抗电磁干扰的红外体温计和红外体温计用抗电磁干扰电路的制作方法

1.本实用新型涉及红外光辐射温度测定技术领域，尤其涉及抗电磁干扰的红外体温计和红外体温计用抗电磁干扰电路。


背景技术：

2.红外体温计包括外壳、热电堆传感器、pcb线路板、lcd显示屏、蜂鸣器、按键和电池组成，红外体温计的红外测温原理：通过热电堆传感器测温，热电堆红外传感器测温的核心部分为热电堆（thermopile,简称tp）和热敏电阻（thermistor，简称tm），热电堆的红外热敏材料吸收到红外线后产生热量使自身升温，热电偶由两端的温差产生电压，大量的热电偶电压串联产生电压输出，热电堆传感器与ic芯片通过电缆连接，ic芯片中内置运算放大器、a/d数模转换器和mcu，热电堆传感器输出的电压信号经运算放大器放大和a/d数模转换转化为数字信号后，输入mcu，通过计算得到目标物温度与环境温度的温度差dt；热敏电阻测量传感器封装的温度，即冷触点的温度，mcu对热敏电阻的阻值进行采集，通过查找温度
‑
电阻表的方法将环境温度 tamb确定；目标温度即为通过一定的算法的dt与tamb加权之和。然而，在电磁环境中工作的红外体温计，由于红外体温计中的电缆或其它长尺寸导体都会成为接受电磁场的天线，这些电缆或长尺寸导体端口会感应出共模电压，同时电缆或长尺寸导体上会感应出共模电流，导致红外体温计受到电磁干扰而影响它的正常功能。传统的热电堆红外传感器的热电堆和热敏电阻采用负极短接的接线方式，在电磁环境中会受到共模的干扰，红外体温计无法正常工作，现有技术中人们通过通体刷导电漆、在电路上加过多的滤波器件或者在传感器引脚加一些如磁环等不适合大批量生产的操作来通过emc
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rs测试。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术中存在的以上问题，旨在克服现有技术的不足，设计一种能够抗电磁干扰的红外体温计、以及红外体温计用抗电磁干扰电路。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种抗电磁干扰的红外体温计，包括外壳、pcb线路板和热电堆传感器，所述热电堆传感器与所述pcb线路板电连接，所述热电堆传感器包括热电堆、热敏电阻和电压信号输出接口，所述电压信号输出接口包括四个引脚，分别连接所述热电堆的正极、所述热电堆的负极、所述热敏电阻的正极、以及所述热敏电阻的负极，所述pcb线路板上设有ic芯片，所述ic芯片包括四个电压信号输入引脚，所述四个电压信号输入引脚为第一输入引脚、第二输入引脚、第三输入引脚和第四输入引脚，所述pcb线路板上还设有第一共模电感和第二共模电感，所述第一共模电感的两个线圈输入端分别与所述热电堆的正极和热电堆的负极通过信号线连接，所述第二共模电感的两个线圈输入端分别与所述热敏电阻的正极和热敏电阻的负极通过信号线连接，所述第一共模电感的两个线圈输出端分别与所述第一输入引脚和第二输入引脚连接，所述第二共模电感的两个线圈输出端分别与所述第三输入引脚和第四输入引脚连接，所述第一共模电感的两个线圈输出端的信号差分输入所述第一输入引脚和
第二输入引脚。
6.在本实用新型的一实施方案中，所述pcb线路板上还设有抗电磁干扰电路，所述热电堆输出的电压信号经所述第一共模电感滤波处理、以及所述热敏电阻输出的电压信号经所述第二共模电感滤波处理后分别输入所述抗电磁干扰电路，所述抗电磁干扰电路将收到的所述热电堆的正极和热电堆的负极的电压信号再滤波处理后差分输入所述第一输入引脚和第二输入引脚。
7.在本实用新型的一实施方案中，所述抗电磁干扰电路包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻的两端分别连接所述第一共模电感的其中一个线圈输出端与所述第一输入引脚，所述第一共模电感处理后的所述热电堆的正极的电压信号通过所述第一限流电阻输入所述第一输入引脚；所述第二限流电阻的两端分别连接所述第一共模电感的另一个线圈输出端和所述第二输入引脚，所述第一共模电感处理后的所述热电堆的负极的电压信号通过所述第二限流电阻输入所述第二输入引脚，所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的阻值大小相同。
8.在本实用新型的一实施方案中，所述抗电磁干扰电路还包括第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容的两端分别连接所述第一输入引脚和第二输入引脚，所述第二滤波电容的两端分别连接所述第三输入引脚和第四输入引脚。
9.在本实用新型的一实施方案中，所述抗电磁干扰电路还包括第三滤波电容和所述热敏电阻的参考电阻，所述第三滤波电容的两端分别连接所述第二输入引脚和第三输入引脚，所述参考电阻的两端分别连接所述第二输入引脚和第三输入引脚，所述参考电阻与所述热电堆传感器的热敏电阻的阻值相同。
10.在本实用新型的一实施方案中，所述pcb线路板包括顶层、中间层上层、中间层下层和底层，所述顶层用于放置电路元件和所述ic芯片，所述顶层采用地信号铺铜处理，所述中间层上层整体采用地信号铺铜处理，所述中间层下层用于放置敏感信号线，所述中间层下层采用地信号铺铜处理，所述底层用于放置lcd显示屏和按键开关，所述底层整体为地信号铺铜处理。
11.本实用新型还提供一种红外体温计用抗电磁干扰电路，用于连接热外部的电堆传感器和外部的ic芯片，所述热电堆传感器包括热电堆、热敏电阻和电压信号输出接口，所述电压信号输出接口具有四个引脚，分别连接所述热电堆的正极、所述热电堆的负极、所述热敏电阻的正极、以及所述热敏电阻的负极，所述ic芯片具有四个电压信号输入引脚，所述四个电压信号输入引脚为第一输入引脚、第二输入引脚、第三输入引脚和第四输入引脚，所述抗电磁干扰电路包括第一共模电感，所述第一共模电感的两个线圈输入端分别与所述热电堆的正极和热电堆的负极通过信号线连接，所述第一共模电感的两个线圈输出端分别与所述第一输入引脚和第二输入引脚连接，经所述第一共模电感滤波处理后的所述热电堆的正极和热电堆的负极电压信号差分输入所述ic芯片的第一输入引脚和第二输入引脚；所述热敏电阻的正极和热敏电阻的负极输出的电压信号输入所述第三输入引脚和第四输入引脚。
12.在本实用新型的一实施方案中，所述抗电磁干扰电路还包括第二共模电感，所述第二共模电感的两个线圈输入端分别与所述热敏电阻的正极和热敏电阻的负极通过信号线连接，所述第二共模电感的两个线圈输出端分别与所述第三输入引脚和第四输入引脚连接；所述热敏电阻的正极、热敏电阻的负极输出的电压信号经所述第二共模电感滤波处理
后输入所述第三输入引脚和第四输入引脚。
13.在本实用新型的一实施方案中，所述抗电磁干扰电路还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一限流电阻的两端分别连接所述第一共模电感的其中一个线圈输出端与所述第一输入引脚，所述第二限流电阻的两端分别连接所述第一共模电感的另一个线圈输出端和所述第二输入引脚，所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的阻值大小相同。
14.在本实用新型的一实施方案中，所述红外体温计用抗电磁干扰电路还包括第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容和所述热敏电阻的参考电阻，所述第一滤波电容的两端分别连接所述第一输入引脚和第二输入引脚，所述第二滤波电容的两端分别连接所述第三输入引脚和第四输入引脚,所述第三滤波电容的两端分别连接所述第二输入引脚和第三输入引脚，所述参考电阻的两端分别连接所述第二输入引脚和第三输入引脚，所述参考电阻与所述热电堆传感器的热敏电阻的阻值相同。
15.有益效果：本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计由于将热电堆传感器输出的电压信号经第一共模电感和第二共模电感滤除共模电磁干扰，并差分输入ic芯片，使其基本不受共模电磁的干扰，在恶劣的电磁环境中仍能够保持功能正常。
附图说明
16.图1是本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例的结构示意图；
17.图2是本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例的热电堆传感器的信号输出接口电路示意图；
18.图3是本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例的ic芯片的电路图；
19.图4是本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例的第一共模电感和第二共模电感的电路示意图；
20.图5是本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例的测温电路图；
21.图6是本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例的pcb线路板的结构示意图；
22.图7是本实用新型提供的一实施例的红外体温计用抗电磁干扰电路图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造型劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.请参阅图1，本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的一实施例中，该红外体温计包括外壳10、pcb线路板30、热电堆传感器20、按键50和lcd显示屏40，热电堆传感器20、按键50和lcd显示屏40分别与pcb线路板30电连接。
26.其中，热电堆传感器20包括热电堆（图未示）、热敏电阻（图未示）和电压信号输出
接口（如图2所示），电压信号输出接口j1具有四个引脚，四个引脚分别连接热电堆的正极tp+’、热电堆的负极tp
‑’
、热敏电阻的正极tm+’、以及热敏电阻的负极tm
‑’
。
27.其中，pcb线路板30上设有ic芯片31，ic芯片31的型号为sd8005b。请结合图1、图2和图3，ic芯片31包括四个电压信号输入引脚，四个电压信号输入引脚为第一输入引脚ai1、第二输入引脚ai0、第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3。热电堆传感器20输出的电压信号从热电堆的正极tp+’、热电堆的负极tp
‑’
、热敏电阻的正极tm+’和热敏电阻的负极tm
‑’
输出，通过四条信号线（如电缆线）60分别对应输入第一输入引脚ai1、第二输入引脚ai0、第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3。热电堆传感器20将采集到的温度信号转化为电压信号传输至ic芯片31处理，由于连接热电堆传感器20和ic芯片31的信号线60较长，在电磁环境中会感应出共模电流和共模电压，影响传输的电压信号，以致影响红外体温计的正常功能。因此，本实用新型提供一种在恶劣的电磁环境中仍然能够正常实用的抗电磁干扰的红外体温计，首先，本实施例提供的抗电磁干扰的红外体温计在pcb线路板上设有第一共模电感32和第二共模电感33。图4所示为第一共模电感32和第二共模电感33的电路图，请结合图1和图4，第一共模电感l1的两个线圈输入端分别与热电堆的正极tp+’和热电堆的负极tp
‑’
通过信号线60连接，第二共模电感l2的两个线圈输入端分别与热敏电阻的正极tm+’和热敏电阻的负极tm
‑’
通过信号线60连接，第一共模电感l1的两个线圈输出端分别与ic芯片的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0连接，第二共模电感l2的两个线圈输出端分别与ic芯片的第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3连接，第一共模电感l1的两个线圈输出端输出的是处理后的热电堆的正极tp+和处理后的热电堆的负极tp
‑
的电压信号，第二共模电感l2的两个线圈输出端输出的是处理后的热敏电阻的正极tm+和热敏电阻的负极tm
‑
的电压信号。第一共模电感l1和第二共模电感l2起到滤除信号线60上共模电磁干扰的作用。第一共模电感l1的两个线圈输出端输出的处理后的热电堆的正极tp+和热电堆的负极tp
‑
的电压信号差分输入ic芯片31的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0。差分输入的电压信号抗干扰能力强，大大提高了抗共模干扰的能力。原理：电压信号差分输入区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分输入在两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反，在这两根线上的传输的信号就是差分信号。差分信号抗干扰能力强，干扰噪声会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即噪声对信号的逻辑意义不产生影响。
28.请参阅图5，pcb线路板30上还设有抗电磁干扰电路，第一共模电感l1和第二共模电感l2输出的处理后的热电堆的正极tp+、热电堆的负极tp
‑
、热敏电阻的正极tm+和热敏电阻的负极tm
‑
的电压信号，分别输入该抗电磁干扰电路，抗电磁干扰电路将处理后的热电堆的正极tp+和热电堆的负极tp
‑
的电压信号差分输入ic芯片31的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0。
29.具体地，抗电磁干扰电路包括第一限流电阻rt2和第二限流电阻rt1，第一限流电阻rt2的两端分别连接第一共模电感l1的其中一个线圈输出端与ic芯片的第一输入引脚ai1，即处理后的热电堆的正极tp+电压信号通过第一限流电阻rt2输入ic芯片的第一输入引脚ai1；第二限流电阻rt1的两端分别连接第一共模电感l1的另一个线圈输出端和ic芯片的第二输入引脚ai0，即处理后的热电堆的负极tp
‑
的电压信号通过第二限流电阻rt1输入ic芯片的第二输入引脚ai0，第一限流电阻rt2和第二限流电阻rt1的阻值大小相同。第一限流电阻rt2和第二限流电阻rt1的作用是防止静电直接对ic芯片的干扰。
30.需要说明的是，引脚acm 为外部电路提供基准，也作为asp模块即模拟信号处理单元的模拟地。本实施例中，引脚acm与第二输入引脚ai0连接在一起，作为adc的参考地。
31.进一步地，抗电磁干扰电路还包括第一滤波电容c6和第二滤波电容c8，第一滤波电容c6的两端分别连接ic芯片的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0，第二滤波电容c8的两端分别连接ic芯片的第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3。第一滤波电容c6加在第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0输入的差分信号之间，可以有效滤除因不同长度的信号线引起的差模干扰。经第二共模电感l2处理后的热敏电阻的正极tm+和热敏电阻的负极信号tm
‑
电压信号分别直接输入到ic芯片的ic芯片的第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3，其中第四输入引脚连接到系统电路的gnd。
32.进一步地，抗电磁干扰电路还包括第三滤波电容c5和热电堆传感器20中热敏电阻的参考电阻r2，第三滤波电容c5的两端分别连接ic芯片的第二输入引脚ai0和第三输入引脚ai2，参考电阻r2的两端分别连接第二输入引脚ai0和第三输入引脚ai2，即第三滤波电容c5和参考电阻r2并联在第二输入引脚ai0和第三输入引脚ai2之间，参考电阻r2与热电堆传感器20内的热敏电阻的阻值相同。本实施例中，参考电阻r2的取值为100k，取值与热电堆传感器20内的热敏电阻阻值相同，目的是为保证测试准确性所做的校准。
33.现有的红外体温计的pcb线路板中有一些敏感信号线也会受到电磁干扰，因此，本实用新型提供的抗电磁干扰的红外体温计的pcb线路板30设置为四层结构。请参阅图6，pcb线路板30包括顶层301、中间层上层302、中间层下层303和底层304，顶层301用于放置主要电路元件（如第一共模电感32、第二共模电感33）和ic芯片31，顶层301采用地信号铺铜处理，中间层上层302整体采用地信号铺铜处理，中间层下层303用于放置敏感信号线，中间层下层303采用地信号铺铜处理，底层304用于放置lcd显示屏和按键开关，底层304整体为地信号铺铜处理。由于敏感信号线藏于底层304和中间层上层302之间，而这两个层均是采用大面积铺铜处理，即形成了一个屏蔽罩将敏感信号线置于其中，可以起到抵御外部电磁干扰的作用。
34.请参阅图7，本实用新型的一实施例还提供红外体温计用抗电磁干扰电路，用于连接外部热电堆传感器和ic芯片，热电堆传感器包括热电堆、热敏电阻和电压信号输出接口j1，电压信号输出接口j1具有四个引脚，分别连接热电堆的正极tp+’、热电堆的负极tp
‑’
、热敏电阻的正极tm+’、以及热敏电阻的负极tm
‑’
,ic芯片具有四个相应的电压信号输入引脚，四个电压信号输入引脚为第一输入引脚ai1、第二输入引脚ai0、第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3，本实施例的红外体温计用抗电磁干扰电路包括第一共模电感l1和第二共模电感l2，第一共模电感l1的两个线圈输入端分别与热电堆的正极tp+’和热电堆的负极tp
‑’
通过信号线连接，第二共模电感l2的两个线圈输入端分别与热敏电阻的正极tm+’和热敏电阻的负极tm
‑’
通过信号线连接，第一共模电感l1的两个线圈输出端分别与ic芯片的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0连接，第二共模电感l2的两个线圈输出端分别与ic芯片的第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3连接，经第一共模电感l1处理后的热电堆的正极tp+和热电堆的负极tp
‑
电压信号差分输入ic芯片的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0。经第二共模电感l2处理后的热敏电阻的正极tm+和热敏电阻的负极tm
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的电压信号直接输入ic芯片的第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3。第一共模电感l1和第二共模电感l2起到滤除信号线上共模电磁干扰的作用。差分输入的电压信号抗干扰能力强，大大提高了抗共模
干扰的能力。
35.需要说明的是，acm为外部电路提供基准，第二输入引脚ai0与acm连接在一起，作为adc的参考地。第四输入引脚ai3接地。
36.本实施例的红外体温计用抗电磁干扰电路包括第一限流电阻rt2和第二限流电阻rt1，第一限流电阻rt2的两端分别连接第一共模电感l1的其中一个线圈输出端与ic芯片的第一输入引脚ai1，即处理后的热电堆的正极tp+电压信号通过第一限流电阻rt2输入ic芯片的第一输入引脚ai1；第二限流电阻rt1的两端分别连接第一共模电感l1的另一个线圈输出端和ic芯片的第二输入引脚ai0，即处理后的热电堆的负极tp
‑
的电压信号通过第二限流电阻rt1输入ic芯片的第二输入引脚ai0，第一限流电阻rt2和第二限流电阻rt1的阻值大小相同。第一限流电阻rt2和第二限流电阻rt1的作用是防止静电直接对ic芯片的干扰。
37.本实施例的抗电磁干扰电路还包括第一滤波电容c6、第二滤波电容c8、第三滤波电容c5和参考电阻r2，参考电阻r2为热电堆传感器中热敏电阻的参考电阻，参考电阻r2与热电堆传感器内的热敏电阻的阻值相同。第一滤波电容c6的两端分别连接ic芯片的第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0，第二滤波电容c8的两端分别连接ic芯片的第三输入引脚ai2和第四输入引脚ai3,第三滤波电容c5的两端分别连接ic芯片的第二输入引脚ai0和第三输入引脚ai2，参考电阻r2的两端分别连接第二输入引脚ai0和第三输入引脚ai2，参考电阻r2与热电堆传感器的热敏电阻阻值相同。第一滤波电容c6加在第一输入引脚ai1和第二输入引脚ai0输入的差分信号之间，可以有效滤除因不同长度的信号线引起的差模干扰。
38.根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。