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紅外線體溫計開發方案
來源:深圳市賽億科技開發有限公司作者:日期:2020-03-18 08:53:35點擊:2534次

  本開發方案涉及一種紅外線體溫計。更具體地說,本發明涉及一種這樣的紅外線體溫計,即在其中,紅外線傳感器和鼓膜之間的距離達到最小,并且探針部是密封的,這樣就有可能進行準確的溫度測量。

  這些接觸式溫度計與物體的表面相接觸,并且測量的是熱平衡時的溫度。采用這些溫度計,通常需要測量2-3分鐘,直到達到熱平衡為止。

  而且,在給許多病人做測量的醫院中,溫度計是被插到腋窩、口和肛門中的,因此,當測量體溫時人們會感覺不舒服。而且,如果水銀溫度計在測量過程中受到破壞的話,就會對病人造成致命的危害。

  為了克服這些弊端,已研制出非接觸式的溫度計。采用了這些非接觸式的溫度計,便探測到從鼓膜等釋放的紅外線,并將其轉換成電信號以測量體溫。采用了這些非接觸式的溫度計,測量快速且準確。

  之所以測量鼓膜部,是因為鼓膜與腦的下丘腦血液相通,因此,它能準確地反映體心溫度。
 

紅外線體溫計開發方案
 

  每個溫度不同于開氏0度的物體輻射一定波長的紅外線,并且這個原理可由下面的斯蒂芬-玻爾茲曼(Stephan-Boltzmann)方程限定E=kεT4

  其中,E為紅外線能量,k為玻爾茲曼常數,ε為紅外線輻射速率,T為表面溫度。也就是說,從鼓膜釋放的能量與表面溫度的四次方相當。

  電子體溫計包括一個紅外線傳感器和一條電路,其中紅外線傳感器用來探測輻射的能量以將其轉換成電信號,而電路用來放大并處理該電信號。

  電子體溫計還包括一個圓錐形探針和一個波導管,其中圓錐形探針用來被插到外部聽覺導管中,而波導管具有小直徑和一定長度,并被安裝在該探針中。

  波導管包括一個位置最接近鼓膜的入口部。該入口部將入射的紅外線引導到波導管中以將它們傳遞到一個安裝在波導管出口部處的紅外線傳感器,從而測量體溫。波導管的內表面涂有金,以便保證高的反射率。

  不過,在這一常見的紅外線體溫計中,入射的紅外線必須得穿過波導管,但是波導管的直徑小,結果就難于引導紅外線。

  而且,當將紅外線引導到紅外線傳感器時,紅外線在波導管內經歷了表面反射多次,因此,紅外線的強度減弱。而且,從周圍的外部聽覺導管釋放的熱量容易被傳遞到波導管,因此,出現了熱不平衡,結果就不可能準確地測量體溫。

  而且,在常見的紅外線溫度計中,密封狀態并不充分,因此,水分會侵入探針。例如,如果一個小孩在家玩弄溫度計,并且這個小孩將溫度計插到水中或插到他或她的口中,那么水就容易侵入探針和波導管。

  因而如果水被吸到波導管的反射表面中,那么表面就受到污染,結果反射能力急劇降低,從而大大降低了紅外線探測的準確性。

  而且,如果水分被吸收到紅外線傳感器的表面中,那么入射的紅外線便受到影響,或者因水蒸發和水的再吸收的緣故在紅外線傳感器中產生溫度變化。因此,反過來便影響溫度的測量。

  發明內容

  本發明旨在克服現有技術中的上述弊端。

  因此,本發明的目的在于提供一種這樣的紅外線體溫計,即在其中,紅外線傳感器和鼓膜之間的距離達到最小,并且防止了探針中水分的任何侵入,從而保證了對體溫的準確測量。

  為實現上述目的,如本發明所述用來探測來自鼓膜的紅外線以測量體溫的紅外線體溫計包括一個主體、一個探針部和一個紅外線傳感器,其中,該主體用來被手握著;該探針部可拆卸地連接在該主體上并具有一個插到外部聽覺導管中的前端部,該前端部具有一個接收入射紅外線的入口孔;該紅外線傳感器安裝在該探針部的前端部中。

  該探針部包括一個中空窺器(speculum),其用來被插到該外部聽覺導管中;一個傳感器殼體,其用來容納該紅外線傳感器,并粘接在該窺器的內側上;一個密封件,其設置在該傳感器殼體的前端上。

  該窺器是中空的且是圓錐形的,并且由硅橡膠制成。該密封件是一平面硅片,并被平齊地設置于該窺器的前端。該傳感器殼體在其前端具有一個入射角擴展部,并在其后端具有一個外螺紋部,以便該探針部可通過采用一個螺母而擰緊到該主體上,其中一個內螺紋部形成在該螺母上。

  該傳感器殼體的紅外線傳感器包括一個蓋、一個敏感器件、一根桿和一根導桿。該蓋具有一個硅片過濾器,并且該過濾器與該密封件平行設置。在該紅外線傳感器周圍,具有一個傳熱件(其由金屬制成),該傳熱件用來將環境熱量(ambient heat)傳遞到該紅外線傳感器上。

  優選設置一個散熱件,它被設置用來固定該紅外線傳感器和該傳熱件,并用來將外部聽覺導管中的環境熱量傳遞到該紅外線傳感器上。

  該傳熱件由銅制成,而該散熱件由一種樹脂制成,此時在該傳感器殼體和該紅外線傳感器之間設置有一個絕熱部。

  通過參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述,本發明的上述目的和其它優點將變得更加明顯,其中圖1為一透視圖,示出了按照本發明所述紅外線體溫計的外觀;圖2為按照本發明所述紅外線體溫計的探針部的放大剖視圖;圖3為按照本發明所述紅外線體溫計的探針部的分解剖視圖;圖4示出了按照本發明所述紅外線體溫計的主體和探針部之間的連接;圖5為按照本發明所述紅外線體溫計的剖視圖。

  圖1為一透視圖,示出了按照本發明所述紅外線體溫計10的外觀。圖2為按照本發明所述紅外線體溫計的探針部20的放大剖視圖。為描述方便,假定上部和下部分別在圖1中稱為“上部”和“下部”,而左部和右部分別在圖2中稱為“前部”和“后部”。

  如圖1所示,按照本發明所述的紅外線體溫計10包括一個主體30,和一個與該主體30傾斜地相連的探針部20,其中該主體30用來被人手握著,而探針部20用來被插到外部聽覺導管中。

  主體30由上殼體40和下殼體50構成。探針部20被固定在下殼體50的前端部。上殼體40包括一個操作按鈕60和一個功能按鈕70,其中操作按鈕60用來啟動紅外線體溫計10,而功能按鈕70用來將攝氏溫度轉換為華氏溫度,反之亦然。

  而且,主體30中還有一個顯示部80,它用來顯示溫度計10的操作狀態,并顯示錯誤信息和通電狀態。

  在主體30上,固定有探針部20,它探測鼓膜的紅外線以便輸出電信號。探針部20傾斜地固定在主體30上,并且隨著向前端的前進,探針部20漸成圓錐形。

  如圖2所示,探針部20由一個圓錐形中空窺器(speculum)100構成,從而探針部20可容易地被插到外部聽覺導管中。窺器100由硅橡膠制成,從而不會對人體有傷害。

  錐形窺器100的一部分通過粘合劑與傳感器殼體110的一部分連接在一起,而一個第一前端孔120形成在該窺器100的前端中,從而自鼓膜及其周圍部分射出的紅外線可容易地穿過。

  傳感器殼體110應該是中空的,并且應該優選由比如銅、鋁或鋅的高導熱性金屬制成。

  傳感器殼體110氣密地連接于窺器100,因此,水分不可能侵入它們之間。

  第一梯階130形成在傳感器殼體110的前端部周圍,而一個氣密件140通過一種環氧樹脂連接到該第一梯階130上,從而該傳感器殼體110的內部可通過氣密件140而防止受潮。

  氣密件140不僅防止了水分的侵入,還被精巧地研磨以使紅外線的損失達到最小。密封件140應該優選由一種被適當地切割的、反射強的涂布單晶硅的薄片構成。

  而且,一種薄硅片可被用作氣密件140以提高紅外線的透射率,但由于擔心損害,同時考慮到機械強度,應使用0.2-0.3mm厚的硅片。

  因而本發明溫度計10的探針部20是由窺器100和氣密件140制成氣密(且防水)的。因此,即便小孩將該溫度計10插到他或她的口中,水也不會侵入探針部20,因此,當然能解決所擔心的問題。

  形成在傳感器殼體110的前端部中的第二前端孔150是這樣的,即當它朝向前端前進時,直徑擴大。因而形成一個入射角擴展部160,這便容易地接收已從鼓膜輻射的入射紅外線。

  因而如果入射角擴大的話,被插到外部聽覺導管中的探針部20就不必一定要與鼓膜的軸同軸,而是僅通過接近鼓膜,便能接收紅外線。

  而且,第二梯階170形成在傳感器殼體110的前端部的內側上,而一個中空圓柱狀傳熱件180是以這樣的方式設置的,即該元件180的外表面與傳感器殼體110內側的一部分接觸。

  同時,一個紅外線傳感器190以這樣的方式被插到傳熱件180中,即該紅外線傳感器190的堵頭(stem)200和蓋210的部分與該傳熱件180密封接觸。

  傳熱件180應優選由比如銅、鋁或鋅的高導熱性金屬制成,以便使紅外線傳感器190的堵頭200和傳感器殼體110之間的導熱性高。

  或者,可除去傳熱件180,并且可使堵頭200的外直徑擴大,或以這樣的方式在傳感器殼體110中形成一個突起,即,使紅外線傳感器190的一部分可與傳感器殼體110接觸。不過,如果外直徑擴大的話,接觸面積便減小了,結果也就減小了導熱性。

  而且,當插入紅外線傳感器190時,不應出現位置的差錯或傾斜,因此,當對傳感器殼體110進行機械加工時需要較高的精確性。因此,提高了制造成本。

  因此,傳熱件180應該與傳感器殼體110和紅外線傳感器190充分接觸,以便提高導熱性。這樣一來,可減少制造成本,并且紅外線傳感器190應安裝在傳感器殼體110中的正確位置上。

  傳感器殼體110的一部分,即傳熱件180與堵頭200相互面對的那部分被一個散熱件220覆蓋。

  散熱件220應優選由一種高導熱性的熱固環氧樹脂制成,以便通過消除紅外線傳感器190的堵頭200中的熱梯度,幫助傳熱件180加快散熱。

  而且,傳熱件180和紅外線傳感器190通過散熱件220被緊緊地固定在傳感器殼體110中。

  散熱件220應優選從堵頭200的后端被充填到4-5mm的高度。如果散熱件220被充填太多的話,就增大了熱含量,因此,局部地維持了溫度梯度。因此,如果持續使用溫度計的話,就容易出錯。

  紅外線傳感器190的蓋210與傳感器殼體110的前端分離開,以便提供一個絕熱部230。這便防止了外部聽覺導管的環境熱量被傳導至紅外線傳感器190的蓋210上。

  如果環境熱量集中在蓋210中的話,紅外線便從蓋210的內側輻射到敏感器件240上,并且這種熱量與鼓膜的熱量不好區分開,結果在測量體溫時就會出錯。

  在紅外線傳感器190的蓋210中,具有與堵頭200接觸的敏感器件240。堵頭200設有一個導桿250,該導桿250用來將電信號從敏感器件240傳遞到主體30上。

  敏感器件240由一個熱電堆或一個耐熱轉換元件或這兩者的組合構成。

  下面將詳細描述鼓膜的熱量(和環境熱量)和紅外線傳感器190(尤其是敏感器件240)之間的相互影響。

  為描述方便,將從鼓膜和附近輻射的紅外線稱作“鼓膜紅外線”,而將外部聽覺導管中的熱量稱作“環境熱量”。

  由入射角擴展部160確定的可見光區域的鼓膜紅外線穿過氣密件140和過濾器260。

  過濾器260由一個硅片構成,其上進行多層涂布處理。多層涂布是這樣形成的,即輪流沉積不反射的干涉薄膜、硫化鋅薄膜和鍺薄膜,后兩種薄膜只允許7-15μm波長的紅外線透過。因此,僅僅帶有特定波長的紅外線被接收到敏感器件240上。

  入射到敏感器件240的鼓膜紅外線被轉換成熱量以提升敏感器件240的溫度。最終,響應該敏感器件240溫度變化的電信號在導桿250中產生。

  也就是說,電信號是響應ΔT產生的,ΔT是T1(敏感器件240插到外部聽覺導管中之前的溫度)和T2(由鼓膜的紅外線而改變的溫度)之間的溫差。

  不過,當將探針部20插到外部聽覺導管中時,窺器100不可避免地要與外部聽覺導管的內側接觸。因此,敏感器件240的溫度T1受環境熱量的影響。

  也就是說,溫差ΔT是隨時改變的,因此,測量會出錯。因此,在測量過程中,如果T1不保持在固定級別上的話,每次測量時就會出錯,從而降低了產品的可靠性。

  不過,按照本發明所述的紅外線溫度計具有下列特征。也就是說,一個絕熱部230形成在傳感器殼體110的前端部中,因此,防止了環境熱量傳導到紅外線傳感器190的蓋210上。因此,通過窺器100和傳感器殼體110的環境熱量僅僅有限地被傳導到紅外線傳感器190的堵頭200上。

  也就是說,環境熱量通過窺器100被傳導到傳感器殼體110,并且在傳熱件180和散熱件220的區域中發生熱交換,所述傳熱件180和散熱件220與傳感器殼體110接觸。

  窺器100以氣密封的形式與傳感器殼體110相連。窺器100由一種導熱性優于ABS合成樹脂的材料制成。而且,在窺器100和傳感器殼體110之間沒有空隙,因此,環境熱量可被迅速地傳走。

  已傳導到傳感器殼體110的環境熱量通過傳熱件180(與第二梯階170相接觸)傳導到紅外線傳感器190的堵頭200上。同時,余下的環境熱量的一部分傳導到與傳感器殼體110相接觸的散熱件220上。余下的環境熱量的另一部分傳向傳感器殼體110的后部。

  已傳導到傳熱件180和散熱件220的熱量使堵頭200的溫度升高。這些元件是由高導熱性材料制成的,因此,與堵頭200相接觸的敏感器件240快速達到恒定的溫度級。

  因此,T1在開始測量之前就快速達到了恒定的溫度值,因此,ΔT不改變,結果就避免了任何緣于環境熱量的差錯。

  在按照本發明所述的紅外線溫度計中,紅外線傳感器190被設置在前端部,因此,來自鼓膜的紅外線被紅外線傳感器190直接接收,與此同時,緣于環境熱量引起敏感器件240的溫度變化被快速消除。因此,可準確地測量出體溫。

  圖3為按照本發明所述紅外線體溫計的探針部20的分解剖視圖。

  當組裝探針部20時,首先通過采用一種粘合劑將傳感器殼體110和窺器100氣密相連在一起。接著通過采用一種環氧樹脂將氣密件140連接到第一梯階130上。

  于是將中空圓柱狀傳熱件180插到傳感器殼體110的第二梯階170中。接著以這樣的方式將紅外線傳感器190從傳感器殼體110的后面插向其前端,即應使傳熱件180的一部分與堵頭200相接觸。接著在紅外線傳感器190的下方填充進一定量的散熱件220,隨后,進行熱固化,從而完成探針部20。

  圖4示出了按照本發明所述紅外線體溫計的主體30和探針部20之間的連接。在下殼體50的前端上,具有一個連接突起300,它用來接收探針部20后部的一部分。在下殼體50前端部的端部上,具有第三梯階310。

  首先,探針部20與連接突起300相配合,而一個固定部320與第三梯階310相配合。進而,傳感器殼體110的外螺紋部330與一個鎖緊螺母350的內螺紋部340螺紋連接。因而探針部20緊緊地固定于主體30上。

  探針部20的連接部360與主體30的前端面緊密接觸,因此,水分不可能侵入連接部360和下殼體50之間的邊界中。

  圖5為按照本發明所述紅外線體溫計的剖視圖。探針部20以傾斜的形式與主體30相連。

  一個液晶顯示器400形成在緩沖件410上,并且受到固定在電路板420上的顯示蓋430的保護,從而形成顯示部80。紅外線傳感器190的導桿250通過導引線(lead line)440與電路板420的相應區域形成電連接。

  電路板420包括一個放大部450、一個控制部460、一個蜂鳴器470、一個顯示部80、一個操作按鈕60、一個功能按鈕70和一個電池支架490,其中放大部450用來放大探針部20的電信號;控制部460用來將放大部450的輸出信號轉換成數字信號,以將信號處理成體溫,并用來執行各種控制功能;蜂鳴器470用來通知測量的開始和結束;顯示部80用來顯示體溫和控制部460控制下的操作狀態;操作按鈕60用來啟動紅外線溫度計以開始測量;功能按鈕70用來執行C-F轉換并存儲測量值;電池支架490用來容納供電給電路板420的電池。

  上殼體40和下殼體50是通過一個螺釘500耦合在一起的,并且一個螺帽510配合到該螺釘500的頭部上。

  現在將對按照本發明所述的紅外線溫度計的測量情況進行描述。首先,按下操作按鈕60,與此同時,用手握住主體30,將探針部20插到外部聽覺導管中。接著,確認蜂鳴器的測量啟動的聲音,然后,按下操作按鈕60,從而開始測量。

  接著確認測量結束的聲音,并將探針部20從外部聽覺導管中取出。然后讀取顯示在顯示部80上的體溫值。

  在測量過程中,來自鼓膜及其附近的紅外線被紅外線傳感器190接收,接著,入射的紅外線被轉換成電信號以通過引線440被輸送到主體30的放大部450上。

  因而電信號被放大部450放大并被排除了噪音。接著,電信號被輸送到控制部460以轉換成數字信號,再被微機處理成體溫值。然后溫度值就顯示在顯示部80上了。

  因而在本發明中,來自鼓膜的紅外線是被直接探測到的,并且水分不可能侵入探針部。

  因此,探針部的形狀可作局部的變化,或者在使探針部接近鼓膜時實行別的實施例。而且,氣密狀態可通過其它方式實現。

  只要直接能探測到來自鼓膜的紅外線,以及可完全防止水分的侵入,那么這樣的改進就應落在本發明的保護范圍內。

  正如上述的本發明,紅外線傳感器要與鼓膜盡可能地靠近,這樣就可直接探測到來自鼓膜的紅外線。而且,可完全防止水分的任何侵入。因此,可實現準確的體溫測量。

  權利要求

  1.一個用來探測來自鼓膜的紅外線以測量體溫的紅外線體溫計,它包括一個主體,其用來被手握著;一個探針部,其可拆卸地連接在該主體上并具有一個用來被插到外部聽覺導管中的前端部,該前端部具有一個用來接收入射紅外線的入口孔;和一個紅外線傳感器,其安裝在該探針部的前端部中。

  2.如權利要求1所述的紅外線體溫計,其特征在于,該探針部包括一個中空窺器,其用來被插到該外部聽覺導管中;一個傳感器殼體,其粘接在該窺器中,用來容納該紅外線傳感器;一個氣密件,其設置在該傳感器殼體的前端上。

  3.如權利要求2所述的紅外線體溫計,其特征在于,該窺器是中空的且是圓錐形的,并且由硅橡膠制成;而且該氣密件是一平面硅片,并被平齊地設置于該窺器的前端。

  4.如權利要求2所述的紅外線體溫計,其特征在于,該傳感器殼體在其前端具有一個向外擴展的入射角擴展部。

  5.如權利要求2所述的紅外線體溫計,其特征在于,該傳感器殼體在其后端具有一個外螺紋部,以便該探針部可通過采用一個螺母螺紋連接到該主體上,其中一個內螺紋部形成在該螺母上。

  6.如權利要求2所述的紅外線體溫計,其特征在于,該傳感器殼體的紅外線傳感器包括一個蓋、一個敏感器件、一堵頭和一根導桿,該蓋具有一個硅片過濾器,并且該過濾器與該氣密件平行設置。

  7.如權利要求6所述的紅外線體溫計,其特征在于,在該紅外線傳感器的周圍,具有一個傳熱件,其由金屬制成,該傳熱件用來將環境熱量傳遞到該紅外線傳感器上;和一個散熱件,該散熱件被設置用來固定該紅外線傳感器和該傳熱件,并用來將外部聽覺導管的環境熱量傳遞到該紅外線傳感器上。

  8.如權利要求7所述的紅外線體溫計,其特征在于,該傳熱件由銅制成,而該散熱件由一種環氧樹脂制成。

  9.如權利要求2-8中任何一項所述的紅外線體溫計,其特征在于,在該傳感器殼體和該紅外線傳感器之間設置有一個絕熱部。