SAMTEC SMTIR99XX

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专业测温用红外传感器 SMTIR99xx 系列
Smartec 红外传感器 SMTIR99xx 系列传感器包括 3 款传感器，分别是 SMTIR9901、
SMTIR9902 和 SMTIR9902sil，其中 SMT9901 只用于红外探测，不能用于温度的精确测量。
典型应用
◘
◘
◘
◘
◘
非接触式表面温度测量和红外辐射测量
移动物体的温度测量
工厂温度的连续控制
热预警系统
医疗仪器
特点
◘
◘
◘
◘
◘
热点堆型红外传感器
高精度
高敏感度（110V/W）
低阻抗，故有非常好的信噪比
响应时间小于 40ms
9901/02
9902sil
介绍
Smartec 的红外传感器 SMTIR9901/02(sil)是尖端的全硅红外传感器，这些传感器能够用于
非接触性的温度测量。不同温度范围使用不同的滤光器。SMTIR9902(sil)内置 NI1000 温度传感
器用于测量自身的温度，该热电阻的测温范围是-20~100℃。SMTIR9902sil 还配置硅透镜，视角
小至 7.27°。该系列传感器都采用标准的 TO-05 封装，
9901 和 9902 使用 5.5μm 的高通滤光器。
产品原理
凡是温度高于绝对零度的物体都可以发射热辐射，温度越高，统一物体发射的辐射强度也就
越强。这是所有红外测温传感器最基本的理论基础。
热点堆型红外传感器的另外一个基础原理是赛贝克效应。即在两种导体 A 和 B 组成的回路
中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。该效应的实质在于两
种导体接触时会产生接触电势差，该电势差取决于导体的电子溢出功和有效电子密度这两个基本
因素。半导体的温差电动势比较大。
SMTIR99xx 系列产品是采用尖端半导体技术制成的，它们是采用一些热电偶在硅基上堆积，
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形成两个热电堆：冷端和热端。然后通过蚀刻硅基上一极薄的膜来实现热隔离。后在热端上放置
一可以把辐射能转换为热能的黑色吸收层。在传感器工作时，因黑色吸收层吸收红外线并转换成
热量，造成冷、热端有温度差，根据塞贝克效应，所以在另两个输出引脚间会产生电压差，其压
差和温度差之间有一个确定的函数关系，且压差越大，温度差就越大，即吸收红外辐射越多，电
压差就会越大。
硅基大约 400μm 厚，热电堆的采用是 BiSb 和 NiCr 这两种半导体材料。
封装及尺寸图
9901/9902
9902sil
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传感器的一些参数
参数
典型值
单位
热电堆中热电偶数目
100
感应区
0.5
mm2
裸片尺寸（没加封装状态）
2.2×2.2
mm2
热电堆(等效)阻值
50±15
KΩ
灵敏度
110±20
V/W
敏感度受温度影响的因子
-0.52±0.08
%/K
Specific Detectivity
2.1×10
cm.Hz1/2/W
Noise equivalent power
0.35
nW
Noise voltage
37
nV/Hz
时间常数
40±10
ms(63%)
存储温度范围
-40~+100
℃
滤光器
5.5
μm
8
1
1
)
1
)
)
1/2
上述数据是测试 9902 后得到，供参考
标注１）指@500K 时
镍 1000 电阻
1000±4
Ω@ 0℃
感应区（Sensitive
感应区
area）
感应区的面积是 0.5mm2，利用该区与玻璃滤光器之间距离和滤光器直径，可以算出视角。
视角可以通过加特制透镜来改变。如果使用了透镜，则必须考虑发射率和光谱的问题。
热电堆阻值
resistance）
热电堆阻值（Sensor
堆阻值
必须明确的是热电堆有一等效输出电阻。该电阻在放大器是必须考虑在内
时间常数（Time
constant）
时间常数
时间常数指输出电压达到最终输出值 63%所需要的时间。该常数仅和物理结构相关。
滤光器
9902 滤光器图.
9902sil 滤光器图
可以看出，9902 的是 5.5μm 的高通滤光器，该波长以下的光都被滤除。而 9902sil 则几乎
所有的红外线都可以通过滤光器(红外传感器波长 0.7~1000μm)
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参考电阻 NI1000
该系列红外传感器用标准的 NI1000 测量传感器自身温度，作为冷端的温度。
该热电阻的阻值 R(T)与温度的关系如下，
R T
R 0 ∙ 1 AT BT
CT +DT )
其中，R(0)=阻值@0℃=1000 Ω
R(T)=阻值@ T
A=5.485×10-3 ，B=6.650×10-6，C=2.805×10-11 ，D=-2.000×10-17
分度表
R[Ω]
T [℃
℃]
R[Ω]
T [℃
℃]
R[Ω]
T [℃
℃]
R[Ω]
T [℃
℃]
R[Ω]
T [℃
℃]
913.5
917.7
922.0
926.2
930.5
-20
-19
-18
-17
-16
1044.8
1049.3
1053.9
1058.4
1063.0
10
11
12
13
14
1185.7
1190.6
1195.5
1200.4
1205.3
40
41
42
43
44
1337.1
1342.4
1347.6
1352.9
1358.2
70
71
72
73
74
1500.0
100
101
102
103
104
934.7
939.0
934.3
947.6
951.9
-15
-14
-13
-12
-11
1067.6
1072.2
1076.8
1081.4
1086.0
15
16
17
18
19
1210.2
1215.1
1220.1
1225.0
1230.0
45
46
47
48
49
1363.5
1368.8
1374.1
1379.4
1384.8
75
76
77
78
79
956.2
969.6
964.9
969.3
973.6
-10
-9
-8
-7
-6
1090.7
1095.3
1100.0
1104.6
1109.3
20
21
22
23
24
1235.0
1240.0
1245.0
1250.0
1255.0
50
51
52
53
54
1390.1
1395.5
1400.9
1406.3
1411.7
80
81
82
83
84
978.0
982.4
986.8
991.2
995.6
-5
-4
-3
-2
-1
1114.0
1118.7
1123.4
1128.1
1132.9
25
26
27
28
29
1260.1
1265.1
1270.2
1275.3
1280.3
55
56
57
58
59
1417.1
1422.5
1428.0
1433.4
1438.9
85
86
87
88
89
1000
1004.4
1008.9
1013.3
1017.8
0
1
2
3
4
1137.6
1142.4
1147.1
1151.9
1156.7
30
31
32
33
34
1285.4
1290.6
1295.7
1300.8
1306.0
60
61
62
63
64
1444.4
1449.9
1455.4
1460.9
1466.5
90
91
92
93
94
1022.3
1026.7
1031.2
1035.7
1040.3
5
6
7
8
9
1161.5
1166.3
1171.2
1176.0
1180.9
35
36
37
38
39
1311.1
1316.3
1321.5
1326.7
1331.9
65
66
67
68
69
1472.0
1477.6
1483.2
1488.8
1494.4
95
96
97
98
99
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1511.3
1522.6
1534.0
1545.5
1557.0
1568.5
1580.2
1591.8
1603.6
1615.4
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
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传感器输出电压 U 与冷热端温度差△
与冷热端温度差△T 得关系
9902sil 分度表
T [℃
℃]
U[μ
μV]
T [℃
℃]
U[μ
μV]
T [℃
℃]
U[μ
μV]
T [℃
℃]
U[μ
μV]
0
5
10
15
20
-187
-154
-119
-82
-42
75
80
85
90
95
590
668
751
837
928
150
155
160
165
170
2240
2391
2547
2710
2879
235
240
245
250
255
5674
5939
6213
6494
6783
25
30
35
40
45
0
45
93
143
197
100
105
110
115
120
1023
1123
1227
1336
1449
175
180
185
190
195
3053
3234
3422
3616
3816
260
265
270
275
280
7081
7387
7701
8024
8355
50
55
60
65
70
254
314
378
445
516
125
130
135
140
145
1568
1692
1821
1955
2095
200
215
220
225
230
4024
4238
4459
5166
5416
285
290
295
300
8696
9045
9403
9770
上表中，数据是在环境温度为 25℃时获取的。
输出电压U与温度差
关系图
输出电压 与温度差△
与温度差△T关系图
350
300
250
200
150
100
50
0
-2000
0
2000
4000
6000
8000
输出电压U与温度差△T关系图
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10000
12000
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采用 9902sil 设计红外测温仪
设计红外测温仪的思路
1. 确认测温范围
就像我们选择红外测温仪一样，我们设计红外测温仪，要定位测温范围，从而根据辐射光谱
分布定律可得到它的光谱响应。传感器内置 Ni1000 测温范围-20~100 度，使用测温仪的环境温
度必须位于该温度范围内。故需确定经常使用测温仪的环境温度。
我们在此先假定为环境 20 度。测温范围是 0~300 度。
根据黑体辐射曲线，和我们的测温范围，我们可以大致的得到我们的光谱响应范围，你也可
以根据普朗克辐射公式具体的算出来。
2. 确认距离与目标光斑直径比
确认距离与目标光斑直径比 D：
：S
对于红外传感器，D：S 当然是越大越好，但是越大，也就意味着设计复杂度，成本越高。
从 9902sil 的尺寸图我们可以看到，它的视角是 7.27 度，故其固有 D：S 可以算出。
:
. °
∶ .
如果您需要更大的 D：S，您就需要在传感器镜头前在加上具有聚焦功能的透镜，如菲涅尔
透镜，若如此，您需要自己根据实际情况，测量并得到加透镜后的“输出与温度差之间的关
系”曲线。
3. 设计输出的放大电路与 NI1000 的阻值测量电路
该测温仪的计算过程大致如下，首先是得到环境温度，同时根据输出电压得到温差，然后通
过这两个参数相加得到温度 T1，因只有黑体的发射率ε是 1，故最后温度 T=T1/ε 。当然，
您再这里可以设置可调发射率的功能。故需设计 NI1000 电阻的测量电路，因传感器输出电
压很小，需通过放大后得到我们能够处理的信号，然后通过编程得到环境温度和温度差。最
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后通过运算，算出被测物体温度。
下面，我们给出一个放大电路和测量 NI1000 电阻的电路示例：
4. 参照具体数据与理论数据
参照具体数据与理论数据，
，对测温仪进行软件补偿
上述步骤都完成后，需要进行实际测量，并参数理论值，对偏差较大的地方进行修正，
即补偿。
5. 测温仪光路和外形的设计
市场上红外测温仪几乎都是同一个外形，同一种光路设计。请您根据自己的需求，进行
外观设计。
至于这个，您可以在市场上买一红外测温仪拆开看看。
一般物体发射率：
一般物体发射率
物质
发射率
物质
发射率
沥青
0.90 to 0.98
布（黑色）
0.98
混凝土
0.94
人体皮肤
0.98
水泥
0.96
肥皂泡
0.75 to 0.80
沙子
0.90
木炭（粉末）
0.96
泥土
0.92 to 0.96
漆器
0.80-0.95
水
0.92 to 0.96
漆器（无光泽）
0.97
冰
0.96 to 0.98
橡胶（黑色）
0.94
雪
0.83
塑料
0.85-0.95
玻璃
0.90 to 0.95
木材
0.90
陶瓷
0.90 to 0.94
纸
0.70-0.94
大理石
0.94
铬氧化物
0.81
石膏
0.80 to 0.90
铜氧化物
0.78
灰泥
0.89 to 0.91
铁氧化物
0.78 to 0.82
砖
0.93 to 0.96
不锈钢及铝材
0.2-0.3
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附：一拆开红外测温仪图片
如 有任何疑问，
有任何疑问 ， 请致电深圳华儒科
技，我们将竭诚为您服务。
我们将竭诚为您服务。
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