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红外线体温计开发方案
来源:威尼斯城vnsc登入平台编辑:日期:2020-03-18 08:53:35点击:168次

  本开发方案涉及一种红外线体温计。更具体地说,本发明涉及一种这样的红外线体温计,即在其中,红外线传感器和鼓膜之间的距离达到最小,并且探针部是密封的,这样就有可能进行准确的温度测量。

  这些接触式温度计与物体的表面相接触,并且测量的是热平衡时的温度。采用这些温度计,通常需要测量2-3分钟,直到达到热平衡为止。

  而且,在给许多病人做测量的医院中,温度计是被插到腋窝、口和肛门中的,因此,当测量体温时人们会感觉不舒服。而且,如果水银温度计在测量过程中受到破坏的话,就会对病人造成致命的危害。

  为了克服这些弊端,已研制出非接触式的温度计。采用了这些非接触式的温度计,便探测到从鼓膜等释放的红外线,并将其转换成电信号以测量体温。采用了这些非接触式的温度计,测量快速且准确。

  之所以测量鼓膜部,是因为鼓膜与脑的下丘脑血液相通,因此,它能准确地反映体心温度。
 

红外线体温计开发方案
 

  每个温度不同于开氏0度的物体辐射一定波长的红外线,并且这个原理可由下面的斯蒂芬-玻尔兹曼(Stephan-Boltzmann)方程限定E=kεT4

  其中,E为红外线能量,k为玻尔兹曼常数,ε为红外线辐射速率,T为表面温度。也就是说,从鼓膜释放的能量与表面温度的四次方相当。

  电子体温计包括一个红外线传感器和一条电路,其中红外线传感器用来探测辐射的能量以将其转换成电信号,而电路用来放大并处理该电信号。

  电子体温计还包括一个圆锥形探针和一个波导管,其中圆锥形探针用来被插到外部听觉导管中,而波导管具有小直径和一定长度,并被安装在该探针中。

  波导管包括一个位置最接近鼓膜的入口部。该入口部将入射的红外线引导到波导管中以将它们传递到一个安装在波导管出口部处的红外线传感器,从而测量体温。波导管的内表面涂有金,以便保证高的反射率。

  不过,在这一常见的红外线体温计中,入射的红外线必须得穿过波导管,但是波导管的直径小,结果就难于引导红外线。

  而且,当将红外线引导到红外线传感器时,红外线在波导管内经历了表面反射多次,因此,红外线的强度减弱。而且,从周围的外部听觉导管释放的热量容易被传递到波导管,因此,出现了热不平衡,结果就不可能准确地测量体温。

  而且,在常见的红外线温度计中,密封状态并不充分,因此,水分会侵入探针。例如,如果一个小孩在家玩弄温度计,并且这个小孩将温度计插到水中或插到他或她的口中,那么水就容易侵入探针和波导管。

  因而如果水被吸到波导管的反射表面中,那么表面就受到污染,结果反射能力急剧降低,从而大大降低了红外线探测的准确性。

  而且,如果水分被吸取到红外线传感器的表面中,那么入射的红外线便受到影响,或者因水蒸发和水的再吸取的缘故在红外线传感器中产生温度变化。因此,反过来便影响温度的测量。

  发明内容

  本发明旨在克服现有技术中的上述弊端。

  因此,本发明的目的在于提供一种这样的红外线体温计,即在其中,红外线传感器和鼓膜之间的距离达到最小,并且防止了探针中水分的任何侵入,从而保证了对体温的准确测量。

  为实现上述目的,如本发明所述用来探测来自鼓膜的红外线以测量体温的红外线体温计包括一个主体、一个探针部和一个红外线传感器,其中,该主体用来被手握着;该探针部可拆卸地连接在该主体上并具有一个插到外部听觉导管中的前端部,该前端部具有一个接收入射红外线的入口孔;该红外线传感器安装在该探针部的前端部中。

  该探针部包括一个中空窥器(speculum),其用来被插到该外部听觉导管中;一个传感器壳体,其用来容纳该红外线传感器,并粘接在该窥器的内侧上;一个密封件,其设置在该传感器壳体的前端上。

  该窥器是中空的且是圆锥形的,并且由硅橡胶制成。该密封件是一平面硅片,并被平齐地设置于该窥器的前端。该传感器壳体在其前端具有一个入射角扩展部,并在其后端具有一个外螺纹部,以便该探针部可通过采用一个螺母而拧紧到该主体上,其中一个内螺纹部形成在该螺母上。

  该传感器壳体的红外线传感器包括一个盖、一个敏感器件、一根杆和一根导杆。该盖具有一个硅片过滤器,并且该过滤器与该密封件平行设置。在该红外线传感器周围,具有一个传热件(其由金属制成),该传热件用来将环境热量(ambient heat)传递到该红外线传感器上。

  优选设置一个散热件,它被设置用来固定该红外线传感器和该传热件,并用来将外部听觉导管中的环境热量传递到该红外线传感器上。

  该传热件由铜制成,而该散热件由一种树脂制成,此时在该传感器壳体和该红外线传感器之间设置有一个绝热部。

  通过参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述,本发明的上述目的和其它优点将变得更加明显,其中图1为一透视图,示出了按照本发明所述红外线体温计的外观;图2为按照本发明所述红外线体温计的探针部的放大剖视图;图3为按照本发明所述红外线体温计的探针部的分剖解视图;图4示出了按照本发明所述红外线体温计的主体和探针部之间的连接;图5为按照本发明所述红外线体温计的剖视图。

  图1为一透视图,示出了按照本发明所述红外线体温计10的外观。图2为按照本发明所述红外线体温计的探针部20的放大剖视图。为描述方便,假定上部和下部分别在图1中称为“上部”和“下部”,而左部和右部分别在图2中称为“前部”和“后部”。

  如图1所示,按照本发明所述的红外线体温计10包括一个主体30,和一个与该主体30倾斜地相连的探针部20,其中该主体30用来被人手握着,而探针部20用来被插到外部听觉导管中。

  主体30由上壳体40和下壳体50构成。探针部20被固定在下壳体50的前端部。上壳体40包括一个操作按钮60和一个功能按钮70,其中操作按钮60用来启动红外线体温计10,而功能按钮70用来将摄氏温度转换为华氏温度,反之亦然。

  而且,主体30中还有一个显示部80,它用来显示温度计10的操作状态,并显示错误信息和通电状态。

  在主体30上,固定有探针部20,它探测鼓膜的红外线以便输出电信号。探针部20倾斜地固定在主体30上,并且随着向前端的前进,探针部20渐成圆锥形。

  如图2所示,探针部20由一个圆锥形中空窥器(speculum)100构成,从而探针部20可容易地被插到外部听觉导管中。窥器100由硅橡胶制成,从而不会对人体有伤害。

  锥形窥器100的一部分通过粘合剂与传感器壳体110的一部分连接在一起,而一个第一前端孔120形成在该窥器100的前端中,从而自鼓膜及其周围部分射出的红外线可容易地穿过。

  传感器壳体110应该是中空的,并且应该优选由比如铜、铝或锌的高导热性金属制成。

  传感器壳体110气密地连接于窥器100,因此,水分不可能侵入它们之间。

  第一梯阶130形成在传感器壳体110的前端部周围,而一个气密件140通过一种环氧树脂连接到该第一梯阶130上,从而该传感器壳体110的内部可通过气密件140而防止受潮。

  气密件140不仅防止了水分的侵入,还被精巧地研磨以使红外线的损失达到最小。密封件140应该优选由一种被适当地切割的、反射强的涂布单晶硅的薄片构成。

  而且,一种薄硅片可被用作气密件140以提高红外线的透射率,但由于担心损害,同时考虑到机械强度,应使用0.2-0.3mm厚的硅片。

  因而本发明温度计10的探针部20是由窥器100和气密件140制成气密(且防水)的。因此,即便小孩将该温度计10插到他或她的口中,水也不会侵入探针部20,因此,当然能解决所担心的问题。

  形成在传感器壳体110的前端部中的第二前端孔150是这样的,即当它朝向前端前进时,直径扩大。因而形成一个入射角扩展部160,这便容易地接收已从鼓膜辐射的入射红外线。

  因而如果入射角扩大的话,被插到外部听觉导管中的探针部20就不必一定要与鼓膜的轴同轴,而是仅通过接近鼓膜,便能接收红外线。

  而且,第二梯阶170形成在传感器壳体110的前端部的内侧上,而一个中空圆柱状传热件180是以这样的方式设置的,即该元件180的外表面与传感器壳体110内侧的一部分接触。

  同时,一个红外线传感器190以这样的方式被插到传热件180中,即该红外线传感器190的堵头(stem)200和盖210的部分与该传热件180密封接触。

  传热件180应优选由比如铜、铝或锌的高导热性金属制成,以便使红外线传感器190的堵头200和传感器壳体110之间的导热性高。

  或者,可除去传热件180,并且可使堵头200的外直径扩大,或以这样的方式在传感器壳体110中形成一个突起,即,使红外线传感器190的一部分可与传感器壳体110接触。不过,如果外直径扩大的话,接触面积便减小了,结果也就减小了导热性。

  而且,当插入红外线传感器190时,不应出现位置的差错或倾斜,因此,当对传感器壳体110进行机械加工时需要较高的精确性。因此,提高了制造成本。

  因此,传热件180应该与传感器壳体110和红外线传感器190充分接触,以便提高导热性。这样一来,可减少制造成本,并且红外线传感器190应安装在传感器壳体110中的正确位置上。

  传感器壳体110的一部分,即传热件180与堵头200相互面对的那部分被一个散热件220覆盖。

  散热件220应优选由一种高导热性的热固环氧树脂制成,以便通过消除红外线传感器190的堵头200中的热梯度,帮助传热件180加快散热。

  而且,传热件180和红外线传感器190通过散热件220被紧紧地固定在传感器壳体110中。

  散热件220应优选从堵头200的后端被充填到4-5mm的高度。如果散热件220被充填太多的话,就增大了热含量,因此,局部地维持了温度梯度。因此,如果持续使用温度计的话,就容易出错。

  红外线传感器190的盖210与传感器壳体110的前端分离开,以便提供一个绝热部230。这便防止了外部听觉导管的环境热量被传导至红外线传感器190的盖210上。

  如果环境热量集中在盖210中的话,红外线便从盖210的内侧辐射到敏感器件240上,并且这种热量与鼓膜的热量不好区分开,结果在测量体温时就会出错。

  在红外线传感器190的盖210中,具有与堵头200接触的敏感器件240。堵头200设有一个导杆250,该导杆250用来将电信号从敏感器件240传递到主体30上。

  敏感器件240由一个热电堆或一个耐热转换元件或这两者的组合构成。

  下面将详细描述鼓膜的热量(和环境热量)和红外线传感器190(尤其是敏感器件240)之间的相互影响。

  为描述方便,将从鼓膜和附近辐射的红外线称作“鼓膜红外线”,而将外部听觉导管中的热量称作“环境热量”。

  由入射角扩展部160确定的可见光区域的鼓膜红外线穿过气密件140和过滤器260。

  过滤器260由一个硅片构成,其上进行多层涂布处理。多层涂布是这样形成的,即轮流沉积不反射的干涉薄膜、硫化锌薄膜和锗薄膜,后两种薄膜只允许7-15μm波长的红外线透过。因此,仅仅带有特定波长的红外线被接收到敏感器件240上。

  入射到敏感器件240的鼓膜红外线被转换成热量以提升敏感器件240的温度。最终,响应该敏感器件240温度变化的电信号在导杆250中产生。

  也就是说,电信号是响应ΔT产生的,ΔT是T1(敏感器件240插到外部听觉导管中之前的温度)和T2(由鼓膜的红外线而改变的温度)之间的温差。

  不过,当将探针部20插到外部听觉导管中时,窥器100不可避免地要与外部听觉导管的内侧接触。因此,敏感器件240的温度T1受环境热量的影响。

  也就是说,温差ΔT是随时改变的,因此,测量会出错。因此,在测量过程中,如果T1不保持在固定级别上的话,每次测量时就会出错,从而降低了产品的可靠性。

  不过,按照本发明所述的红外线温度计具有下列特征。也就是说,一个绝热部230形成在传感器壳体110的前端部中,因此,防止了环境热量传导到红外线传感器190的盖210上。因此,通过窥器100和传感器壳体110的环境热量仅仅有限地被传导到红外线传感器190的堵头200上。

  也就是说,环境热量通过窥器100被传导到传感器壳体110,并且在传热件180和散热件220的区域中发生热交换,所述传热件180和散热件220与传感器壳体110接触。

  窥器100以气密封的形式与传感器壳体110相连。窥器100由一种导热性优于ABS合成树脂的材料制成。而且,在窥器100和传感器壳体110之间没有空隙,因此,环境热量可被迅速地传走。

  已传导到传感器壳体110的环境热量通过传热件180(与第二梯阶170相接触)传导到红外线传感器190的堵头200上。同时,余下的环境热量的一部分传导到与传感器壳体110相接触的散热件220上。余下的环境热量的另一部分传向传感器壳体110的后部。

  已传导到传热件180和散热件220的热量使堵头200的温度升高。这些元件是由高导热性材料制成的,因此,与堵头200相接触的敏感器件240快速达到恒定的温度级。

  因此,T1在开始测量之前就快速达到了恒定的温度值,因此,ΔT不改变,结果就避免了任何缘于环境热量的差错。

  在按照本发明所述的红外线温度计中,红外线传感器190被设置在前端部,因此,来自鼓膜的红外线被红外线传感器190直接接收,与此同时,缘于环境热量引起敏感器件240的温度变化被快速消除。因此,可准确地测量出体温。

  图3为按照本发明所述红外线体温计的探针部20的分剖解视图。

  当组装探针部20时,首先通过采用一种粘合剂将传感器壳体110和窥器100气密相连在一起。接着通过采用一种环氧树脂将气密件140连接到第一梯阶130上。

  于是将中空圆柱状传热件180插到传感器壳体110的第二梯阶170中。接着以这样的方式将红外线传感器190从传感器壳体110的后面插向其前端,即应使传热件180的一部分与堵头200相接触。接着在红外线传感器190的下方填充进一定量的散热件220,随后,进行热固化,从而完成探针部20。

  图4示出了按照本发明所述红外线体温计的主体30和探针部20之间的连接。在下壳体50的前端上,具有一个连接突起300,它用来接收探针部20后部的一部分。在下壳体50前端部的端部上,具有第三梯阶310。

  首先,探针部20与连接突起300相配合,而一个固定部320与第三梯阶310相配合。进而,传感器壳体110的外螺纹部330与一个锁紧螺母350的内螺纹部340螺纹连接。因而探针部20紧紧地固定于主体30上。

  探针部20的连接部360与主体30的前端面紧密接触,因此,水分不可能侵入连接部360和下壳体50之间的边界中。

  图5为按照本发明所述红外线体温计的剖视图。探针部20以倾斜的形式与主体30相连。

  一个液晶显示器400形成在缓冲件410上,并且受到固定在电路板420上的显示盖430的保护,从而形成显示部80。红外线传感器190的导杆250通过导引线(lead line)440与电路板420的相应区域形成电连接。

  电路板420包括一个放大部450、一个控制部460、一个蜂鸣器470、一个显示部80、一个操作按钮60、一个功能按钮70和一个电池支架490,其中放大部450用来放大探针部20的电信号;控制部460用来将放大部450的输出信号转换成数字信号,以将信号处理成体温,并用来实行各种控制功能;蜂鸣器470用来通知测量的开始和结束;显示部80用来显示体温和控制部460控制下的操作状态;操作按钮60用来启动红外线温度计以开始测量;功能按钮70用来实行C-F转换并存储测量值;电池支架490用来容纳供电给电路板420的电池。

  上壳体40和下壳体50是通过一个螺钉500耦合在一起的,并且一个螺帽510配合到该螺钉500的头部上。

  现在将对按照本发明所述的红外线温度计的测量情况进行描述。首先,按下操作按钮60,与此同时,用手握住主体30,将探针部20插到外部听觉导管中。接着,确认蜂鸣器的测量启动的声音,然后,按下操作按钮60,从而开始测量。

  接着确认测量结束的声音,并将探针部20从外部听觉导管中取出。然后读取显示在显示部80上的体温值。

  在测量过程中,来自鼓膜及其附近的红外线被红外线传感器190接收,接着,入射的红外线被转换成电信号以通过引线440被输送到主体30的放大部450上。

  因而电信号被放大部450放大并被排除了噪音。接着,电信号被输送到控制部460以转换成数字信号,再被微机处理成体温值。然后温度值就显示在显示部80上了。

  因而在本发明中,来自鼓膜的红外线是被直接探测到的,并且水分不可能侵入探针部。

  因此,探针部的形状可作局部的变化,或者在使探针部接近鼓膜时实行别的实施例。而且,气密状态可通过其它方式实现。

  只要直接能探测到来自鼓膜的红外线,以及可完全防止水分的侵入,那么这样的改进就应落在本发明的保护范围内。

  正如上述的本发明,红外线传感器要与鼓膜尽可能地靠近,这样就可直接探测到来自鼓膜的红外线。而且,可完全防止水分的任何侵入。因此,可实现准确的体温测量。

  权利要求

  1.一个用来探测来自鼓膜的红外线以测量体温的红外线体温计,它包括一个主体,其用来被手握着;一个探针部,其可拆卸地连接在该主体上并具有一个用来被插到外部听觉导管中的前端部,该前端部具有一个用来接收入射红外线的入口孔;和一个红外线传感器,其安装在该探针部的前端部中。

  2.如权利要求1所述的红外线体温计,其特征在于,该探针部包括一个中空窥器,其用来被插到该外部听觉导管中;一个传感器壳体,其粘接在该窥器中,用来容纳该红外线传感器;一个气密件,其设置在该传感器壳体的前端上。

  3.如权利要求2所述的红外线体温计,其特征在于,该窥器是中空的且是圆锥形的,并且由硅橡胶制成;而且该气密件是一平面硅片,并被平齐地设置于该窥器的前端。

  4.如权利要求2所述的红外线体温计,其特征在于,该传感器壳体在其前端具有一个向外扩展的入射角扩展部。

  5.如权利要求2所述的红外线体温计,其特征在于,该传感器壳体在其后端具有一个外螺纹部,以便该探针部可通过采用一个螺母螺纹连接到该主体上,其中一个内螺纹部形成在该螺母上。

  6.如权利要求2所述的红外线体温计,其特征在于,该传感器壳体的红外线传感器包括一个盖、一个敏感器件、一堵头和一根导杆,该盖具有一个硅片过滤器,并且该过滤器与该气密件平行设置。

  7.如权利要求6所述的红外线体温计,其特征在于,在该红外线传感器的周围,具有一个传热件,其由金属制成,该传热件用来将环境热量传递到该红外线传感器上;和一个散热件,该散热件被设置用来固定该红外线传感器和该传热件,并用来将外部听觉导管的环境热量传递到该红外线传感器上。

  8.如权利要求7所述的红外线体温计,其特征在于,该传热件由铜制成,而该散热件由一种环氧树脂制成。

  9.如权利要求2-8中任何一项所述的红外线体温计,其特征在于,在该传感器壳体和该红外线传感器之间设置有一个绝热部。