医用红外测温仪及其关键技术研究

发布时间：2020-07-27 14:54

【摘要】：体温是人体基本生命体征之一,是能够反映人体健康状况的重要指标。体温测量的准确性直接影响到疾病的诊断以及病情的观察和治疗方案的制定,这就要求测温仪器要具有较高的测量精度。传统的水银体温计和电子温度计虽然精度较高,但却不能满足快速测量的要求,且这种接触式测量具有交叉感染的危险。近年来,红外测温仪由于非接触、测量时间短、灵敏度高等特点得到了广泛使用。目前常见的红外测温仪有红外耳温计,红外额温计,红外热像仪等。红外耳温计使用时需要将传感器对准鼓膜,如果操作不当测出的温度就会不准确;红外额温计受环境温度和距离影响,目前精度不够高;红外热像仪测温虽具有较高的精度,但其价格昂贵。针对这一现状,本文设计了一款基于BP神经网络距离补偿的医用红外测温仪,将成本控制在一定水平的情况下,提高其测量精度。本文首先进行了医用红外测温仪总体方案的设计,主要包括硬件电路的设计与软件程序的设计。硬件部分:根据各子模块需要实现的功能,完成相关器件的选型,并对其相关接口电路及外围电路进行设计。通过对几种红外温度传感器进行比较,选择了信号处理电路比较容易、稳定性好、成本比较低的热电堆式红外温度传感器。软件部分:编写程序实现MLX90614测量红外温度、DS18B20测量环境温度,HC-SR04测量距离,LCD实时显示等功能。其次,对医用红外测温仪基于BP神经网络的温度补偿算法等关键技术进行了详细的研究。通过对几种温度补偿算法的比较,选择容错性强,泛化能力强的BP神经网络算法进行测量距离和环境温度补偿,并通过实验数据验证了基于BP神经网络算法的补偿结果的正确性,误差为±0.1~o C左右。有效降低了环境温度、距离等因素对测温精度影响。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77;TP212
【图文】：

黑体,能量,波长,定律

霍夫定律是一个极其普遍的定律，从中可以看出物体的吸收率愈大，则也愈大，即好的吸收体必是好的发射体[18]。朗克定律0 年，德国物理学家普朗克提出普朗克公式（2-2）。揭示了黑体辐射能的定量关系：( )2105,1CTCM Teλλλ= （ ( )0M λ ,T为黑体辐射能量，1C 为第一辐射常数，6 211C3.7415 10 W m = × 射常数22C1.4388 10 = × μm·K。

红外测温仪,组成框图,原理,红外测温系统

对于大气通常可认为 1a aε = α = τ，则式（3-1）可变为：( ) ( ) ( )o, 1 1obj o sur atmM λ T = ε τ M + τ ε M + τM（3-2）由式（2-4）和式（3-2）得：( ) ( )4 4 4 4o1 1o o u aσ T = σε τ T + στ ε T + σ τT（3-3）其中oT 是人体的实际温度，T 是红外测温系统测量得到的温度，uT 是测量时背景的环境温度，aT 是测量时背景的大气温度，则人体温度为：( ) ( )144 4 4oo11 1o u aT T τ ε T τTε τ = （3-4）3.3 医用红外测温仪总体设计方案

内部结构,触发器,单总线接口,循环冗余校验

图 4.6 DS18B20 封装图 4.6 中各引脚分别为：GND：公共地端；VDD：电源端；DQ：数字信号输入端。DS18B20 的内部结构图如图 4.7 所示，DS18B20 主要由寄生电源电路、64OM 和单总线接口、高温报警触发器 TH、低温报警触发器 TL、高速缓存、温度元件、配置寄存器、8 位循环冗余校验寄存器等部分组成。

【参考文献】