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第二代额温枪方案揭秘:40度高温下精度仍能达到±0.2

时间:2020-06-08 作者:陈路 阅读:
夏季高温可使新冠疫情消退的理论已被现实数据打脸,时过六月,美国、巴西、俄罗斯、印度等国家的新冠确诊患者还在不断刷新冲高,瑞典和英国群体免疫策略也已被事实证明不可接受,而中国防控措施已被事实证明是行之有效的,因此海外即将掀起第二波疫情防控高潮,这将导致海外市场产生对第二代高温额温枪的需求热潮,随之而来的就是对第二代高温额温枪方案的大量需求。
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夏季高温可使新冠疫情消退的理论已被现实数据打脸,时过六月,美国、巴西、俄罗斯、印度等国家的新冠确诊患者还在不断刷新冲高,瑞典和英国群体免疫策略也已被事实证明不可接受,而中国防控措施已被事实证明是行之有效的,因此海外即将掀起第二波疫情防控高潮,这将导致海外市场产生对第二代高温额温枪的需求热潮,随之而来的就是对第二代高温额温枪方案的大量需求。3IEEETC-电子工程专辑

与第一代额温枪相比,第二代高温额温枪最大的差异化优势是可以在高达40度以上的高温户外环境下仍然将测温精度保持在±0.2度,而且可靠稳定地工作。第一代额温枪大多为了应对春节前后新冠疫情防控而仓促上马,其采用的第一代额温枪方案基本没有考虑在高温高湿等极端天气环境下使用,因此发货到全球各地使用时,不是品质出问题,就是测温性能不稳定不可靠,这也是前一段时间海关遭遇额温枪退货问题的背后主要原因。3IEEETC-电子工程专辑

开发第一代额温枪方案的供应商不仅有方案商,而且还有一大批8位和32位MCU原厂,如华大、GD、航顺、宏康、松翰、芯扬微电子、国民技术、Holtek等,它们采用的基本方案原型是8位MCU+18位以上ADC+红外热电堆传感器,它们之间方案差异与其采用的热电堆传感器精度和品质、ADC精度、温度补偿算法及各自的经验算法积累有关,一部分供应商在此基础上开发出了相对稳定的额温枪方案,如松翰、宏康、芯扬微电子、芯海等,并被很多有资质的老牌医疗器械企业采用。但也有一部分供应商为了满足市场低成本需求,没有在以上方面下功夫,只是进行了简单的方案设计,造成实际性能无法满足海外市场需求,而被海外客户无情地退货。3IEEETC-电子工程专辑

为了减少退货问题发生和保护出口抗疫产品的商誉,中国政府特别出台了合格额温枪制造商白名单。但是,根据中国海关的反馈数据,即便是采用了知名MCU原厂第一代额温枪方案的白名单上制造商的产品,也在被海内外客户无情地退货,这又是为什么呢?3IEEETC-电子工程专辑

深圳额温枪方案商西城微科电子欧杨总透露说:“退货原因不外乎以下几点,低温和高湿应用环境导致的传感器失灵、环境温度在35-38度时因传感器灵敏度不高导致测不准、在38-42度应用环境下因为热噪声抑制措施不到位而无法测出人体体温、不同肤色人种因热折射率不同而导致的测不准问题等。”3IEEETC-电子工程专辑

例如,俄罗斯靠近北极地区环境温度达到零下20度,额温枪因不少元器件不能满足低温特性而无法使用;而在印度市场、非洲市场、中东市场,因为环境温度达到40度的高温,很多额温枪温漂很大,超出了0.3度以上,不少额温枪甚至直接NG出现爆表的情况。3IEEETC-电子工程专辑

这些问题目前都不在CE或FDA检测标准之内,这意味着不是所有获得CE或FDA认证的白名单上制造商的产品都能满足全球高温、高湿天气环境国家或地区的客户要求。3IEEETC-电子工程专辑

目前全球新冠疫情比较严重的国家或地区(如美国、巴西、俄罗斯、印度、中东)即将迎来夏季高温和雨季高湿天气,雪上加霜的是这些国家政府又因各种原因急着全面复工复产,可以预见的是这些国家接下来肯定会出台一系列更严格的防控措施,而能够通过高温高湿天气考验的额温枪将是这些国家进行疫情防控所不可或缺的必备工具,因此新一波海外市场需求将对中国产额温枪的精度和品质提出更严格的要求,特别是高温环境下针对不同肤色人种的测温精度,这一需求趋势无疑将极大地推动制造商优先考虑采用第二代高温高品质额温枪方案。3IEEETC-电子工程专辑

如果眼光再放长远一点,考虑今年秋冬季节新冠疫情的第二波大流行,方案商还必须确保零下20-40度储存或工作环境温度下额温枪仍能正常工作或快速进入正常工作状态,第二代额温枪方案商不仅要选择满足宽温要求的零部件,而且对红外热电堆传感器的品质也将有更高的要求。3IEEETC-电子工程专辑

这一市场需求趋势促使大多数MCU原厂和方案商都在开发第二代高温额温枪方案,由于第二代高温方案需要高温实验室的配合,因此基本上方案商在这方面走得更快一些,也更专业一些。比如深圳方案商西城微科电子,它们目前已经开发出了第二代高性价比、高温额温枪方案,即便在40度环境温度下工作,其测温精度仍然还能达到±0.2度,而且在抗静电冲击能力、抗EMI/EMC能力、宽温高湿可靠性等性能指标方面领先业内同行。3IEEETC-电子工程专辑

这一高温方案的诞生使得目前的额温枪制造商再也不用担心退货问题,即便产品是出口到像非洲和印度这样的夏季气温高达40-45摄氏度的国家。西城微科是深圳一家拥有15年开发经验的方案开发商,除了额温枪方案,该公司还开发出了电子秤方案、蓝牙秤方案、智能指纹锁方案、激光测距仪方案、以及气压检测仪方案。3IEEETC-电子工程专辑

西城微科电子总经理欧杨峰表示:“我们致力于比我们的同行多走一步,不管是40度高温工作环境下±0.2度测温精度,高湿环境下可靠性,还是高低温环境转换下工作一致性与即用性,我们都走在业界前列,这半年来与我们合作的40多个品牌额温枪制造商还没有遇到过因质量问题被退货的情况。”3IEEETC-电子工程专辑

除了西城微科,国内新兴MCU原厂江阴芯扬微电子也已经开发出了满足高低温要求的第二代额温枪方案,并得到了国内知名老牌额温枪大厂认可和采用。3IEEETC-电子工程专辑

芯扬微电子总经理朱大江表示:“采用我们第一代和第二代方案的额温枪出货量应该是目前市场上最大的,我们的MCU完全是自主开发的,性能上完全可以替代台系的MCU芯片。”3IEEETC-电子工程专辑

江阴芯扬微电子有限公司是一家专注于物联网芯片应用及软件开发,模拟、数模混合集成电路的方案开发,传感器及微系统的设计及应用的高科技企业,从2003年开始开发MCU产品,目前已经拥有多种成熟的解决方案,是国内最早的SoC解决方案提供商。3IEEETC-电子工程专辑

第二代额温枪方案4个重大改进

第一个重大改进是采用了品质更高的高灵敏度红外热电堆传感器,它不仅能在高湿天气环境下可靠地工作,而且灵敏度高,即便在35到45度高温天气下工作,测温精度仍能达到正负0.2度。3IEEETC-电子工程专辑

今天市面上的很多红外热电堆传感器的封装品质不过关,不少封装工厂甚至没有充氮机,导致它们生产出来的热电堆传感器密封性能不好,3IEEETC-电子工程专辑

西城微科欧杨总经理介绍道,在雨季或湿度高的应用环境中,一旦因传感器漏气造成湿气进入到传感器内部,就会导致传感器芯片工作不稳定,出现传感失灵现象,导致额温枪在检测时候工作不稳定,测温精度甚至明显超出0.3度以上。前段时间中国东北市场不少500-600元采购的额温枪出现失灵而被退货,就是与湿度增高有关。3IEEETC-电子工程专辑

现在全球新冠疫情核心地区都将进入到夏季高湿天气,如果继续选用封装品质不过关的热电堆传感器,出口额温枪遭遇退货几率就会大增。3IEEETC-电子工程专辑

此外,热电堆传感器的灵敏度也非常重要,当环境温度达到与人体体温差不多的35-37度时,如果传感器的灵敏度不高,那么热电堆的输出电压就会很低,导致出现测不准现象。而如果环境温度超过38度,空气热噪声问题又会显得非常突出,如果热噪声过滤措施做的不够好,也会出现测不准现象或测温精度达不到要求。3IEEETC-电子工程专辑

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表1:目前市面上几大主要品牌热电堆传感器灵敏度对比3IEEETC-电子工程专辑

欧杨总经理透露说:“我们的第二代额温枪方案采用了深圳智慧湾科技的最新红外热电堆传感器,它的品质、灵敏度和一致性都非常不错,高温性能尤其突出,在40度高温下测温精度仍然可以达到正负0.2度。另外,实测结果表明,在38度以上高温应用环境下,它的检测输出电压特性线性度非常好,这使得我们可以较容易地开发温度补偿算法来校准测温精度。”3IEEETC-电子工程专辑

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图1:深圳智慧湾科技推出的红外热电堆传感器TP31433IEEETC-电子工程专辑

深圳智慧湾科技总经理蔡锦江表示:”TP3143的温度特性已经远远超过了工业级产品标准,它的存储温度范围为-40度到+125度,工作温度范围可从-20度到+100度,已经接近军用级产品标准。”3IEEETC-电子工程专辑

以前的第一代额温枪针对的环境使用温度是16-35度,但是现在作为户外使用的新冠肺炎防护设备,它需要能够在全温度范围的环境温度下正常工作,因此它不能再用以前的额温枪标准来对它进行检测认证,因为这些标准已经严重失效,现在需要在全温度环境温度下的标定、验证与温度补偿算法的调整。3IEEETC-电子工程专辑

第二个重大改进是采用了全域环境温度的标定。一般而言,第一代额温枪方案都是做两点的温度标定,16度、25度、35度中选择任何两点温度标定,因此它完全不能满足现在户外全世界的各地温湿度的差异化要求,特别是所有老牌的红外热电堆传感器在40度、41度、42度的高环境温度下,温漂很大,超出了0.3度的漂移温差,它们是很多额温枪开始被大量退货的主要原因。3IEEETC-电子工程专辑

其实背后的原因是,由于户外高温环境对于传感器灵敏度的要求大大提高,第二代方案需要重新进行温度补偿算法的全域环境温度的标定,且要进行高低温最少10点的环境温度的标定与验证,从零下20度到零上42度的全域温度的标定与温度补偿算法的重新验证,且要进行高低温环境下的煲机,以确保额温枪设备的性能稳定性和各个温度范围内的设备测试的准确性。3IEEETC-电子工程专辑

第三个重大改进是采用能够在零下20度环境温度下正常工作的元器件。考虑到额温枪有可能在冬季低纬度国家或地区使用(如俄罗斯和北欧等),其应用环境温度有可能低至零下20度到45度,因此必须采用工作温度范围在-20度到+85度的工业级元器件,特别是红外热电堆传感器,如果它的耐低温特性不行,它有可能在低温下直接就不工作了,或者从超低温环境转换到零上温度环境时,传感器因为热胀冷缩问题直接就损坏了。这也是为什么近期俄罗斯订单询盘多,样品送出去使用发现不良情况严重而没有直接下单的主要原因。3IEEETC-电子工程专辑

第四个重大改进是选择了外挂的18位以上的高精度ADC。第一代额温枪的整体技术其实并不复杂,出现大量的退货与技术问题主要与方案品质有关。额温枪的功能要求简单,对于MCU的要求不高,8位、32位MCU基本都可以用,核心是ADC的选择,基本不能用32位MCU内部自带的12位ADC,必须要求18位以上的高精度ADC,最好是外挂一个24位ADC,因为在环境温度高的印度、东南亚、非洲、中东等地方,需要很好的ADC进行高精度信号处理才能满足要求。运算放大器不能提高运算精度,只能放大信号量级,因此第二代额温枪的核心不在MCU的8位、32位之争上,核心重点在于是否选用了18位以上的外挂ADC。3IEEETC-电子工程专辑

结语:一波额温枪方案商洗牌即将开始

综合以上分析,由于高环境温度对额温的热干扰大了很多,因此未来需要更高灵敏度的红外热电堆传感器,传统品牌红外热电堆传感器的灵敏度不能满足现在世界很多高温地区的户外防疫需求,特别是近期国内外出现大量灵敏度不高的热电堆红外传感器企业,它们都注定还没有开始就要结束。3IEEETC-电子工程专辑

传感器的狂欢将从一个新的维度开启,灵敏度是最大的关键参数,也是传感器的生死参数,灵敏度能满足要求的传感器在5月份大订单开始下的时候还要大涨。3IEEETC-电子工程专辑

此外,市场开始认识到湿气对红外热电堆传感器的破坏性影响,因此未来额温枪制造商和方案商对热电堆传感器封装水平的要求也将大大提升,特别是气密性的要求,封装厂的品质已经融合到整体热电堆传感器和额温枪的品质里面,并成为重要的一环。3IEEETC-电子工程专辑

近期出现的额温枪退货现象不是额温枪需求市场在彷徨,而是额温枪的使命在加大,市场应用环境的改变促使额温枪方案商必须开始技术升级,市场对技术方案的要求在提升,对红外热电堆传感器的灵敏度要求也推高到新的水准,传感器封装水平要求也被提高,总体元器件性能特别是耐低温性能也必须大大提升。总之,市场需要方案商开发出超强的额温枪技术方案、以及在软件开发上的深度投入。3IEEETC-电子工程专辑

一波额温枪方案商洗牌又要从新开始了,洗牌过程,也是海外大单落定的过程,不然就是额温枪方案商的退潮。3IEEETC-电子工程专辑

赶快行动吧,提升您的方案,迎接额温枪大单的到来,初步估计,技术问题与生产品质问题解决后,6、7月份全球对额温枪的需求总量将不少于5000万只,到时候一样会是一个供不应求的辉煌局面。3IEEETC-电子工程专辑

责编:Yvonne Geng3IEEETC-电子工程专辑

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陈路
ASPENCORE高级项目经理,高级分析师。
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