[发明专利]一种新型远距离红外测温传感器装置

说明书

本发明涉及红外测温技术领域，具体公开了一种新型远距离红外测温传感器装置，包括红外光透镜和设置在所述红外光透镜一侧的传感元件，还包括光阑，所述光阑包括内光阑和/或外光阑，所述内光阑设置在所述红外光透镜和所述传感元件之间，所述外光阑设置在所述红外光透镜远离所述传感元件的一侧，所述传感元件包括位于中间的有效传感区域和位于所述有效传感区域周边的边框区域。本发明提供的新型远距离红外测温传感器装置，可以限制传感元件边缘部分受辐射的影响，进一步提高信号的信噪比，同时更准确地反映被测量物体的真实温度。

技术领域

本发明涉及红外测温技术领域，更具体地，涉及一种新型提高精度远距离红外测温传感器装置。

背景技术

目前常用的普通红外测温器的有效准确测温距离大致在5厘米以内，这个限制来自于两个部分，一是目前采用的传感元件，如MEMs红外传感器的灵敏度，二是传感器本身的设计，如目前常用的人体温度测量的TO-46红外测温传感器封装，其接受辐射的角度大致有90度，离测量目标距离变大，接受的目标面积也会增大，超出目标大小，测量就不再准确。为了达到测量的准确并信号的信噪比稳定，就必须解决这两个问题。

这两个问题的解决不是一个简单的提高传感元件的灵敏度，或改变传感器封装方式来限制辐射接受角度那么简单，还要涉及对传感元件信号输出、封装及材料的理解来综合设计以提高传感器的信噪比，达到实用的效果。红外测温的基本物理理论基于黑体辐射理论，普朗克公式(Plack’s Law)准确描述了物体辐射与物体温度的关系，普朗克(MaxPlanck)是量子理论的开创者之一，此公式获得了1918年的Nobel奖。由普朗克公式对波长积分可以推导出Stefan-Boltzmann公式，建立了物体辐射能量与物体温度的关系。由此，我们测量辐射能量就可以间接获得物体的温度信息。

红外测温传感元件，如目前最常用的基于半导体MEMs技术的热电偶，接受微弱的辐射而产生一个微小电势输出，这个电势正比与接受的辐射能量减去自身的辐射能量。这是传感元件的工作原理。从这个来说，测温传感信号不仅取决于被测物体的温度，也取决于传感元件本身的温度。这里假设了被测物体的温度是均匀的，如不均匀，测量获得的结果是测量范围内被测物体的积分平均温度。

为实现准确测量，采用了封装技术，把传感元件密封在一个温度一致的环境内，实现传感元件本身的温度精确测量，同时限制传感元件接受辐射的角度来实现对有限范围内物体的温度测量。但随着被测物体的距离变远，我们就要把这个接受辐射的角度限制到更小，来测量同样大小物体的温度，同时这个距离变远造成了接受的辐射以距离平方反比关系的辐射减弱。这对测量元件的灵敏度和信噪比提出了更严的要求。为解决这两个问题常规的设计是采用光透镜的方式来达成两大目的，即实现角度的控制，同时提高了辐射接受角度来提高传感元件接受更多的能量。国际市场上已经有这种设计的红外测温传感器，有不同的接受角度控制来实现不同的应用需求。

如图1所示，描述了常规的红外测温传感器的设计，一个红外透明材料制作的红外光透镜(1)会聚入射的红外辐射，聚焦到红外辐射传感元件(2)上，主入射光(ChiefRay)，在图1中水平入射的光线，聚焦到传感元件(2)的中间，倾斜入射的光会聚点将会偏离中心，随入射角度的增大而逐步远离中心，最后将离开传感元件的有效传感区域(3)之外，会聚到传感元件(2)的边框区域(4)。

这个设计理论上是一个直观的设计，但这个设计忽略了MEMs传感元件本身的一个具体问题，有限角度内的辐射到达了传感元件接受面上，但限制角度外的辐射也会到达传感元件的边侧或封装上来直接或间接加热传感元件，这个边侧和封装设计决定了传感元件本身基准温度，受辐射会造成测量信号的下降以及噪声的提高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述弊端，本发明提供了一种新型远距离红外测温传感器装置，可以限制传感元件边缘部分受辐射的影响，进一步提高信号的信噪比，同时更准确地反映被测量物体的真实温度。