เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดแบบไม่สัมผัสทำงานอย่างไร - วิธีการสร้าง

ในโพสต์นี้เราจะได้เรียนรู้แนวคิดการทำงานพื้นฐานของเครื่องสแกนความร้อนหรือเครื่องวัดอุณหภูมิ IR แบบไม่สัมผัสและเรียนรู้วิธีสร้างต้นแบบ DIY ที่ใช้งานได้จริงของเครื่อง ไม่มี Arduino .

ในยุคหลัง COVID-19 การเห็นแพทย์ถือปืนวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสและชี้ไปที่หน้าผากของผู้ต้องสงสัย COVID-19 ถือเป็นเรื่องปกติ

อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นอุปกรณ์เทอร์โมมิเตอร์แบบสัมผัสน้อยซึ่งจะตรวจจับอุณหภูมิทันทีของผิวกายของผู้ต้องสงสัยและช่วยให้แพทย์ทราบว่าบุคคลนั้นปกติหรือเป็นไข้หรือไม่?

วิธีการทดสอบพื้นฐาน

ในขั้นตอนการทดสอบเราพบว่าผู้มีอำนาจชี้ลำแสงเลเซอร์จากปืนวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสที่หน้าผากของผู้ต้องสงสัยและสังเกตอุณหภูมิที่แผง LCD ด้านหลังของอุปกรณ์

ลำแสงเลเซอร์ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องโดยตรงกับขั้นตอนการวัดอุณหภูมิ ใช้เพียงเพื่อช่วยให้แพทย์ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดมุ่งเป้าไปที่ตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของร่างกายเพื่อกำหนด อุณหภูมิร่างกาย ถูกต้องเป็นส่วนใหญ่

กฎหมาย Stefan – Boltzmann

ตามที่ระบุไว้ในกฎหมาย Stefan – Boltzmann การออกจากรังสีทั้งหมดของร่างกาย M_คือ(T) เป็นสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของอุณหภูมิดังแสดงในสมการต่อไปนี้

ม_คือ(T) = εσT⁴

ในสมการนี้εหมายถึงการเปล่งรังสี

σหมายถึงค่าคงที่ Stefan – Boltzmann ซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณ 5.67032 x 10^-1212 Wcm^-2ถึง^-4โดยที่ตัวอักษร K คือหน่วยของอุณหภูมิในหน่วยเคลวิน

สมการข้างต้นชี้ให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้นความเปล่งปลั่งของอินฟราเรดก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนด้วย ความสว่าง IR นี้สามารถวัดได้จากระยะไกลโดยไม่จำเป็นต้องสัมผัสทางกายภาพใด ๆ การอ่านสามารถบอกระดับอุณหภูมิของร่างกายได้ในทันที

เซนเซอร์ใดที่ใช้ได้

เซ็นเซอร์ที่เหมาะสมที่สุดและใช้ในเทอร์มอมิเตอร์แบบไม่สัมผัสคือก เซ็นเซอร์ความร้อน .

เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์จะแปลงแผนที่ความร้อนอินฟราเรดที่ตกกระทบจากแหล่งที่อยู่ห่างไกลให้เป็นเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กตามสัดส่วน

ทำงานบนหลักการของเทอร์โมคัปเปิลซึ่งโลหะที่แตกต่างกันจะเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมหรือขนานกันเพื่อสร้างทางแยก 'ร้อน' และ 'เย็น' เมื่อฟลักซ์การแผ่รังสีอินฟราเรดจากแหล่งกำเนิดตกลงบนเทอร์โมไพล์จะสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิในจุดเชื่อมต่อเหล่านี้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่เทียบเท่ากันที่ขั้วปลายของเทอร์โมคัปเปิล

สามารถวัดเอาต์พุตไฟฟ้าตามสัดส่วนของแหล่งความร้อนเพื่อระบุระดับอุณหภูมิจากแหล่งกำเนิดของร่างกาย

เทอร์โมคัปเปิลภายในเซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์ถูกฝังอยู่บนชิปซิลิกอนซึ่งทำให้ระบบมีความไวและแม่นยำมาก

การใช้เทอร์โมไพล์เซนเซอร์ MLX90247

IC MLX90247 เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของอุปกรณ์เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์อเนกประสงค์ซึ่งสามารถใช้สำหรับการสร้างอุปกรณ์สแกนเนอร์ความร้อนหรืออุปกรณ์เทอร์โมมิเตอร์แบบไม่สัมผัส

IC MLX90247 ประกอบด้วยเครือข่ายเทอร์โมคัปเปิลที่ซ้อนกันบนพื้นผิวของเมมเบรน

จุดเชื่อมต่อที่รับความร้อนของเทอร์โมคัปเปิลอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมใกล้กับกึ่งกลางของเมมเบรนฐานในขณะที่ทางแยกความเย็นที่แตกต่างกันจะถูกวางไว้ที่ขอบของอุปกรณ์ซึ่งก่อให้เกิดพื้นที่จำนวนมากของซิลิกอนของหน่วย

เนื่องจากเมมเบรนได้รับการออกแบบให้เป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดีความร้อนที่ตรวจพบจากแหล่งกำเนิดจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างรวดเร็วใกล้กับศูนย์กลางของ menbrane มากกว่าขอบด้านข้างของอุปกรณ์

ด้วยเหตุนี้ความแตกต่างอย่างรวดเร็วของความร้อนจึงสามารถพัฒนาข้ามปลายทางแยกเทอร์โมไพล์ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพในการพัฒนาผ่านขั้วเหล่านี้ผ่านหลักการเทอร์โม - ไฟฟ้า

ส่วนที่ดีที่สุดของเซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์คือไม่เหมือนกับ IC มาตรฐานที่ไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกในการทำงาน แต่จะสร้างศักย์ไฟฟ้าของตัวเองเพื่อให้สามารถทำการวัดได้ตามต้องการ

คุณได้รับ IC MLX90247 สองรูปแบบดังที่แสดงด้านล่างโดยที่ตัวแปรหนึ่งมีตัวเลือกกราวด์ Vss และอีกตัวหนึ่งไม่มีพิน Vss

ตัวเลือกด้านบนช่วยให้สามารถวัดอุณหภูมิ IR แบบสองขั้วได้ ความหมายผลลัพธ์สามารถแสดงอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมและต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบด้วย

สามารถใช้ตัวเลือกด้านล่างได้ วัดอุณหภูมิ ไม่ว่าจะสูงกว่าระดับสภาพแวดล้อมหรือต่ำกว่าระดับโดยรอบดังนั้นจึงช่วยให้สามารถทำการวัดค่าแบบ unipolar ได้

ทำไมเทอร์มิสเตอร์จึงใช้ในเทอร์โมไพล์

ใน IC MLX90247 ด้านบนเราจะเห็นไฟล์ เทอร์มิสเตอร์ รวมอยู่ในแพ็คเกจอุปกรณ์ เทอร์มิสเตอร์มีบทบาทสำคัญในการสร้างเอาต์พุตระดับอ้างอิงสำหรับสเตจหน่วยการวัดภายนอก

เทอร์มิสเตอร์ถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อตรวจจับอุณหภูมิโดยรอบหรืออุณหภูมิร่างกายของอุปกรณ์ ระดับอุณหภูมิแวดล้อมนี้จะกลายเป็นระดับอ้างอิงสำหรับขั้นตอนการทำงานของแอมป์เอาต์พุต

ตราบใดที่อุณหภูมิ IR จากเป้าหมายต่ำกว่าหรือเท่ากับระดับอ้างอิงนี้สเตจของแอมป์แอมป์ภายนอกจะไม่ตอบสนองและเอาต์พุตยังคงเป็น 0 V

อย่างไรก็ตามทันทีที่การแผ่รังสี IR จากร่างกายผ่านอุณหภูมิโดยรอบแอมป์จะเริ่มตอบสนองเพื่อสร้างเอาต์พุตที่วัดได้ที่ถูกต้องซึ่งสอดคล้องกับความร้อนที่เพิ่มขึ้นของร่างกาย

วงจรเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่สัมผัสโดยใช้ IC MLX90247 Thermopile Sensor

ในวงจรต้นแบบด้านบนของวงจรเทอร์โมมิเตอร์ IR แบบไม่สัมผัสเราพบ IC MLX90247 เซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์ในโหมดไบโพลาร์ซึ่งกำหนดค่าด้วยแอมป์ภายนอกที่ออกแบบมาเพื่อขยายกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กจากเทอร์โมไพล์ให้เป็นเอาต์พุตที่วัดได้

ออปแอมป์ตัวบนจะขยายเอาต์พุตเทอร์โมคัปเปิลจาก IC MLX90247 ในขณะที่แอมป์ออปล่างจะขยายอุณหภูมิโดยรอบของ IC

ความแตกต่างง่ายๆ VU เมตร ติดอยู่ที่เอาต์พุตของออปแอมป์สองตัว ตราบใดที่ไม่มีตัวปล่อยความร้อนออกมาด้านหน้าเทอร์โมไฟล์อุณหภูมิภายในเทอร์โมคัปเปิลจะยังคงเท่ากับอุณหภูมิเทอร์มิสเตอร์ที่อยู่ติดกัน ด้วยเหตุนี้เอาต์พุตแอมป์ op สองตัวจึงสร้างแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน ดังนั้นมิเตอร์ VU จะระบุ 0 V ที่กึ่งกลางหน้าปัด

ในกรณีที่ร่างกายมนุษย์มีอุณหภูมิสูงกว่าโดยรอบอยู่ในช่วงการตรวจจับของเทอร์โมไพล์เอาต์พุตเทอร์โมคัปเปิลของขา 2 และพิน 4 จะเริ่มเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณและเกินเอาต์พุตเทอร์มิสเตอร์ข้ามพิน 3 และพิน 1

ส่งผลให้ op amp ตัวบนสร้างแรงดันไฟฟ้าบวกมากกว่า op amp ตัวล่าง มิเตอร์ VU ตอบสนองต่อสิ่งนี้และเข็มของมันจะเริ่มขยับทางด้านขวาของการปรับเทียบ 0V การอ่านจะแสดงระดับอุณหภูมิของชิ้นงานโดยตรงที่เทอร์โมไพล์ตรวจพบ

Op Amp ใดที่เหมาะกับการใช้งาน

เนื่องจากเอาต์พุตจากเทอร์โมไพล์ควรอยู่ในไมโครโวลต์แอมป์ที่ใช้ในการขยายแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมากนี้จะต้องมีความไวและซับซ้อนสูงและมีข้อกำหนดออฟเซ็ตอินพุตที่ต่ำมาก เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขแอมป์เครื่องมือวัดดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันนี้

แม้ว่าคุณจะพบแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดที่ดีมากมายทางออนไลน์ แต่ INA333 Micro-Power (50μA), Zerø-Drift, Rail-to-Rail Out Instrumentation Amplifier ดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด

มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายที่ทำให้ IC นี้เหมาะที่สุดสำหรับการขยายแรงดันไฟฟ้าของเทอร์โมคัปเปิลให้มีขนาดที่วัดได้ วงจรเครื่องขยายเสียง IC INA333 พื้นฐานสามารถดูได้ด้านล่างและสามารถใช้การออกแบบนี้เพื่อขยายวงจรเทอร์โมไพล์ที่อธิบายไว้ข้างต้น

ในวงจรแอมป์ INA333 นี้ตัวต้านทาน ร_ช กำหนดกำไรของวงจรและสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

กำไร = 1 + 100 / R_ช

ผลลัพธ์ที่ได้จะมีหน่วยเป็นกิโลโอห์ม

ด้วยสูตรนี้เราสามารถกำหนดอัตราขยายโดยรวมของวงจรขึ้นอยู่กับระดับของไมโครโวลต์ที่ได้รับจากเทอร์โมไพล์

อัตราขยายสามารถปรับได้ตั้งแต่ 0 ถึง 10,000 ซึ่งให้ op amp ที่มีระดับความสามารถในการขยายที่ยอดเยี่ยมสำหรับอินพุต microvolt

เพื่อให้สามารถใช้แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดนี้โดยไม่ต้องใช้ IC เทอร์โมไพล์เราจะต้องใช้โมดูลแอมป์ op สองตัวนี้ หนึ่งจะใช้ในการขยายสัญญาณเอาต์พุตเทอร์โมคัปเปิลและอีกอันจะใช้สำหรับขยายเอาต์พุตสัญญาณเทอร์มิสเตอร์ดังที่แสดงด้านล่าง

การตั้งค่านี้สามารถใช้ในการสร้างเทอร์โมมิเตอร์ IR แบบไม่สัมผัสซึ่งจะให้เอาต์พุตอะนาล็อกที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นเพื่อตอบสนองต่อความร้อน IR ที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นตามที่เทอร์โมไพล์ตรวจพบ

เอาต์พุตแบบอะนาล็อกสามารถต่อเข้ากับมิเตอร์ VU แบบ milivolt หรือ a เครื่องวัด mV ดิจิตอล สำหรับการตีความระดับอุณหภูมิของร่างกายในทันที

ผลลัพธ์ V_หรือ สามารถประมาณได้จากสมการต่อไปนี้:

V_หรือ = G ( V_{ใน +} - V_ใน- )

ส่วนรายการ

จำเป็นต้องใช้ชิ้นส่วนต่อไปนี้เพื่อสร้างวงจรเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่มีขั้วที่อธิบายไว้ข้างต้น:

• เทอร์โมไพล์เซนเซอร์ IC MLX90247 - 1no
• Instrumentation Op amp INA333 - 2nos
• โวลต์มิเตอร์ที่มีช่วง 0 ถึง 1V FSD - 1no
• 1.2 V AAA Ni-Cd Cells สำหรับเปิดเครื่อง INA333 - 2nos

การอ่านโวลต์มิเตอร์จะต้องได้รับการปรับเทียบเป็นเซลเซียสซึ่งสามารถทำได้ด้วยการทดลองบางอย่างและการลองผิดลองถูก

ใช้ PIR

ให้เป็นปกติ เซ็นเซอร์ PIR ยังใช้งานได้ดีและเป็นทางเลือกราคาถูกสำหรับแอปพลิเคชันประเภทนี้

PIR ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ที่ใช้วัสดุไพโรอิเล็กทริกเช่น TGS, BaTiO3 เป็นต้นซึ่งจะผ่านโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นเองเมื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในช่วงการตรวจจับ

ประจุโพลาไรซ์ในอุปกรณ์ PIR ที่สร้างขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะขึ้นอยู่กับกำลังการฉายรังสี พี_คือ ส่งโดยร่างกายบนเซ็นเซอร์ PIR สิ่งนี้ทำให้เอาต์พุต PIR สร้างกระแส ผม_ง ωpA_ง( Δ T) .

อุปกรณ์ยังสร้างแรงดันไฟฟ้า V_หรือ ซึ่งอาจเท่ากับผลคูณของกระแส ผม_ง และอิมพีแดนซ์ของอุปกรณ์ สิ่งนี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

V_หรือ= ฉัน_งร_ง/ √1 + ω^สองร^สอง_งค^สอง_ง

สมการนี้สามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้ใน:

V_หรือ= ωpA_งร_ง( Δ T) / √1 + ω^สองร^สอง_งค^สอง_ง

โดยที่ p หมายถึงค่าสัมประสิทธิ์ไพโรอิเล็กทริกωหมายถึงความถี่เรเดียนและ Δ T เท่ากับความแตกต่างของอุณหภูมิเครื่องตรวจจับ T_ง
และอุณหภูมิแวดล้อม T_ถึง.

ตอนนี้โดยใช้สมการสมดุลความร้อนเราพบว่าค่าของ Δ T สามารถหาได้ตามที่แสดงในสมการต่อไปนี้:

Δ T = ร_ทีพี_คือ/ √ (1 + ω^สองτ^สอง_ที)

ถ้าเราแทนที่ค่านี้ของ Δ T ในสมการก่อนหน้าเราได้ผลลัพธ์ที่แสดงถึง Vo ที่มีลักษณะแบนด์พาสดังที่แสดงด้านล่าง:

ที่ไหน τ_คือ หมายถึงค่าคงที่เวลาไฟฟ้า ( ร_งค_ง ), τ_ที บ่งชี้
ค่าคงที่ของเวลาความร้อน ( ร_ทีค_ที ) และ พี_คือ เป็นสัญลักษณ์ของความกระจ่างใส
กำลังจากเป้าหมายที่เซ็นเซอร์ตรวจพบ

การอภิปรายและสมการข้างต้นพิสูจน์ให้เห็นว่าแรงดันเอาต์พุต Vo จาก PIR เป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส

อย่างไรก็ตามเราทราบดีว่า PIR ไม่สามารถตอบสนองต่อแหล่งสัญญาณ IR ของสเตชันเนอรีและต้องการให้แหล่งที่มาเคลื่อนไหวเพื่อให้สามารถอ่านเอาต์พุตได้

เนื่องจากความเร็วของการเคลื่อนที่มีผลต่อข้อมูลเอาต์พุตด้วยเราจึงต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแหล่งสัญญาณเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แม่นยำซึ่งอาจเป็นไปไม่ได้ที่จะนำไปใช้กับเป้าหมายที่เป็นมนุษย์

ดังนั้นวิธีง่ายๆในการตอบโต้สิ่งนี้เพื่อให้เป้าหมายของมนุษย์เป็นเครื่องเขียนและจำลองการเคลื่อนไหวของมันโดยการเชื่อมโยงสิ่งประดิษฐ์ เครื่องบดสับแบบใช้มอเตอร์ ด้วยระบบเลนส์ PIR

ต้นแบบเทอร์โมมิเตอร์ไร้สัมผัสโดยใช้ PIR

ย่อหน้าต่อไปนี้อธิบายชุดทดสอบของระบบสแกนเนอร์ระบายความร้อนที่ใช้งานได้จริงซึ่งสามารถนำไปใช้ในการสร้างต้นแบบที่ใช้งานได้จริงหลังจากการปรับพารามิเตอร์ต่างๆที่เกี่ยวข้องให้เหมาะสมอย่างละเอียด

ดังที่ได้เรียนรู้ในหัวข้อก่อนหน้านี้ PIR ได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับการแผ่รังสีในรูปแบบของอัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ dT / dt และด้วยเหตุนี้จึงตอบสนองต่อความร้อนอินฟราเรดซึ่งถูกพัลส์ด้วยความถี่ที่คำนวณได้อย่างเหมาะสมเท่านั้น

จากการทดลองพบว่า PIR ทำงานได้ดีที่สุดที่ความถี่พัลส์ประมาณ 8 เฮิรตซ์ซึ่งทำได้โดยการสับสัญญาณขาเข้าอย่างต่อเนื่องผ่านเซอร์โวสับ

โดยทั่วไปการสับสัญญาณจะช่วยให้เซ็นเซอร์ PIR สามารถประเมินและส่งออกพลังการแผ่รังสีของร่างกายเป็นแรงดันไฟฟ้าที่พุ่งสูงขึ้น หากความถี่ของการสับถูกปรับให้เหมาะสมอย่างถูกต้องค่าเฉลี่ยของเดือยเหล่านี้จะแปรผันโดยตรงกับความเข้มของอุณหภูมิการแผ่รังสี

ภาพต่อไปนี้แสดงชุดการทดสอบทั่วไปสำหรับการสร้างหน่วยวัดที่เหมาะสมที่สุดหรือ MU

เพื่อให้แน่ใจว่าระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพระยะห่างระหว่างแหล่งสัญญาณ IR และมุมมอง (FOV) ของเซ็นเซอร์ต้องอยู่ที่ประมาณ 40 ซม. กล่าวอีกนัยหนึ่งคือตัวแผ่รังสีและเลนส์ PIR ต้องอยู่ห่างจากกัน 40 ซม.

นอกจากนี้เรายังสามารถเห็นระบบสับประกอบด้วยสเต็ปเปอร์มอเตอร์ขนาดเล็กที่มีใบพัดติดตั้งอยู่ระหว่างเลนส์เฟรสและเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริก PIR

มันทำงานอย่างไร

การแผ่รังสี IR จากร่างกายจะผ่านเลนส์เฟรสจากนั้นจะถูกสับที่ความถี่ 8 เฮิรตซ์โดยมอเตอร์สับและเซ็นเซอร์ PIR ตรวจจับการแผ่รังสีพัลซิ่งที่เกิดขึ้น

เอาท์พุต AC ที่เทียบเท่ากับ IR ที่ตรวจพบนี้จะถูกนำไปใช้กับสเตจ 'ตัวปรับสัญญาณ' ที่มีสเตจแอมป์หลายตัว

เอาต์พุตที่ขยายและปรับสภาพขั้นสุดท้ายจากเครื่องปรับสภาพสัญญาณจะถูกวิเคราะห์บนออสซิลโลสโคปเพื่อตรวจสอบการตอบสนองของวงจรต่อการออกจากรังสีที่แตกต่างกันของร่างกาย

การเพิ่มประสิทธิภาพ PIR และ Chopper

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดต้องมั่นใจว่าเกณฑ์ต่อไปนี้สำหรับ PIR และการเชื่อมโยงสับ

ควรวางแผ่นสับหรือใบมีดเพื่อหมุนระหว่างเลนส์เฟรสและเซ็นเซอร์ภายใน PIR

เส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์เฟรสไม่ควรเกิน 10 มม.

ความยาวโฟกัสของเลนส์ควรอยู่ที่ประมาณ 20 มม.

เมื่อพิจารณาถึงความจริงที่ว่าพื้นที่รับรู้ทั่วไปของ ถึง_ง 1.6 มม พี และติดตั้งใกล้กับทางยาวโฟกัสของเลนส์มุมมองภาพหรือ FOV พบว่าเป็น 4.58^หรือโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

FOV_{(ครึ่งมุม)}≈ | งั้น^-1[(ง_s/ 2) / f] | = 2.29^หรือ

ในสมการนี้ ง_s หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางที่ตรวจจับได้ของเซ็นเซอร์และ ฉ คือความยาวโฟกัสของเลนส์

ข้อมูลจำเพาะของ Chopper Blade

ประสิทธิภาพในการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่สัมผัสส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการที่อินฟราเรดตกกระทบผ่านระบบสับและ

ในตัวสับนี้ต้องใช้มิติข้อมูลต่อไปนี้:

เครื่องบดสับควรมีใบมีด 4 ใบและเส้นผ่านศูนย์กลาง Dc ควรอยู่ที่ประมาณ 80 มม. ควรขับเคลื่อนด้วยสเต็ปเปอร์มอเตอร์หรือวงจรควบคุม PWM

ความถี่ในการหมุนโดยประมาณควรลดลงประมาณ 5 Hz ถึง 8 Hz เพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด

เลนส์ PIR fresnel ต้องอยู่ในตำแหน่ง 16 มม. หลังเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริกเพื่อให้เส้นผ่านศูนย์กลางของสัญญาณ IR ขาเข้าที่ตกลงบนเลนส์อยู่ที่ประมาณ 4 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางนี้ควรจะน้อยกว่า TW 'ความกว้างฟัน' ของตัวสับมาก ดิสก์.

สรุป

เครื่องสแกนความร้อนแบบไม่สัมผัสหรือเทอร์โมมิเตอร์ IR เป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากซึ่งช่วยให้สามารถวัดอุณหภูมิร่างกายมนุษย์ได้จากระยะไกลโดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ

หัวใจสำคัญของอุปกรณ์นี้คือเซ็นเซอร์อินฟราเรดซึ่งจะตรวจจับระดับความร้อนในรูปของฟลักซ์การแผ่รังสีของร่างกายและแปลงเป็นศักย์ไฟฟ้าที่เทียบเท่ากัน

เซ็นเซอร์สองประเภทที่สามารถใช้เพื่อจุดประสงค์นี้คือเซ็นเซอร์เทอร์โมไพล์และเซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริก

แม้ว่าร่างกายทั้งสองจะดูเหมือนกัน แต่ก็มีหลักการทำงานที่แตกต่างกันมาก

เทอร์โมคัปเปิลทำงานร่วมกับหลักการพื้นฐานของเทอร์โมคัปเปิลและสร้างศักย์ไฟฟ้าตามสัดส่วนความแตกต่างของอุณหภูมิในจุดเชื่อมต่อของเทอร์โมคัปเปิล

เซ็นเซอร์ไพโรอิเล็กทริกซึ่งโดยปกติจะใช้ในเซ็นเซอร์ PIR ทำงานโดยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของร่างกายเมื่อร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมข้ามมุมมองของเซ็นเซอร์ การเปลี่ยนแปลงของระดับอุณหภูมินี้จะถูกแปลงเป็นปริมาณศักย์ไฟฟ้าตามสัดส่วนที่เอาท์พุท

เทอร์โมไพล์เป็นอุปกรณ์เชิงเส้นนั้นง่ายกว่ามากในการกำหนดค่าและนำไปใช้กับแอพพลิเคชั่นสแกนความร้อนทุกรูปแบบ

อ้างอิง: