CN213932844U - 一种红外体温筛选仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外体温筛选仪，包括壳体、红外探测机构、热敏检测机构、风速测量机构、超声检测机构和控制机构；壳体一侧设置有发射口；风速测量机构的一端装设于壳体外，且另一端与PC设备电连接；红外探测机构装设于壳体内靠近发射口的一端，以使红外探测机构通过发射口接收红外辐射；热敏检测机构与红外探测机构相邻设置；超声检测机构的一端装设于壳体内并与PC设备电连接，且另一端与红外探测机构的轴线相互平行地穿过壳体设置；热敏检测机构和红外探测机构分别通过控制机构与PC设备电连接。本实用新型采集气流流速、测量距离、测量角度等参数，实现对人体体温的准确测量。

Description

一种红外体温筛选仪

技术领域

本实用新型涉及医疗器材领域，尤其是指一种红外体温筛选仪。

背景技术

体温检测是新冠肺炎疫情防控的一个重点，红外体温筛选仪被广泛使用于人员密集、人流量大的公共场所。

目前红外体温筛选仪大多采用了固定位置定点测量的方式，即被测人员必须站立在规定的位置才能进行测量。这样的测量方式大大限制了测量的效率，被测人员必须在规定位置站立不动才能完成测量。同时由于被测者往往会从不同方向进入到视场中，且不同个体的身高不一致，导致测量角度千差万别，这也大大影响了实际测量结果。

红外筛选仪一般安装于公共场所或出入口通道，或室外简易的检测门框上，运行环境存在较大的气流流动，气流会加速被测人体的体表(额头部分)的散热，影响热辐射量。因此，现有的红外筛选仪容易因测量工角度、测量距离和气流等因素，出现测量结果不准确的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种红外体温筛选仪，提高体温测量结果的准确度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种红外体温筛选仪，包括壳体、红外探测机构、热敏检测机构、风速测量机构、超声检测机构和控制机构；

所述壳体一侧设置有发射口；

所述风速测量机构的一端装设于所述壳体外，且另一端与PC设备电连接；

所述红外探测机构装设于所述壳体内靠近所述发射口的一端，以使所述红外探测机构通过所述发射口接收红外辐射；

所述热敏检测机构与所述红外探测机构相邻设置；

所述超声检测机构的一端装设于所述壳体内并与PC设备电连接，且另一端与所述红外探测机构的轴线相互平行地穿过所述壳体设置；

所述热敏检测机构和红外探测机构分别通过所述控制机构与PC设备电连接。

进一步的，所述红外探测机构为红外热电堆传感器；

所述热敏检测机构与所述红外热电堆传感器相邻设置；

所述红外热电堆传感器与所述控制机构电连接。

进一步的，所述风速测量机构为热球式风速传感器。

进一步的，所述超声检测机构包括四个超声波传感器。

进一步的，所述发射口上装设有硅介质滤光片。

进一步的，所述控制机构包括单片机、信号放大器和A/D转化器；

所述热敏检测机构依次通过所述信号放大器、所述A/D转化器和所述单片机与所述PC设备电连接。

进一步的，所述热敏检测机构包括热敏电阻和用于校正所述热敏电阻测量值的铂电阻；

所述热敏电阻与所述红外探测机构相邻设置，所述铂电阻的一端装设于所述壳体外；

所述热敏电阻和所述铂电阻的另一端分别通过所述控制机构与所述PC设备电连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型中在原有的红外探测仪基础上增设热敏检测机构、角度测量机构、风速测量机构和超声检测机构，通过测量环境温度、测量角度、气流流速和测量距离，以校正红外测量仪的测量结果准确度，达到准确测温的目的，并且能够提高测量效率，即使用户处于移动状态，仍能够准确测量体温。

附图说明

图1为本实用新型的一种红外体温筛选仪的结构示意图一；

图2为本实用新型的一种红外体温筛选仪的结构示意图二。

标号说明：

1、壳体；11、发射口；

2、红外探测机构；22、红外热电堆传感器；

3、热敏检测机构；31、热敏电阻；32、铂电阻；

4、风速测量机构；5、超声检测机构；

7、控制机构；71、单片机；72、信号放大器；73、A/D转化器；

8、PC设备；9、滤光片。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、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。

请参照图1以及图2，一种红外体温筛选仪，包括壳体、红外探测机构、热敏检测机构、风速测量机构、超声检测机构和控制机构；

所述壳体一侧设置有发射口；

所述风速测量机构的一端装设于所述壳体外，且另一端与PC设备电连接；

所述红外探测机构装设于所述壳体内靠近所述发射口的一端，以使所述红外探测机构通过所述发射口接收红外辐射；

所述热敏检测机构与所述红外探测机构相邻设置；

所述超声检测机构的一端装设于所述壳体内并与PC设备电连接，且另一端与所述红外探测机构的轴线相互平行地穿过所述壳体设置；

所述热敏检测机构和红外探测机构分别通过所述控制机构与PC设备电连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型中在原有的红外探测仪基础上增设热敏检测机构、风速测量机构和超声检测机构，通过测量环境温度、气流流速、测量角度和测量距离，以校正红外测量仪的测量结果准确度，达到准确测温的目的，并且能够提高测量效率，即使用户处于移动状态，仍能够准确测量体温。

本实用新型的工作原理在于：

通过测量环境气流、环境温度、筛选仪与人体间形成的角度及距离，并进行数据校正后得到最终的体温测量结果。

进一步的，所述红外探测机构为红外热电堆传感器；

所述热敏检测机构与所述红外热电堆传感器相邻设置；

所述红外热电堆传感器与所述控制机构电连接。

由上述描述可知，设置红外热电堆传感器，用于对人体进行非接触式测温，由于一切温度高于绝对零度的物体均会依据其本身温度的高低发出定比例的红外辐射能量，而红外热电堆传感器主要用于接收人体发出的红外辐射能量，并通过控制机构进行数据分析后传输至PC设备中进行显示和数据保存。热敏检测通过控制机构对红外热电堆传感器进行测量结果的修正，提高温度测量的准确性。

进一步的，所述风速测量机构为热球式风速传感器。

由上述描述可知，采用热球式风速传感器测量风速，用于使环境风速对于被测人体的温度造成的影响进行修正，在该传感器的探头上设定一个恒定的温度，空气流过探头后会带走探头上的热量，这时探头会被加热至设定温度，此过程中会有电信号被仪器收集，并依此换算出风速。灵敏度高，量程较大，适应环境测量。

进一步的，所述超声检测机构包括四个超声波传感器。

由上述描述可知，超声波传感器的频率高、波长短、绕射现象小，且方向性好，能够成为射线而定向传播，通过四个超声波传感器可准确测量超声波传感器与被测人体间的距离和角度。

进一步的，所述发射口上装设有硅介质滤光片。

由上述描述可知，在发射口上装设滤光片，用于过滤除了红外辐射能以外的其他光线，提高测量准确度。

进一步的，所述控制机构包括单片机、信号放大器和A/D转化器；

所述热敏检测机构依次通过所述信号放大器、所述A/D转化器和所述单片机与所述PC设备电连接。

由上述描述可知，设置单片机，用于进行数据采集和数据处理，A/D转换器用于进行数据转换，而信号放大器用于对采集信号进行放大，并传递至A/D转换器中进行转换，最终到达单片机进行数据处理，数据处理结果可发送至PC设备上进行显示，便于工作人员进行数据采集、观察及保存。

进一步的所述热敏检测机构包括热敏电阻和用于校正所述热敏电阻测量值的铂电阻；

所述热敏电阻与所述红外探测机构相邻设置，所述铂电阻的一端装设于所述壳体外；

所述热敏电阻和所述铂电阻的另一端分别通过所述控制机构与所述PC设备电连接。

由上述描述可知，热敏电阻和铂电阻皆用于校正温度测量数据，其中，热敏电阻用于测量红外热电堆传感器本身的温度。环境温度的波动会持续影响红外集热器本身温度，而环境温度会影响被测者的红外辐射量。当环境温度与红外集热器本身温度存在温度差异时，将热敏电阻测得值导入单片机进行红外信号电压特性输出计算会出现较大漂移。而这种差异性往往是存在的，因为热敏电阻被封装于红外探头内部，对环境变化的感知具有迟滞性。当红外热电堆传感器本身的温度等于环境温度时，热敏电阻将测得的温度数据传递至单片机，对环境温度数值进行补偿，并与被测人体的红外辐射量共同决定了红外热电堆传感器的信号电压输出，排除环境温度的干扰，提高了测量准确度。

实施例一

参照图1-图2，一种红外体温筛选仪，包括壳体1、红外探测机构22、热敏检测机构3、风速测量机构4、超声检测机构5和控制机构7；壳体1一侧开设有呈类矩形的发射口11；风速测量机构4一端装设于壳体1外，另一端与PC设备8电连接；红外探测机构22装设于壳体1内靠近发射口11的一端，以使红外探测机构22通过发射口11接收红外辐射；热敏检测机构3与红外探测机构22相邻设置；超声检测机构5一端装设于壳体1内并与PC设备8电连接，另一端与红外探测机构22的轴线相互平行地穿过壳体1设置；热敏检测机构3和红外探测机构22分别通过控制机构7与PC设备8电连接。优选的，风速测量机构4为热球式风速传感器。

参照图1，红外探测机构22为红外热电堆传感器；热敏检测机构3与红外热电堆传感器22相邻设置；红外热电堆传感器22与控制机构7电连接。

参照图2，超声检测机构5为超声波传感器。优选的，超声波传感器设置有四个，四个超声波传感器分布于发射口11外侧，并分布于红外探测机构22的十字轴线上；

参照图1，发射口11上装设有硅介质滤光片9。优选的，滤光片9为硅介质红色滤光片9。

参照图1，控制机构7包括单片机71、信号放大器72和A/D转化器73；热敏检测机构3依次通过信号放大器72、A/D转化器73和单片机71与PC设备8电连接。其中，红外热电堆传感器22的冷端和热端分别与信号放大器72电连接。

参照图1，热敏检测机构3包括热敏电阻31和用于校正热敏电阻31测量值的铂电阻32；热敏电阻31与红外探测机构22相邻设置，铂电阻32的一端装设于壳体1外，热敏电阻31和铂电阻32的另一端分别与单片机71电连接。

本实施例中的具体校正过程如下：

S1:热敏电阻31实时测量红外热电堆传感器22自身温度T_热，达到稳定状态时，T_热等于壳体1内部环境温度T_内。铂电阻32测得壳体1外部环境温度T₂。当T₂与T_热之间存在差值时，需进行修正。

S2：首先将壳体1放置在一标准恒温箱内，将恒温箱温度设置在25℃运行稳定后，按照0.2℃/min的升温速率进行升温至35℃。这个过程中采集得到外部环境温度为25℃+n℃(n＝1,2…10)时，内部的热敏电阻31和外部铂电阻32测得温度的温度差(即T_热与T₂的差值)，以及红外热电堆传感器22对标准黑体(34℃)的测得值T_34℃。

S3:其次将恒温箱依次设置在25℃+n℃(n＝1,2…10)并稳定运行，得到红外热电堆传感器22对标准黑体(34℃)的测得值T′_34℃，进一步计算得到两次测量的差值(即T_34℃与T′_34℃的差值)，将两者进行曲线拟合，得到相关的修正参数η，η＝f(T_热-T₂)(T-T′)，存储于单片机71中。

S4:风速测量机构4实时测量壳体1外部的气流流速u，通过选择34℃标准黑体作为参照物，在不同风速条件下进行多次测量，将测量结果T与无风速影响的测得值T′的差值，同气流流速进行拟合修正曲线，并将从拟合曲线中得到的修正参数R，R＝f(T-T′)u，储存于PC设备8中。

S5：四个超声检测机构5分别测量自身与被测者间的距离l₁、l₂、l₃、l₄，结合四个超声检测机构5所构成的圆形的直径D，计算出被测人体与红外热电堆传感器22的中心之间的距离l和角度ф，两者共同决定了被测者处于视场中不同位置引入的修正参数l_ф；红外采集口的直径D相对于其距离被测人体的距离可以忽略不计，因此l取平均值，即l＝(l₁+l₂+l₃+l₄)/4；角度ф根据sinф＝(D/2)/l₁求得。由被测者位置引入的修正系数可表示为距离l和角度ф的函数，即l_ф＝fn(l,ф)，其中常数n采用如下方法获得：采用一个标准黑体面源，设置在34℃(相对于人体相当于37.2℃)，在视场中的不同位置进行模拟人体移动，采集一系列不同距离l和角度ф条件下的实测值，进行拟合计算得到。

S6：热电堆红外传感器的输出电压U为被测者的实际温度T₁和环境温度T₂的函数。热电堆红外传感器是利用红外辐射热效应，通过塞贝克效应探测辐射，并将其转化为电压进行测量。内置的热敏电阻用于监测环境温度变化，将环境背景温度转化为电压进行测量。输出电压U与实际温度T₁、环境温度T₂的函数表示为：

其中s为与传感器结果有关的系数；k是玻耳兹曼常量，数值为1.380649×10^-23J/K；ε是人体的发射系数，数值取0.95。

结合普朗克定律，温度为T_obj的物体，其单位面积在全部波长的辐射功率可以表示为：P_obj＝kεT_obj，其中：k是玻耳兹曼常量，数值为1.380649×10^-23J/K；ε是物体的发射系数，影响发射率的主要因素在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。测人体温度时发射率一般调试在0.95测温最准确，取ε＝0.95。

红外筛选仪的体温测量过程除了受到被测者体温、环境温度的主要作用外，还受到传感器本身敏感度常数S(由材料决定)、被测者所处视场位置(距离、角度)、环境气流以及热电堆传感器的集热器本身温度与环境温度差异进入的补偿误差等共同作用和影响，因此该设计中，红外传感器的输出电压为：U＝Sηl_фRP_obj＝Sηl_фRkε(T₁-T₂)，其中S、η、l_ф、R、k、ε等均可默认为系统常数，集合表示为K，通过大量实验形成统计数据进行曲线拟合，预先写入单片机中，因此公式可简化为U＝K(T₁-T₂)，进而可以得出被测者的实际温度T₁的准确数值。

综上所述，本实用新型提供的一种红外体温筛选仪，设置有红外热电堆传感器，用于接受人体发出的红外辐射能量，并设置铂电阻、热敏电阻，分别用于测量壳体外部环境温度及壳体内部的温度，以实现对红外热电堆传感器所测量的温度进行校正，以及通过风速测量机构测量风速，通过数据转换后制成拟合曲线，并得到修正值，以对红外热电堆传感器的测量值进行修正，排除气流对温度测量过程产生的干扰，提高了温度测量的准确度，以及设置有四个超声检测机构用于得到筛选仪与被测者之间准确的距离和角度值，以在被测者不断移动的过程中，能够进行准确的温度测量，提高了检测效率。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种红外体温筛选仪，其特征在于，包括壳体、红外探测机构、热敏检测机构、风速测量机构、超声检测机构和控制机构；

所述壳体一侧设置有发射口；

所述风速测量机构的一端装设于所述壳体外，且另一端与PC设备电连接；

所述红外探测机构装设于所述壳体内靠近所述发射口的一端，以使所述红外探测机构通过所述发射口接收红外辐射；

所述热敏检测机构与所述红外探测机构相邻设置；

所述超声检测机构的一端装设于所述壳体内并与PC设备电连接，且另一端与所述红外探测机构的轴线相互平行地穿过所述壳体设置；

所述热敏检测机构和红外探测机构分别通过所述控制机构与PC设备电连接。

2.根据权利要求1所述一种红外体温筛选仪，其特征在于，所述红外探测机构为红外热电堆传感器；

所述热敏检测机构与所述红外热电堆传感器相邻设置；

所述红外热电堆传感器与所述控制机构电连接。

3.根据权利要求1所述一种红外体温筛选仪，其特征在于，所述风速测量机构为热球式风速传感器。

4.根据权利要求1所述一种红外体温筛选仪，其特征在于，所述超声检测机构包括四个超声波传感器。

5.根据权利要求1所述一种红外体温筛选仪，其特征在于，所述发射口上装设有硅介质滤光片。

6.根据权利要求1所述一种红外体温筛选仪，其特征在于，所述控制机构包括单片机、信号放大器和A/D转化器；

所述热敏检测机构依次通过所述信号放大器、所述A/D转化器和所述单片机与所述PC设备电连接。

7.根据权利要求1所述一种红外体温筛选仪，其特征在于，所述热敏检测机构包括热敏电阻和用于校正所述热敏电阻测量值的铂电阻；

所述热敏电阻与所述红外探测机构相邻设置，所述铂电阻的一端装设于所述壳体外；

所述热敏电阻和所述铂电阻的另一端分别通过所述控制机构与所述PC设备电连接。

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