热电堆红外传感器科技助力疫情防控阻击战

在防控新型冠状病毒疫情的过程中，呼吸机、监护仪、制氧机、负压救护车等医疗产品发挥了重大作用，这些都不离开传感器技术的支持。接下来，作者将着重介绍一下红外热电堆传感器的原理及在本次疫情中的关键应用。

宇宙间的任何物体只要其温度高于零度，都会以一定的波长向外辐射能量—即产生红外辐射。因此，在自然温度下所有物体都是红外辐射的发射源，只是红外辐射的红外线波长不同。例如，人体温度37℃，红外辐射波长为9~10μm；400～700℃物体的红外辐射波长为3～5μm。

红外线也是太阳光谱的一部分，是一种不可见光。与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外光在真空中的传播速度为3×108m/s，在介质中传播会产生衰减，尤其在金属中传播衰减很大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收非常大。

利用物体红外辐射特点和传播过程中展现出的各种特性，使用红外探测器感知物体红外辐射或吸收等物理过程的光谱特征，可以测量出物体的不同属性和特征，例如物体温度，这就是红外测量技术。非接触式测温传感器就是利用物体的辐射能量随温度而变化的原理制成的。

红外探测器按工作原理可分为热型探测器与光子型探测器两大类。其中热探测器主要分为热电偶/热电堆(Thermocouple/Thermopile)、热敏电阻(Bolometers)以及热释电探测器(Pyroelectric)三种；光子探测器主要分为本征型(Intrinsic)、非本征型(Extrinsic)、自由载流子型(Free Carriers)以及量子阱型(Quantum Wells)等几种。

在红外探测器最广泛的应用领域--温度测量应用中，可以利用基于热电效应(或赛贝克效应：Seebeck Effect)的热电偶/热电堆型探测器来实现温度测量。热电偶的测温原理为：如果两种不同的材料或材料相同而逸出功不同的物体A和B，在热端相连（热结区），而在冷端开路（冷结区），热端和冷端的温度差为ΔTHC，那么在冷端就会产生一温差电动势Vout。通过测量该温差电动势可实现对温度测量。

热电效应示意

 

热电堆是由多对热电偶串联而成，相比单个热电偶有更大的输出热电势。热电堆作为一种非接触红外测温传感器，不需要直接接触被测物体就可以快速测得物体表面温度，可以测量高温的、危险的或移动的物体，且不会污染或损坏被测物体。

电子体温计就是采用热电堆型红外传感器，将人体辐射的红外线转换为电信号的变化，从而显示出人体温度。相比传统水银温度计，电子体温计具有更安全，读数直观，时间短，精度高等优点。

MRT117热电堆温度传感器（TO-46封装）

MRT311热电堆温度传感器（TO-46封装）

 

传感器特点：

TO-46封装，高灵敏度；响应快；稳定性好；滤光片透过率高；NTC精度高。

主要应用：

◆ 非接触式温度测量；

◆ 耳温、额温等红外体温非接触测量；

◆ 生产过程的连续温度控制；

◆ 家用电器（微波炉、护发吹风机、空调等）温度测量与控制；

◆ 人体存在式检测

 

物体温度越高，产生的红外辐射强度越大，基于MEMS工艺制造的热电堆红外探测器可以在一定距离外通过检测物体的红外辐射来测量温度。热电堆探测器的传感元件由硅基片上的多个微型热电偶组成，能够吸收辐射能量并产生输出信号。

热电堆传感器和热释电类传感器的区别：既可以检测动态信号，也可以检测静态信号，且温度精准测量。热电堆红外探测器可配置各种透镜和滤波器，从而实现在温度测量、气体成份的定性/定量分析、医疗设备等多种应用场景中的应用。

目前，在额温枪、耳温枪、智能家电、灯具开关、食品温度检测等领域中获得了广泛的应用。

 

写在最后

2020年的春节注定不同寻常，新型冠状病毒感染引发的肺炎疫情牵动着全体国人的心。各界人士纷纷向奋战在一线的英雄们致敬，并通过各种方式为抗战疫情贡献力量。

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