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  正如 Covid-19 大流行所證明的那樣，快速和非侵入性的體溫評估技術(shù)已成為必要。在包括醫(yī)院、機(jī)場和學(xué)校在內(nèi)的各種場所，采用紅外線傳感器測量表面溫度而無需身體接觸的非接觸式紅外測溫儀已變得流行，并常用于測量體溫。紅外線溫度計(jì)是非侵入式的，可提供快速、可靠的讀數(shù)。

  遠(yuǎn)紅外傳感器

  FIR 傳感器是一種表面貼裝器件 (SMD)，可測量物體的紅外輻射以準(zhǔn)確報(bào)告溫度。其 SMD 封裝使該傳感器適用于多種應(yīng)用，包括可穿戴設(shè)備，特別是先進(jìn)的入耳式設(shè)備(所謂的耳戴式設(shè)備)，以及需要高精度人體溫度測量的臨床護(hù)理點(diǎn)應(yīng)用是必需的。

由于無需直接接觸被測物體即可實(shí)現(xiàn)溫度感應(yīng)，因此非接觸式溫度測量具有優(yōu)于傳統(tǒng)接觸方法的優(yōu)勢。這在不希望與對象進(jìn)行物理接觸的各種情況下很有用，例如當(dāng)對象易碎、移動(dòng)或位于危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)。當(dāng)需要快速響應(yīng)時(shí)，或無法保證傳感器與被測物體之間良好的熱接觸時(shí)，非接觸式測溫比接觸式測溫更準(zhǔn)確、結(jié)果更可靠。

  “Melexis 是一家芯片和封裝設(shè)計(jì)公司，在我們每個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，都有相當(dāng)大的發(fā)展和大量受保護(hù)的知識產(chǎn)權(quán)。我們更愿意將制造外包給我們的晶圓廠合作伙伴，但所有測試和校準(zhǔn)都在內(nèi)部進(jìn)行，以保證最終質(zhì)量?！?/span>

  這款極小的器件是一個(gè)完整的解決方案 3 × 3 × 1-mm 3 QFN 封裝，集成了傳感器元件、信號處理、數(shù)字接口和光學(xué)器件，可實(shí)現(xiàn)快速、輕松地集成在空間有限的情況下融入廣泛的現(xiàn)代應(yīng)用。

  MLX90632 經(jīng)過工廠校準(zhǔn)，可確保高精度，同時(shí)在內(nèi)部采取了電氣和熱預(yù)防措施以補(bǔ)償嚴(yán)酷的外部條件。如圖 2 所示，熱電堆傳感元件電壓信號被放大和數(shù)字化。經(jīng)過數(shù)字濾波后，原始測量結(jié)果存儲(chǔ)在RAM中。狀態(tài)機(jī)控制所有功能。每次測量轉(zhuǎn)換的結(jié)果都可以通過 I 2 C 接口訪問，該接口還允許訪問內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的控制寄存器、用于像素和輔助測量數(shù)據(jù)的 RAM 以及用于存儲(chǔ)微調(diào)值、校準(zhǔn)常數(shù)和各種設(shè)備/測量設(shè)置。

  外部單元可以使用測量和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算傳感器和物體的溫度。如果存在光學(xué)窗口或障礙物，用戶可以針對其特定應(yīng)用修改溫度計(jì)算算法。

  據(jù) Melexis 稱，由于其緊湊的尺寸、高熱穩(wěn)定性和針對人體溫度的優(yōu)化，醫(yī)用 MLX90632 非常適合超緊湊型可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備，例如可以連續(xù)監(jiān)測體溫的便攜式診斷儀器。反復(fù)監(jiān)測生命體征是預(yù)防醫(yī)學(xué)技術(shù)的關(guān)鍵要素，可以及早發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的健康狀況。該傳感器也非常適合更傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備，例如戴在額頭或耳朵上的溫度計(jì)。

  三星將 MLX90632 用作嵌入其 Galaxy Watch 5 系列的微型醫(yī)療級紅外溫度傳感器。結(jié)合第三方應(yīng)用程序，智能手表的高精度溫度傳感器還可以跟蹤月經(jīng)周期，幫助女性評估生育期。

  Melexis 營銷經(jīng)理 Joris Roels 說

  “我們開發(fā)了 MLX90632 傳感器來滿足客戶對皮膚溫度測量的需求，我們添加了一個(gè)附加功能;也就是說，它是一種非接觸式解決方案?！?/span>

根據(jù)定義，接觸式溫度計(jì)需要良好的熱接觸才能運(yùn)行。此外，已經(jīng)證明接觸式溫度測量會(huì)影響測量值;也就是說，皮膚受到傳感器系統(tǒng)的干擾。使用非接觸技術(shù)可以克服這兩個(gè)問題。

  熱穩(wěn)定性

  得益于精密的工廠內(nèi)校準(zhǔn)程序，MLX90632 可在正常人體溫度范圍內(nèi)提供 ±0.2°C 的醫(yī)療級精度。當(dāng)物體溫度在 35°C 至 42°C 范圍內(nèi)且環(huán)境溫度在 15°C 至 40°C 之間時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)這種高精度。

  熱梯度在可穿戴設(shè)備和消費(fèi)類應(yīng)用中可能是一種常見現(xiàn)象。小型 FIR(非接觸式)傳感器通常對熱梯度敏感，但 Melexis 通過采用先進(jìn)的補(bǔ)償算法在 MLX90632 中減輕了這種影響。

  Melexis 使用 MLX90632 和標(biāo)準(zhǔn)紅外溫度傳感器進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn)，以測量物體在 40°C 時(shí)的溫度。他們用熱風(fēng)槍加熱兩者以評估它們的熱穩(wěn)定性。圖 3 底部的圖表(綠色曲線)顯示了兩個(gè)芯片傳感器上的快速加熱 (1°C/s)。圖 3 上方的圖表展示了 MLX90632(藍(lán)線)實(shí)現(xiàn)的出色熱穩(wěn)定性。無論外部強(qiáng)制加熱如何，它都提供幾乎相同的溫度測量。相反，紅色曲線顯示了在相同條件下，標(biāo)準(zhǔn)傳感器提供的測量值如何受到誤差的嚴(yán)重影響。

  “標(biāo)準(zhǔn) FIR 傳感器采用大型封裝，因?yàn)樗兄谙裏崽荻龋?dāng)你試圖制造更小的傳感器時(shí)，你自然會(huì)面臨不穩(wěn)定問題。我們所做的是讓熱梯度發(fā)生，但對其進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償以保持測量精度?！?/span>