CN213481559U - 红外热电堆传感器及温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及温度检测技术领域，提供一种红外热电堆传感器及温度测量装置，红外热电堆传感器包括：封装结构，具有容置空腔；热电堆组件，封装于容置空腔中；热敏电阻，封装于容置空腔中；以及处理器组件，封装于容置空腔中，且，处理器组件分别与热电堆组件和热敏电阻电性连接，用于处理热电堆组件的输出信号。通过红外热电堆传感器自身即可进行温度计算而后直接输出温度值，实现高度集成，开发应用于产品上时，即可直接调用温度值，无需再另外在产品上设置处理器等外部元器件，可有效节省产品空间。

Description

红外热电堆传感器及温度测量装置

技术领域

本实用新型涉及温度检测技术领域，尤其涉及一种红外热电堆传感器及温度测量装置。

背景技术

红外热电堆传感器是包括由一系列热电偶串联组成的热电堆的温度传感器。热电偶两端由两种不同材料组成，当一端接触热端、一端接触冷端时，由于塞贝克(Seebeck)效应在两种不同材料之间会产生一个电势差，电势差的大小与两种不同材料之间的温度差有关。通过热电堆吸收物体发出的红外辐射，并产生和输出电信号，而后对输出的电信号进行处理进而实现非接触式测温。

现有的红外热电堆传感器主要包括封装结构、封装于封装结构中的热电堆组件等，在将红外热电堆传感器应用于产品上时，用户需要在外部另外设置与红外热电堆传感器连接的处理器，且需要开发温度算法等，以对红外热电堆传感器的输出信号进行处理或运算而获得测量温度，不仅导致占用产品空间较大，且开发成本较高、开发周期较长。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种红外热电堆传感器，以解决现有技术中红外热电堆传感器开发应用于产品上时导致占用产品空间较大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种红外热电堆传感器，所述红外热电堆传感器包括：封装结构，所述封装结构具有容置空腔；热电堆组件，所述热电堆组件封装于所述容置空腔中；热敏电阻，所述热敏电阻封装于所述容置空腔中；以及处理器组件，所述处理器组件封装于所述容置空腔中，且，所述处理器组件分别与所述热电堆组件和所述热敏电阻电性连接，用于处理所述热电堆组件的输出信号。

在一个实施例中，所述处理器组件包括：ADC元件，所述ADC元件的输入端与所述热电堆组件的输出端电性连接，用于对所述热电堆组件的输出信号进行模数转换；以及MCU元件，所述MCU元件的输入端与所述ADC元件的输出端电性连接，用于处理所述ADC元件的输出信号。

在一个实施例中，所述ADC元件和所述MCU元件集成于同一芯片。

在一个实施例中，所述MCU元件为16位MCU元件、32位MCU元件或64位MCU元件。

在一个实施例中，所述处理器组件还包括滤波组件，所述热电堆组件的输出端与所述滤波组件的输入端电性连接，所述滤波组件的输出端与所述ADC元件的输入端电性连接。

在一个实施例中，所述红外热电堆传感器还包括PCB板，所述PCB板封装于所述容置空腔中，所述滤波组件设置于所述PCB板上。

在一个实施例中，所述热电堆组件、所述ADC元件以及所述MCU元件集成于同一芯片。

在一个实施例中，所述封装结构包括：底座；外壳，所述外壳连接于所述底座，以在所述外壳与所述底座之间形成所述容置空腔，且，所述外壳上设有供红外光透过的第一透光部；以及若干个引脚，所述引脚穿设于所述底座，且，所述引脚的一端延伸至所述容置空腔中并与所述处理器组件电性连接。

在一个实施例中，所述封装结构包括：基板，所述基板具有导体连通结构，所述处理器组件与所述导体连通结构电性连接；以及壳体，所述壳体连接于所述基板，以在所述壳体与所述基板之间形成所述容置空腔，且，所述壳体上设有供红外光透过的第二透光部。

本实用新型的另一目的在于提供一种温度测量装置，所述温度测量装置包括上述任一实施例所述的红外热电堆传感器。

本实用新型实施例中上述的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型实施例提供的红外热电堆传感器，通过将热电堆组件、热敏电阻及处理器组件均封装于封装结构的容置空腔中，且处理器组件分别与热电堆组件及热敏电阻电性连接，可对热电堆组件的输出信号进行处理或运算，以便通过红外热电堆传感器自身即可进行温度计算而后直接输出温度值，实现高度集成，开发应用于产品上时，即可直接调用温度值，无需再另外在产品上设置处理器等外部元器件，可有效节省产品空间，且利于处理器组件直接内置温度算法等，用户开发应用时可无需再另外开发算法，有效节省客户开发成本和周期。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的红外热电堆传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的红外热电堆传感器的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的红外热电堆传感器去除外壳后的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的红外热电堆传感器的结构示意图其一；

图5为本实用新型另一实施例提供的红外热电堆传感器的结构示意图其二；

图6为本实用新型实施例提供的红外热电堆传感器的原理示意图；

图7为本实用新型另一实施例提供的红外热电堆传感器的原理示意图。

其中，图中各附图标记：

100、红外热电堆传感器；10、封装结构；101、容置空腔；20、热电堆组件；30、热敏电阻；40、处理器组件；41、ADC元件；42、MCU元件；43、滤波组件；50、PCB板；11、底座；12、外壳；120、第一透光部；121、第一透光通孔；122、第一透光件；13、引脚；14、基板；15、壳体；150、第二透光部；151、第二透光通孔；152、第二透光件；150、第二透光部。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1至图3，本申请实施例提供了一种红外热电堆传感器100，用于检测人或物体的温度，红外热电堆传感器100包括封装结构10、热电堆组件20、热敏电阻30以及处理器组件40，其中：

封装结构10用于对热电堆组件20、热敏电阻30及处理器组件40提供支撑和保护，以及用于使处理器组件40与外部电路或元件电性连接。封装结构10具有容置空腔101，容置空腔101为密封空腔，以防止外部环境对封装于其内部的热电堆组件20、热敏电阻30、处理器组件40等元器件造成影响，容置空腔101中可充氮气进行保护。

热电堆组件20封装于容置空腔101中，热电堆组件20为热电堆芯片，包括若干个热电偶，用于接收来自待测物的红外辐射或红外光，并产生、输出电压信号。

热敏电阻30封装于容置空腔101中，热敏电阻30用于测量热电堆组件20所在环境温度，以利于处理器组件40根据热电堆组件20所测待测物的温度及热电堆组件20所在环境温度进行处理，获得准确的待测物的实际温度。热敏电阻30可以是高精度热敏电阻，NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻。

处理器组件40封装于容置空腔101中，且，处理器组件40的输入端分别与热电堆组件20的输出端和热敏电阻30电性连接，用于处理或运算热电堆组件20的输出信号。处理器组件40可以通过引线键合与热电堆组件20和热敏电阻30连接。处理器组件40包括具有数据处理能力的微控制单元，以根据热电堆组件20的输出信号及热敏电阻30的阻值进行处理和运算，可进行温度计算，获得测量的温度值，以便客户将红外热电堆传感器应用于产品上时，通过I2C发送不同的指令即可获取对应的温度值，可直接显示。处理器组件40可以内置温度算法，温度算法可以是根据测量的待测物的温度值计算平均值，并根据补偿计算公式进行补偿计算，例如采用本申请的申请人所申请的公开号为CN107397537A的申请中公开的测量方法及补偿计算公式，当然，也可以采用其他温度算法。

本申请实施例提供的红外热电堆传感器，通过将热电堆组件20、热敏电阻30及处理器组件40均封装于封装结构10的容置空腔101中，且处理器组件40分别与热电堆组件20及热敏电阻30电性连接，可对热电堆组件20的输出信号进行处理或运算，以便通过红外热电堆传感器自身即可进行温度计算而后直接输出温度值，实现高度集成，开发应用于产品上时，即可直接调用温度值，无需再另外在产品上设置处理器等外部元器件，可有效节省产品空间，且利于处理器组件直接内置温度算法等，用户开发应用时可无需再另外开发算法，有效节省客户开发成本和周期。

在一个实施例中，请参阅图6，处理器组件40包括ADC元件41和MCU元件42，ADC全称为Analog-to-digital converter，ADC元件为模拟数字转换器，ADC元件41的输入端与热电堆组件20的输出端电性连接，用于对热电堆组件20的输出信号进行模数转换，可将热电堆组件20输出的模拟信号转换为数字信号并输出；MCU全称为Microcontroller Unit，MCU元件42为微控制单元，MCU元件42的输入端与ADC元件41的输出端电性连接，用于处理ADC元件41的输出信号，可根据由ADC元件41对热电堆组件20的输出信号进行模数转换而输出的数字信号进行运算或处理，以获得温度值。采用上述设置，使得ADC元件41和MCU元件42均集成于红外热电堆传感器100的封装结构10中，可提高集成度，及使红外热电堆传感器自身即可进行温度计算而后直接输出温度值。

进一步地，在一个实施例中，请参阅图6，ADC元件41和MCU元件42集成于同一芯片，即合为一单一芯片，例如可以是内置ADC的MCU元件。如此设置，可提高ADC元件41和MCU元件42的集成度，缩减红外热电堆传感器100的尺寸。需要说明的是，ADC元件41和MCU元件42也可以分体设置，即ADC元件41为一ADC芯片，MCU元件42为一MCU芯片。

进一步地，在一个实施例中，MCU元件42为16位MCU元件、32位MCU元件或64位MCU元件，可提高运算性能，利于处理复杂数据，提高测量精度。优选地，MCU元件42为32位MCU元件，可在保证具有较高运算性能的情况下具有较为适中的成本。需要说明的是，根据实际使用需求，MCU元件42还可以是4位MCU元件或8位MCU元件。

进一步地，在一个实施例中，请参阅图6，处理器组件40还包括滤波组件43，滤波组件43是抗干扰组件，可以是滤波电路，其通常包括电容、电阻、电感中的若干个，可以是电感和电容的组合，可以是电容和电阻的组合，也可以是运放、电容及电阻的组合，可采用现有滤波电路，也可根据实际使用需求而适应性设置，热电堆组件20与滤波组件43电性连接，滤波组件43与ADC元件41电性连接，即热电堆组件20的输出端与滤波组件43的输入端电性连接，滤波组件43的输出端与ADC元件41的输入端电性连接，滤波组件43可对热电堆组件20的输出信号进行滤波以去除干扰信号，而后再输出至ADC元件41，可提高测量精度。热敏电阻30也可通过滤波组件43与处理器组件40连接。

进一步地，在一个实施例中，请参阅图2和图3，红外热电堆传感器还包括PCB板50，PCB板50封装于容置空腔101中，滤波组件43设置于PCB板50上。如此设置，不仅便于滤波组件43的电容和电阻连接于PCB板50，且便于处理器组件40通过PCB板50与滤波组件43电性连接、便于热电堆组件20和热敏电阻30通过PCB板50与滤波组件43电性连接。当然，也可以不设置PCB板，滤波组件43可以与ADC元件41及MCU元件42集成于同一芯片，如图7所示。

在一个实施例中，热电堆组件20、ADC元件41以及MCU元件42集成于同一芯片，例如可采用现有单片集成工艺而一体化形成于同一晶圆上。如此设置，可进一步提高热电堆组件20、ADC元件41及MCU元件42的集成度，缩减红外热电堆传感器100的尺寸。

在一个实施例中，请参阅图1至图3，封装结构10包括底座11、外壳12以及若干个引脚13，底座11可以是金属TO封装底盘座，热电堆组件20、ADC元件41、MCU元件42、PCB板50可以设置于底座11上；外壳12可以是金属外壳，当然也可以是陶瓷外壳或塑料外壳等，外壳12密封连接于底座11，以在外壳12与底座11之间形成容置空腔101，且，外壳12上设有供红外光透过的第一透光部120，以利于待测物的红外光或红外辐射透过第一透光部120而进入容置空腔101并照射于热电堆组件20，第一透光部120包括开设于外壳12上的第一透光通孔121以及封设于第一透光通孔121处的第一透光件122，第一透光件122可以是透镜或滤光片，可以通过点胶的方式固定于第一透光通孔121处；引脚13均穿设于底座11，且，各引脚13的一端延伸至容置空腔101中并与处理器组件40电性连接或者与底座11电性连接，各引脚13的另一端延伸至容置空腔101的外部以利于与外部电路或元件电性连接，引脚13可通过引线键合与处理器组件40连接，或者通过引线键合与PCB板50连接后再通过引线键合与处理器组件40连接。引脚13的数量可根据实际使用需求进行设置，在此不作限制。

在另一个实施例中，请参阅图4，封装结构10包括基板14和壳体15，基板14可以是PCB基材或硅衬底，基板14具有导体连通结构，导体连通结构包括焊盘、PCB走线、金属接触孔、金属互连线中的一种或几种，热电堆组件20、处理器组件40等可以设置于基板14上，处理器组件40与导体连通结构电性连接，以利于基板14与外部的电路或电路板电性连接时，处理器组件40即可通过导体连通结构与外部的电路或电路板电性导通；外壳12可以是金属外壳、陶瓷外壳、塑料外壳或塑胶外壳等，但不限于此，壳体15连接于基板14，以在壳体15与基板14之间形成容置空腔101，且，壳体15上设有供红外光透过的第二透光部150，第二透光部150包括开设于壳体15上的第二透光通孔151以及封设于第二透光通孔151处的第二透光件152，第二透光件152可以是透镜或滤光片。采用上述设置，基板14可以通过贴片工艺等直接连接于外部的电路板上，无需引脚插接。需要说明的是，基板14与壳体15所配合形成的封装结构10的外形可以为圆柱体形或长方体形，也可以为其他规则或不规则形状，在此不作限制。在一个具体示例中，请参阅图5，封装结构10可以呈扁平的长方体形，壳体15可以采用塑料或塑胶材料进行封设，如此设置，封装结构10尺寸小且薄，从而可形成尺寸小且薄的红外热电堆传感器，以利于红外热电堆传感器应用于不同场景，提升其适应性。

由以上可知，本申请实施例提供的红外热电堆传感器，通过将热电堆组件20、热敏电阻30及处理器组件40均封装于封装结构10的容置空腔101中，且处理器组件40分别与热电堆组件20及热敏电阻30电性连接，待测物的红外辐射或红外光经第一透光部或第二透光部照射于热电堆组件20上，热电堆组件20可产生热电动势，将温度转变成电压信号并输出，处理器组件40可对热电堆组件20的输出信号进行处理或运算，以便通过红外热电堆传感器自身即可进行温度计算而后直接输出温度值，实现高度集成，红外热电堆传感器开发应用于产品上时，即可直接调用温度值，无需再另外在产品上设置处理器等外部元器件，可有效节省产品空间，且利于处理器组件直接内置温度算法等，用户开发应用时可无需再另外开发算法，有效节省客户开发成本和周期。有效解决了现有技术中红外热电堆传感器开发应用于产品上时导致占用产品空间较大、开发成本高及周期长的技术问题。

本申请实施例还提供了一种温度测量装置，温度测量装置包括上述任一实施例的红外热电堆传感器100，红外热电堆传感器100用于测量人或物体的温度以为温度测量装置输出温度值。温度测量装置可以是非接触式测温装置，例如可以是耳温枪、额温枪、压力测试装置、婴儿恒温箱等，但不限于此，可以是需要进行测温的装置，例如可以是测温枪、变电箱、充电过热保护装置、微波炉、电磁炉、灶具、电吹风、烘干机、空调、电风扇、手机、智能穿戴设备、智能门禁、POS机、水杯、奶瓶等，但不限于此。由于本申请实施例提供的温度测量装置，采用了上述实施例的红外热电堆传感器100，因而其同样具有上述实施例的红外热电堆传感器100的技术方案所带来的技术效果，并可有效缩减温度测量装置使用红外热电堆传感器的空间，节省温度测量装置的开发成本和周期。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种红外热电堆传感器，其特征在于，所述红外热电堆传感器包括：

封装结构，所述封装结构具有容置空腔；

热电堆组件，所述热电堆组件封装于所述容置空腔中；

热敏电阻，所述热敏电阻封装于所述容置空腔中；以及

处理器组件，所述处理器组件封装于所述容置空腔中，且，所述处理器组件分别与所述热电堆组件和所述热敏电阻电性连接，用于处理所述热电堆组件的输出信号。

2.根据权利要求1所述的红外热电堆传感器，其特征在于，所述处理器组件包括：

ADC元件，所述ADC元件的输入端与所述热电堆组件的输出端电性连接，用于对所述热电堆组件的输出信号进行模数转换；以及

MCU元件，所述MCU元件的输入端与所述ADC元件的输出端电性连接，用于处理所述ADC元件的输出信号。

3.根据权利要求2所述的红外热电堆传感器，其特征在于：所述ADC元件和所述MCU元件集成于同一芯片。

4.根据权利要求2所述的红外热电堆传感器，其特征在于：所述MCU元件为16位MCU元件、32位MCU元件或64位MCU元件。

5.根据权利要求2所述的红外热电堆传感器，其特征在于：所述处理器组件还包括滤波组件，所述热电堆组件的输出端与所述滤波组件的输入端电性连接，所述滤波组件的输出端与所述ADC元件的输入端电性连接。

6.根据权利要求5所述的红外热电堆传感器，其特征在于：所述红外热电堆传感器还包括PCB板，所述PCB板封装于所述容置空腔中，所述滤波组件设置于所述PCB板上。

7.根据权利要求2所述的红外热电堆传感器，其特征在于：所述热电堆组件、所述ADC元件以及所述MCU元件集成于同一芯片。

8.根据权利要求1至7任一项所述的红外热电堆传感器，其特征在于，所述封装结构包括：

底座；

外壳，所述外壳连接于所述底座，以在所述外壳与所述底座之间形成所述容置空腔，且，所述外壳上设有供红外光透过的第一透光部；以及

若干个引脚，所述引脚穿设于所述底座，且，所述引脚的一端延伸至所述容置空腔中并与所述处理器组件电性连接。

9.根据权利要求1至7任一项所述的红外热电堆传感器，其特征在于，所述封装结构包括：

基板，所述基板具有导体连通结构，所述处理器组件与所述导体连通结构电性连接；以及

壳体，所述壳体连接于所述基板，以在所述壳体与所述基板之间形成所述容置空腔，且，所述壳体上设有供红外光透过的第二透光部。

10.一种温度测量装置，其特征在于：所述温度测量装置包括如权利要求1至9任一项所述的红外热电堆传感器。

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