1、. .附件交通大學(xué)第五屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽工程說明參賽題目研究溫度傳感的物理特性，并據(jù)此制作非接觸式體溫計_參賽學(xué)院 _電信學(xué)院_組隊負(fù)責(zé)人_交通大學(xué)教務(wù)處制2021年5月研究溫度傳感的物理特性，并據(jù)此制作一非接觸式體溫計題目序號二排序*學(xué)號學(xué)院專業(yè)手機(jī)1負(fù)責(zé)人電信通信2電信自動化3電信電子設(shè)計原理與方法：1、 傳感器工作原理TS1183無接觸測量的原理是:所有的物體都會向外發(fā)射紅外線,而發(fā)射功率正比于物體的外表溫度。那么準(zhǔn)確測量物體的紅外線發(fā)射功率就能確定物體的外表溫度。TS118-3應(yīng)用微構(gòu)造薄膜技術(shù)在硅底板上集成了許多個基于熱電效應(yīng)的熱電偶。熱電偶的熱端和冷端之間用隔熱的SiNx隔膜隔開

2、,熱端的吸收區(qū)把引入的紅外線轉(zhuǎn)換成熱量,而熱電偶把熱量成比例地轉(zhuǎn)換成電壓輸出。TS11821采用TO18封裝,在距離人體5cm范圍內(nèi)紅外線吸收效率接近100% ,也就是說有效測量距離為5cm。在TS118-3內(nèi)還集成了一個熱敏電阻,用于測量環(huán)境溫度。2、電路圖3、系統(tǒng)工作流程圖TS118-3采集目標(biāo)溫度，輸出微弱電壓差運(yùn)放 第一級放大低通濾波器濾除8KHZ的噪聲運(yùn)放第二級放大單片機(jī)AD采樣、 校準(zhǔn) 、LCD顯示測量內(nèi)容：1、熱源距傳感器的距離與傳感器輸出電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器：紙杯、溫度計、溫度傳感器，直尺，5位半臺式萬用表實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 在紙杯中注入適宜溫度的熱水，記錄室溫和水溫，用臺

3、式萬用表測量傳感器電壓（2） 傳感器距紙杯2.5mm待示數(shù)穩(wěn)定，記錄萬用表的示數(shù)（3） 以2.5mm為間隔重復(fù)步驟2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：d/mm2.557.51012.51517.520u/mv0.530.430.350.320.30.280.250.2422.52527.53032.53537.54042.50.220.220.20.180.180.170.150.140.12結(jié)論：在室溫，熱源溫度一定的條件下，傳感器的輸出電壓隨熱源距傳感器的距離的增加而減小。2、 熱源溫度與傳感器輸出電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器：紙杯、溫度計、溫度傳感器，直尺，5位半臺式萬用表實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 在紙杯中注入適宜溫度的

4、熱水，記錄室溫和水溫，用臺式萬用表測量傳感器電壓（2） 保持傳感器距紙杯的距離不變，沒當(dāng)水溫下降一定的溫度，記錄此時的水溫和臺式萬用表的示數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：t/403937.837.23635.835.535.134.8u/mv0.20.180.170.150.140.10.080.070.053、 熱源與傳感器夾角與傳感器輸出電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器：紙杯、溫度計、溫度傳感器，直尺，5位半臺式萬用表實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 在紙杯中注入適宜溫度的熱水，記錄室溫和水溫，用臺式萬用表測量傳感器電壓（2） 保持熱源距傳感器的距離不變，以傳感器為中心的半圓移動，每隔15度記錄臺式萬用表的示數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：目標(biāo)位紙杯a/

5、76;90105120135150165180u/mv0.230.220.180.110.05-0.02-0.04目標(biāo)為手指a/°90105120135150165180u/mv0.10.070.050.030.02-0.02-0.034、 傳感器集成熱敏電阻與環(huán)境溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理：采用加熱片、半導(dǎo)體制冷片、鐵箱子，制作一個簡單的溫度控制器，產(chǎn)生一個恒定的溫度，變化的模擬環(huán)境溫度。恒溫箱每改變5，測量一組兩個不同的目標(biāo)溫度，記錄輸出電壓和電阻值得大小，環(huán)境溫度測量范圍-550。實(shí)驗(yàn)步驟：1由于恒溫箱的溫度控制范圍為1550，先從15開場測量，當(dāng)溫度上升到15時開場注意，電壓表

6、的數(shù)值變化，當(dāng)溫度從最大值開場有下降趨勢時記錄數(shù)據(jù)，先記電阻值，再記錄23和35.8下輸出的電壓值。2溫度每升高5，重復(fù)1過程測量一組數(shù)據(jù)，直到升高到50。3翻開恒溫箱，將溫度傳感器緊貼與制冷片上，每下降5測量一組數(shù)據(jù)包括兩組電壓值，一組電阻值。4溫度下降到0時，要在制冷片上滴上數(shù)滴水，提高降溫能力。此后下降到-5攝氏度測量最后一組數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：目標(biāo)為空氣溫度-505101520電阻103910571078109711141134電壓uV75063058045031090253035404550115211731186120412221251-60-190-350-480-590-7105、

7、傳感器輸出電壓與環(huán)境溫度關(guān)系目標(biāo)為人體手心溫度-505101520電阻103910571078109711141134電壓uV12801140990820660500253035404550115211731186120412221251-60-190-350-480-590-7105、 補(bǔ)償經(jīng)過以上的測量可以得出結(jié)論，在進(jìn)展測量時體溫的輸出電壓與熱源目標(biāo)的距離，和環(huán)境溫度有關(guān)，因此需要進(jìn)展環(huán)境溫度、距離補(bǔ)償。一補(bǔ)償根本步驟：1距離一定時測量一恒溫物體，采用恒溫箱改變傳感器所處的環(huán)境溫度，得出紅外傳感器輸出電壓AD值與環(huán)境溫度之間的關(guān)系； 2測量一恒溫物體，改變測量距離，得出紅外傳感器輸出電壓

8、AD值與目標(biāo)距離AD之間的關(guān)系；(3) 距離一定時測量一變溫物體的實(shí)際溫度與紅外傳感器輸出電壓AD值的關(guān)系； 4由以上可以得到三個關(guān)系式，找到三個函數(shù)之間的偏差關(guān)系，采用偏差補(bǔ)償法找出關(guān)系三輸入一輸出的函數(shù)關(guān)系。二距離補(bǔ)償校準(zhǔn)原理圖(三、)環(huán)境溫度補(bǔ)償測量數(shù)據(jù)環(huán)境溫度8.819.6210.1811.2511.6812.0613.06目標(biāo)溫度AD值1375137813731352134913501333室溫22.28時的AD差值269272267246243244227環(huán)境溫度13.5614.3114.8115.4316.0617.1818.37目標(biāo)溫度AD值132313011290128312

9、6612491223室溫22.28時的AD差值217195184177160143117環(huán)境溫度18.8120.5621.1821.5622.1823.0624.37目標(biāo)溫度AD值1209116711541144113411061072室溫22.28時的AD差值103614838280-34環(huán)境溫度25.1825.5625.9326.8128.1828.528.87目標(biāo)溫度AD值1055104310361013975967951室溫22.28時的AD差值-51-63-70-93-131-139-155環(huán)境溫度29.8130.1230.530.8131.5632.4333目標(biāo)溫度AD值92391

10、9911894876851832室溫22.28時的AD差值-183-187-195-212-230-255-274環(huán)境溫度33.4333.7534.063535.6836.1236.43目標(biāo)溫度AD值814809801771745726717室溫22.28時的AD差值-292-297-305-335-361-380-389環(huán)境溫度36.8737.1837.4337.6837.8738.43目標(biāo)溫度AD值702699687679674658室溫22.28時的AD差值-404-407-419-427-432-448四環(huán)境溫度補(bǔ)償原理圖及計算公式五距離補(bǔ)償測量數(shù)據(jù)與熱源距離一定8cm、熱源溫度變化溫

11、度43424140393837目標(biāo)溫度AD值108810631033.310281005.3951.7956.6距離AD值199719951973.219812021.419961996溫度36353433323130目標(biāo)溫度AD值913906.7896.92892.8888.83877878.8距離AD值1973.519731973.519741970.419521973熱源溫度34固定、與熱源距離變化熱源AD值828834831840842841854距離AD值1296134314121505160416741812熱源AD值855862871875883889899距離AD值190420

12、4322452520292232903621熱源溫度一定，改變距離時溫度測量AD與距離AD之間關(guān)系圖改變目標(biāo)溫度41.340.13938.236.435.8輸出溫度AD與標(biāo)準(zhǔn)溫度AD差值1601.51553121811931082.5944.8溫度平均AD值3337.932892954.429292818.92681改變目標(biāo)溫度35343332.131.230輸出溫度AD與標(biāo)準(zhǔn)溫度AD差值848.143811.9781.24703.9502.74224.6溫度平均AD值2584.525482517.624402239.11961六距離補(bǔ)償校準(zhǔn)圖七M(jìn)ATLAB 仿真測試函數(shù)：x1 =溫度傳感器與熱源目標(biāo)距離;ad =被測溫度;x3=環(huán)境溫度;enver_temp = 351.877106- 2.9397*x3 - 0.64174*x32 + 0.1*x33;ad=ad - enver_temp;y1 =715.61 + 0. * x1 - 0.162 * x12 + 3.63774*10-9 * x13; x2 =ad-y1;