在防控新型冠狀病毒疫情的過程中，呼吸機、監(jiān)護儀、制氧機、負壓救護車等醫(yī)療產(chǎn)品發(fā)揮了重大作用，這些都不離開傳感器技術(shù)的支持。接下來，作者將著重介紹一下紅外熱電堆傳感器的原理及在本次疫情中的關(guān)鍵應(yīng)用。
宇宙間的任何物體只要其溫度高于絕對零度，都會以一定的波長向外輻射能量—即產(chǎn)生紅外輻射。因此，在自然溫度下所有物體都是紅外輻射的發(fā)射源，只是紅外輻射的紅外線波長不同。例如，人體溫度37℃，紅外輻射波長為9~10μm；400～700℃物體的紅外輻射波長為3～5μm。
紅外線也是太陽光譜的一部分，是一種不可見光。與所有電磁波一樣，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。紅外光在真空中的傳播速度為3×108m/s，在介質(zhì)中傳播會產(chǎn)生衰減，尤其在金屬中傳播衰減很大，但紅外輻射能透過大部分半導體和一些塑料，大部分液體對紅外輻射吸收非常大。
利用物體紅外輻射特點和傳播過程中展現(xiàn)出的各種特性，使用紅外探測器感知物體紅外輻射或吸收等物理過程的光譜特征，可以測量出物體的不同屬性和特征，例如物體溫度，這就是紅外測量技術(shù)。非接觸式測溫傳感器就是利用物體的輻射能量隨溫度而變化的原理制成的。
紅外探測器按工作原理可分為熱型探測器與光子型探測器兩大類。其中熱探測器主要分為熱電偶/熱電堆(Thermocouple/Thermopile)、熱敏電阻(Bolometers)以及熱釋電探測器(Pyroelectric)三種；光子探測器主要分為本征型(Intrinsic)、非本征型(Extrinsic)、自由載流子型(Free Carriers)以及量子阱型(Quantum Wells)等幾種。
在紅外探測器最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域--溫度測量應(yīng)用中，可以利用基于熱電效應(yīng)(或賽貝克效應(yīng)：Seebeck Effect)的熱電偶/熱電堆型探測器來實現(xiàn)溫度測量。熱電偶的測溫原理為：如果兩種不同的材料或材料相同而逸出功不同的物體A和B，在熱端相連（熱結(jié)區(qū)），而在冷端開路（冷結(jié)區(qū)），熱端和冷端的溫度差為ΔTHC，那么在冷端就會產(chǎn)生一溫差電動勢Vout。通過測量該溫差電動勢可實現(xiàn)對溫度測量。
熱電效應(yīng)示意
熱電堆是由多對熱電偶串聯(lián)而成，相比單個熱電偶有更大的輸出熱電勢。熱電堆作為一種非接觸紅外測溫傳感器，不需要直接接觸被測物體就可以快速測得物體表面溫度，可以測量高溫的、危險的或移動的物體，且不會污染或損壞被測物體。
電子體溫計就是采用熱電堆型紅外傳感器，將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)換為電信號的變化，從而顯示出人體溫度。相比傳統(tǒng)水銀溫度計，電子體溫計具有更安全，讀數(shù)直觀，時間短，精度高等優(yōu)點。
MRT117熱電堆溫度傳感器（TO-46封裝）
MRT311熱電堆溫度傳感器（TO-46封裝）
傳感器特點：
TO-46封裝，高靈敏度；響應(yīng)快；穩(wěn)定性好；濾光片透過率高；NTC精度高。
主要應(yīng)用：
◆ 非接觸式溫度測量；
◆ 耳溫、額溫等紅外體溫非接觸測量；
◆ 生產(chǎn)過程的連續(xù)溫度控制；
◆ 家用電器（微波爐、護發(fā)吹風機、空調(diào)等）溫度測量與控制；
◆ 人體存在式檢測
物體溫度越高，產(chǎn)生的紅外輻射強度越大，基于MEMS工藝制造的熱電堆紅外探測器可以在一定距離外通過檢測物體的紅外輻射來測量溫度。熱電堆探測器的傳感元件由硅基片上的多個微型熱電偶組成，能夠吸收輻射能量并產(chǎn)生輸出信號。
熱電堆傳感器和熱釋電類傳感器的區(qū)別：既可以檢測動態(tài)信號，也可以檢測靜態(tài)信號，且溫度精確測量。熱電堆紅外探測器可配置各種透鏡和濾波器，從而實現(xiàn)在溫度測量、氣體成份的定性/定量分析、醫(yī)療設(shè)備等多種應(yīng)用場景中的應(yīng)用。
目前，在額溫槍、耳溫槍、智能家電、燈具開關(guān)、食品溫度檢測等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。
寫在最后
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