少两个不同放大倍数的放大信号，因而可以具有不同大小的测温范围，使得测温仪可以适用于各种场景，提高了测温仪的适用范围和用户体验。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种电子测温仪，其特征在于，包括：

温度传感器，所述温度传感器用于将温度变化转化为电信号；

放大电路，所述放大电路与所述温度传感器连接，用于对所述电信号进行放大；

控制器，所述控制器与所述放大电路连接，用于基于所述放大电路输出的放大信号确定温度值；

其中，所述放大电路基于所述电信号至少产生第一放大信号和第二放大信号，所述第一放大信号和第二放大信号具有不同的放大倍数。

2.根据权利要求1所述的电子测温仪，其特征在于，所述放大电路包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器用于基于所述电信号产生所述第一放大信号；

第二运算放大器，所述第二运算放大器用于基于所述第一放大信号产生所述第二放大信号。

3.根据权利要求1所述的电子测温仪，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器为一级运算放大器。

4.根据权利要求1所述的电子测温仪，其特征在于，所述放大电路包括两级运算放大器，所述两级运算放大器用于对所述电信号进行两级放大，以产生所述第一放大信号和第二放大信号。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的电子测温仪，其特征在于，还包括：

多级输入切换开关，所述多级输入切换开关设置在所述放大电路和所述控制器之间，用于控制并切换所述放大电路输入至所述控制器中的放大信号。

6.根据权利要求5述的电子测温仪，其特征在于，所述多级输入切换开关包括至少两个输入端口和一个输出端口，每个所述输入端口与所述放大电路的一个输出端口连接，所述多级输入切换开关的输出端口与所述控制器连接，通过所述多级输入切换开关控制并切换所述放大电路输入至所述控制器中的放大信号。

7.一种用于电子测温仪的放大电路，其特征在于，所述放大电路与温度传感器连接，用于对所述温度传感器产生的电信号进行放大，所述放大电路基于所述电信号至少产生第一放大信号和第二放大信号，所述第一放大信号和第二放大信号具有不同的放大倍数。

8.根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，所述放大电路包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器用于基于所述电信号产生所述第一放大信号；

第二运算放大器，所述第二运算放大器用于基于所述第一放大信号产生所述第二放大信号。

9.根据权利要求8所述的放大电路，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器为一级运算放大器。

10.根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，所述放大电路包括两级运算放大器，所述两级运算放大器用于对所述电信号进行两级放大，以产生所述第一放大信号和第二放大信号。

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