红外温度传感器(BM43系列)应用指南

红外温度传感器（BM43系列）应用指南

Application Note for BM43 series

编号BM-SOP-T023 版本V1.0 发布日期2016.8.20 生效日期2016.8.20

1 目的

为更好的解答客户在BM43系列产品在设计和应用中遇到的问题，将之前客户反馈的问题整理解答，以便参照。

2 范围

适用于本公司红外温度传感器系列产品（BM43THA/BM43THD/BM43TNA/BM43TND）以及以BM43系列产品为主要测温单元生产的各种可穿戴式/手持式测温仪器的应用。

3 主要问题及应用指南

3.1. 基本使用

3.1.1 如何使用BM43系列产品测量人体温度

正常人体体温不是一个具体的温度点，而是一个温度范围。机体深部的体温较为恒定和均匀，称深部体温；而体表的温度受多种因素影响，变化和差异较大，称表层温度。临床上所指的体温是指平均深部温度。一般以口腔、直肠和腋窝的体温为代表，其中直肠体温最接近深部体温。正常值：口腔舌下温度为37℃（范围36.3－37.2℃），直肠温度37.5℃（比口腔温度高（0.3-0.5℃），腋下温度为36.5℃（范围

36.0℃-37.0℃）。

使用BM43系列产品测量人体体温时，额温枪建议测量位置为人体额头太阳穴动脉附近，这里的动脉血所辐射出的温度接近人体核心温度；耳温枪建议测量位置为耳道内部，枪头越深入越好，但不要造成不舒服，测儿童时最好将耳朵轻往后上方拉（将耳道拉直）。

3.1.2 穿戴设备戴在手腕上监测手腕皮肤温度的作用

穿戴设备戴在手腕上监测手腕皮肤温度不能代表人体核心温度，原因一：手腕皮肤表面的温度在医学上不能代表人体核心温度，四肢不是医学上认可的测温点；二，通过大数据分析，手腕的温度变化受外界环境影响较大，长时间监测显示温度为非线性变化。

但该测量温度可以作为一项生命体征数据，长时间监控体表温度的变化，超出设定温度的阈值则发出提醒信号。

3.1.3 如果靠近皮肤，每5s检测一次，连续24小时,会不会有问题？时间长了会不会因信号累计出现不准？如果放在腋下长时间使用有没问题？需要注意什么问题？

如果突然从低温发热源（冰）靠近高温发热源（火），会对传感器增加一个突发热源(骤热) ，会短时间内造成传感器热休克。这种情况与耳温枪类似，耳温枪的解决办法是在传感器外加上金属热阻，以缓冲热休克现象对测温造成不准的影响；另外一种方法是软件上指令ASIC忽略最开始的50-100个数据(大概

10s-30s左右)。我们由于是长时间测温，对初始的短时间内要求应该不大，传感器短时间内会从热休克状态中恢复过来，再利用传感器内置的NTC热敏电阻进行补偿来达到精确测温，这时不会有信号累计的问题出现。

如果放在腋下，即人体腋下给传感器加热，导致传感器管壳温度升高，传感器内的芯片实际上测到的热辐射有很大一部分来自人体腋下给管壳升温的温度，这样会对实际测温造成误差。但等到温度稳定后，传感器NTC热敏电阻通过热传导感知到了环境的真实温度，通过ASIC进行温度补偿，将芯片测到的信号进行环境温度补偿，修正到正确的温度值。所以最需要注意的问题是测温设备设计时如何防止热休克，以及初始等待时间。

这个问题和耳温枪非常相似，目前耳温枪方案商除了上述提到的2点解决办法，还有1种成本高一点的解决办法。即事先在传感器芯片或者仪器上供给一个加热块或者加热管，使得传感器环境温度保持恒温，可以消除环境温度对传感器的影响。

3.1.4 对于环境的适应性（抗干扰能力），如粉尘，天气变化，大雾，雨天，黑夜，白天等；

黑夜、白天不会对传感器造成影响。大雾、雨天和粉尘会对测温精度有一定影响，其原因是红外光在透过这些环境是会有一定的衰减，但是其衰减量不会很大，通常情况下，其实际测温精度不会受到太大影响，红外探头也有在消防大雾环境中应用的实例，一般粉尘影响>雨天≈大雾。

天气变化情况较为复杂，如果温度不是骤变，是环境温度冬暖夏凉、白天黑夜、屋内屋外这种温差缓变的情况下，传感器的测环境温度的电阻会做出补偿，后续电路也会计算这一个补偿再换算到实际测温数值上，这时天气变化或者环境温度改变不会对传感器造成影响。

另外一种情况是骤冷骤热，即火烤、放入冰箱、风扇对着吹、丢入水中、用手捂住发热、PCB板传感器附近有热源等，这种情况下，传感器会出现类似“热休克”的现象，即在没有达到热平衡是短时间内测温会出现不准确或者有漂移的情况，这种现象适用于所有热电堆传感器，并不是我司产品才会出现。其主要原因是采用TO金属管壳封装的传感器，当在上述骤变环境下使用时，会对TO管壁也进行剧烈热交换，管壁骤热或者骤冷，TO管壁也会产生温变下的红外辐射，被传感器接收，形成热噪声信号，其与实际被测物体透过滤波片的红外辐射叠加，使得传感器发生测温不准的情况。

所以，为了避免上述情况发生，通常TO封装的传感器是放置在具体产品外壳内使用的，以此来增加测温系统的热容，提高其对于“热休克”现象的抗性，如耳温枪和测温枪。当然如果应用场合能避免上述情况，也可以考虑直接使用。

3.1.5 手指接触到传感器导致测温数据达到60摄氏度

传感器的外壳采用特殊金属，对热具有高度传导性。如果将被测物（例如手指）接触传感器外壳，会造成传感器内部环境温度采集sensor采集到的环境温度过高，内部ASIC在计算中增益量的溢出，从而造成测量值的不准确。好比是麦克风对着喇叭，引起喇叭的啸叫是一个道理。所以测量任何物体都不能接触到传感器。

3.2 方案设计

3.2.1 BM43系列产品有效测温距离是多少

BM43系列传感器与菲涅尔透镜8360配套使用，可大大增强其探测距离，一般情况下探测人体表面温度，理想情况下其最大距离可达8-10m。

3.2.2 不同距离的温度测温精度

涅尔透镜8360与传感器配合使用，其距离系数比可达12：1，即探测12m外距离的物体，物体想象成圆形，只要该物体直径小于1m，其测温都是准确的。如果物体直径大于1m或者物体形状不规则导致物体有一部分不涵盖在测温的1m直径圆内，传感器接受到的红外信号有一部分会是物体后方的环境温度，从而导致温度偏低后者偏高(通常是偏低)。如果探测距离不到12m，则按12：1的比例缩小，所以说，探测距离越近，测量的准确性概率越高。一般情况下，只要是物体够大或者探测斑全覆盖，探测精度不会受到距离的影响。

对于测温枪而言，其探测精度一般为±1.5℃；而对于在内的传感器而言，如果消除菲涅尔透镜、安装管腔、后续电路设计的影响，最高探测精度为±0.1℃。

对于耳温枪而言，一般传感器与内耳的探测距离很近，所以一般不需要增加菲涅尔透镜即可直接使用，这时其探测精度大大提高，但是由于耳温枪探头外壳设计结构的不同，其测温精度也会不同，一般情况下，耳温枪的测温精度在±0.2℃-±0.3℃，而传感器探测精度依然可以达到±0.1℃。

3.2.3 不同距离的温度测量衰减度

只要传感器的探测斑或者说视场角全覆盖探测物体，其温度短距离内（0-10m）且不在恶劣环境下使用，基本不会随距离衰减，如果不是全覆盖探测物体，会有测量误差，但这应该属于测量方式不正确的范畴。

3.2.4 有没有热势能造成信号不准,衰减等问题?

除了热休克问题，没有其他会造成传感器测温不准的问题出现。

3.2.5 额温枪波导管的设置计算办法，光学系统能否提供支持？菲尼尔透镜能否提供供应商？

每家额温枪方案商的结构设计和光学设计可能不一样，但是总体思路类似：通常额温枪方案商会先考虑整个额温枪的结构，设计好结构后会将PCB板(带传感器和ASIC，ASIC集成在PCB板上)以及菲涅尔透镜组装在结构上，菲涅尔透镜一般价格较便宜，通过调节菲涅尔镜放置在波导管多个齿轮上的位置，来调试额温枪的视场角。调试完成后，额温枪方案商会进行标定（恒温水槽或者黑体），将标定得到的数据写入ASIC与我们给出的传感器Table表进行对比修正，最终得到额温枪产品。

菲涅尔透镜厂商有很多，以下供参考：

/feinieertoujing.html

/index.php/list-9.html

3.2.6 客户在做结构时有的是使用弹片顶压的方式连接芯片引脚，希望加大BM43TND的pin脚面积，便于弹片进行接触

可以加大pin脚面积，已经排上公司研发产品部门的计划，后续会推出。

3.2.7 BM43TND ESD为+-4000V，手机普遍要求+-8000~12000V，是否需要加ESD保护器件？

建议在系统外围添加ESD器件。

3.2.8 若客户对产品要做全防水处理，结构如何设计.