MEMS热电堆红外传感器

图1：热电堆红外传感器

目前市场上额温计主要使用的传感器为热电堆红外传感器，其原理是塞贝克效应。当外界红外辐射照射到探测器的吸收区，吸收区吸收红外辐射并将其转换成热能，在热结区和冷结区就会产生一个温度梯度。通过热电偶材料的塞贝克效应就可以将温度梯度转换成电压信号输出。

图2：热电堆输出V-T特性（）

由于在额温枪等应用中需在环境温度全温区实现医用级0.01°C精度，查找表较大，通常在MCU中实现。图2中可看出热电堆红外传感器灵敏度大约为0.1mV/°C，在非接触式测量人体温度应用中，传感器实际输出电信号变化量非常小，要实现医用级0.01°C精度，势必需要高精度、高分辨率、低噪声的运放+ADC。由纳芯微出品NSA2300系列芯片，集成了1~128倍可编程高精度运放、以及24bit高分辨率ADC，且实现了静态超低功耗100nA@25°C。经过简单的配置，便可获取热电堆、以及NTC数字输出。以下为大家详细介绍其外围电路、读数流程。

图3：NSA2300内部结构示意图


图4：热电堆红外传感器测量电路图

• NSA2300供电电压：8~5.5V。
• R1=100K、R2=120K热电堆红外传感器提供合理的偏执电压。
• R3与NTC行程分压进行测量，阻值可根据NCT电阻常温阻值进行选配，为提高环境温度测量精度建议选用1%精度。
• VEXT可提供8V。

另为大家提供一种使用NSA2300内部温度传感器作为冷端参考电路：

图5：热电堆红外传感器测量电路图（使用IC内部温度传感器）

读数据流程 

上电寄存器初始配置 

》》》》》》》》》》》》2300 默认地址DA》》》》》》》》》》》》》》》

• 0xA5：0x12配置VEXT电压为8V。单次采样
• 0xA6：推荐写入0x39，在此配置下等效输入温度噪声为003°C。
  1. <bit2~bit0>：“001b”OSR=2048，配置热电偶红外传感器通道过采率。
  2. <bit5~bit3>：“110b”Gain=64X，配置热电偶红外传感器通道过运放增益。
• 0xA7：推荐写入0x81。
  1. <bit2~bit0>：“001b”OSR=2048，配置TEMP通道过采率。
  2. <bit5~bit3>：“000b”Gain=1X，配置TEMP通道过运放增益。
  3. <bit7~bit6>：“10b” (外部TEMP模式)。
• 0xA8：写入0x08。T_offset
• 0xAB：写入0x04。
• 0xB3：写入0x08。

注：

1、具体寄存器配置请查看NSA2300数据手册

启动采样

读外部温度信号：0x30：写入0x08 （启动芯片ADC开始采样）。

• 读取0x02寄存器，待 DRDY置1（ADC采样完成）。
• 读取0x06~0x08寄存器：获取热电堆红外传感器通道24位AD值。

数据格式：Data =0x08，Data=0x07，Data=0x08

读热电堆信号： 0x30：写入0x0 （启动芯片ADC开始采样）。

读取0x06~0x08寄存器，获取NTC通道16位AD值。

数据格式：Data=0x09，Data=0x0A

外部温度计算公式Temp_ADC=Temp_V/VEXT*2^15

 假设耳温枪的实际工作环境温度为 0~40 C