CN101657707B - 辐射度温度计 - Google Patents
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Abstract
辐射度温度计包括微波传感器(1)和用于处理由所述传感器递送的电信号的电子装置。所述电子装置包括:用于对由微波传感器(1)递送的电信号(S1)进行预放大的装置(5);具有自动增益控制的可变增益放大装置(7),所述装置(7)放大由预放大装置(5)递送的信号,所述放大装置(7)具有允许基于由放大装置输出的信号(S7)自动地调整增益的自动增益控制信号(Vagc);以及用于基于自动增益控制信号(Vagc)来测量温度的电子温度测量装置(8)。
Description
技术领域
本发明涉及通过由一种新的辐射度温度计检测物体发射的辐射来测量所述物体的温度。优选地但非专有地,所述测量以非侵入的方式被应用于测量生物组织的温度,并且具体地讲,测量人体的温度。
背景技术
至今,已知通过检测由一个区域发射的热噪声功率来从远处测量该区域的温度(例如人体的生物组织的平均温度)的各种类型的辐射计。这些辐射度温度计包括超高频或微波传感器(通常在0.5到20GHz范围内),诸如例如天线或探针。
该传感器(在本文档中被称为“微波传感器”)传递其功率为所述温度的函数的信号输出。该信号输出由通常包括在其方形区域中起作用的功率检测器的电子装置来处理,以便传递与信号的功率直接成比例,从而与温度成比例的电量。
这样的功率检测器的平均灵敏度在最佳情况情境下为60dBM,实际上其需要实现非常高的放大(实际上至少80dB的放大)。这导致了显著的振荡风险,并且该类型的技术方案暗示了高的制造成本,这使得其不适合大量应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种低制造成本,从而适合于大量应用的新辐射度温度计。
本发明的辐射度温度计包括微波传感器和用于处理由所述传感器递送的电信号的电子装置。所述电子装置包括:
-用于预放大由微波传感器递送的电信号的装置,
-具有自动增益控制的可变增益放大装置,所述可变增益放大装置允许放大由预放大装置递送的信号,所述放大装置具有允许基于放大装置输出的信号自动调整增益的自动增益命令信号,以及
-允许基于所述自动增益命令信号来测量温度的电子温度测量装置。
本发明的辐射度温度计的预放大装置的增益对于可变增益放大装置的信号输出的功率足够高,以使其永远过于显著并且通过减小可变增益放大装置的增益来系统地使得自动增益控制起作用。因此,当微波传感器检测到电磁辐射时,自动增益命令信号改变以自动地调整可变增益放大装置的增益。本发明基于新的发现:该自动增益命令信号的变化在第一近似中与微波传感器递送的信号的功率的变化成比例,并且因此可有利地被用于测量发射了辐射的物体或区域的温度。
更具体地讲,并且以根据本发明的可选择方式,本发明的辐射度温度计单独或彼此相组合地实现了权利要求2至15的附加和可选择的特征。
也可以任何类型的已知热辐射计有利地实现权利要求3至9的特征和权利要求15的特征,而不管权利要求1的主要技术特征,并且不在与自动增益控制的实现和使用自动增益命令信号以测量温度相结合的情况下。
本发明的目的还有上述辐射度温度计的使用,从而以非入侵的方式测量生物组织的温度,并且具体地讲,人体的温度。
本发明的其它目的为提供具有低热惯量、要被在辐射度温度计中实现的热噪声源,而不管该辐射度温度计的结构,并且包括权利要求3至9或权利要求15中的一个和/或其它特征。
附图说明
本发明的其它特征和优点将基于阅读下面的本发明的几个优选实施例的详细说明部分而变得显而易见,参照附图,所述说明部分作为本发明的非限制和非穷尽的例子而被给出,其中:
图1是本发明的辐射度温度计的第一实施例的框图。
图2是可有利地在本发明的辐射度温度计中实现以构成热噪声源的具有低热惯量的电阻负载的透视图。
图3是本发明的辐射度温度计的第二实施例的框图。
图4是适用于图3的第二实施例的电阻负载的俯视图。以及
图5是图4的电阻负载的侧视图。
具体实施方式
参照图1,已示出了根据本发明的辐射度温度计的例子,使得能够以非入侵的方式从所述物体发射的电磁微波辐射测量物体的平均温度。
辐射度温度计的结构
该辐射度温度计包括使所述电磁微波辐射能够被记录的天线1。该天线也可由探针代替。天线1传递电信号输出S1,其功率P是发射了由天线记录的电磁辐射的物体的温度的函数。
该信号输出S1是由对于本发明特定的电子装置处理的,并且将参照图1在下文中更详细地概述其实施例。
这些电子装置包括:
-白高斯热噪声源3,
-单向线4,
-具有使得单向线4能够连接至天线1的输出端或热噪声源3的两个位置的开关2,
-用于预放大通过单向线4的电信号S2的装置5,
-超外差型装置6,能够变换预放大的信号S3的频率并递送信号S6,
-具有自动增益控制的可变增益放大装置7,用于信号S6的放大,
-电子处理和控制单元8,能够根据放大装置7的连续自动增益命令信号(Vcag)执行温度的自动测量,并递送两个电命令信号输出C1和C2。
可通过与所述物体的组成材料的接触来直接执行天线1与被检查的物体(对其进行温度测量)的耦合,从而更好地避免寄生辐射。其结果是,天线1可以是“带隙”型的,并且以使得天线材料反射系数尽可能的弱的方式,不仅根据工作的频率,还根据所检查的材料的性质(同质或分层)来最优化其尺寸。天线1优选地由具有低介电损耗的材料(例如,FR4型环氧玻璃,Kapton)制成,以便最小化天线的物理温度的影响。此外,其热质优选地尽可能地低,以便最小化热天线材料梯度和天线-被检查的物体热均衡的时间。
天线1与被检查的物体的耦合也可以在没有接触的情况下进行。这需要用适用于自由空间的天线在封闭的金属机壳内进行测量。
通过命令信号C1由电子单元8来控制开关2,开关2可用有源元件(FET、PIN二极管)或诸如机电微系统的无源元件等同地根据本发明来实现。优选地使用SP2T微波开关,从而开关在下面描述的阶段1和2期间严格地记录相同负荷,这对减小由适配的变化而引起的误差风险和由传输系数的变化引起的误差有贡献。
热噪声源3主要包括具有低热惯量的电阻负载30,所述电阻负载30与电流发生器31相关联,并且通过命令信号C2由电子单元8控制。为了当电流源31向负载30供电时提供对于连续体的微波部分的好的绝缘,热噪声源3与开关的耦合是利用由线圈S和电容器C构成的偏振T的帮助实现的。
在下文中将更详细地描述通过电子单元8对开关2和热噪声源3的控制以及负载30的优选实施例。
在图1的具体实施例中,预放大装置5包括两个低噪声级联放大器50、51。这不限制本发明。在又一实施例中,这些预放大装置5可包括单个低噪声放大器或多于两个的低噪声级联放大器。
由预放大装置5递送的信号输出S3的频率向较低并且有利地更容易处理的中间频率的变换是这样获得的:通过混频器60来计算该信号S3与由本地锁相振荡器61(典型地为PLL)递送的预定固定频率F的正弦信号S4的乘积。由预定带宽ΔF的带通滤波器62,在对混频器60的输出端处的信号S5滤波之后获得较低的中频(FI)信号S6。
频率F的选择取决于辐射度温度计的所需应用,具体地讲,取决于对其进行温度测量的材料的介电常数,并且取决于要进行温度测量的检查的材料深度。因此,这是由本领域技术人员根据所需应用就每一个情况来判断地设定的。
例如,1.575GHz左右的频率F对于在总计2cm的检查深度处的人体的生物组织的温度测量是好的折衷。
带通滤波器S6的输出端处的信号输出S6的功率P通过下述关系式与发射了电磁辐射的物体的温度相关联:
(1)P=k.T.ΔF
其中:
k:玻耳兹曼常数,
ΔF:滤波器62的带宽
为了避免其它寄生频率对温度测量的干扰,滤波器62的带宽ΔF必须优选地被设定为尽可能低。例如,可选择2Mhz的带宽(例如:滤波器62的低频等于4MHz;滤波器62的高频等于6MHz)。
具有自动增益控制的可变增益放大装置7包括呈现了高增益动态(例如约60dB左右)的可变增益(G2)放大器70。该放大器70优选地为可变增益对数放大器。
该放大器的增益G2是由连续自动增益命令信号(Vcag)自动地调整的,所述连续自动增益命令信号(Vcag)是以同样已知的方式从放大器70的信号输出S7和参考电压(Vref)获得的。该自动增益调节使得能够在放大链的输出端保持由参考Vref固定并且与施加在其输入端的信号S6的电平无关的信号S7的电平。
为了能够以低成本实现由第二低噪声放大器51、频率变换装置6和具有自动增益控制的可变增益放大装置7构成的电子处理链,有利地使用标准市场元件,诸如由MAXIM INTEGRATED PRODUCTS公司(美国美信集成产品公司)推广的货号为“MAX2745”的GPS元件。
上述频率F的预放大装置5的增益G1被固定为足够高的值,从而希望检测的最小温度变化(例如,等于1℃的ΔT)将其本身表明为使得自动增益控制起作用的信号输出S6的功率变化(自动减小增益G2以将信号S7保持在由参考Vref固定的电平上)。
在这些情况下,自动增益命令信号Vcag在第一近似中与天线1证明的信号的功率成比例,并且从而与发射了被天线1记录的电磁辐射的物体的温度Tx成比例。因此,该自动增益命令信号(Vcag)可有利地用于测量发射了被天线1记录的电磁辐射的物体的温度。
在图1的实施例中,由电子单元8确保用于测量温度的该信号处理(Vcag)。
该电子处理和控制单元8优选地为编程电子单元,包括例如能够执行存储器中载入的温度测量程序的微处理器或微控制器。然而,也可以通过ASIC、FPGA型的专用电子电路等来实现。
不管其结构,该电子处理和控制单元8被设计为通过根据包括下文中描述的三个连续的阶段的预定序列产生开关2和电流发生器3的命令信号C1和C2来执行温度测量。
阶段0:
电子单元8通过信号输出C1来控制开关2,以将用于捕获由被检查的物体发射的电磁辐射的天线1的输出端连接至辐射度温度计的单向线4。
如上所述,自动增益命令信号Vcag与被检查的物体的温度Tx成比例,发射被天线捕获的电磁辐射。该信号Vcag类似于具有非零值、与Tx成比例并且具有给定的标准偏差的白高斯噪声。
在预定时间段t0期间,以预定的采样频率Fe(例如1kHz)由电子单元8采样该信号Vcag,并且为了稍后的处理将所述信号Vcag数值地变换并存储在存储器中。在阶段0期间的该信号Vcag的数值被称为Vx,i。
阶段1:
电子单元8通过信号C1控制开关2,以使其切换至其它位置,即现在使得辐射度温度计的单向线4连接至被带至温度T1的负载30,这使得产生了信号Vcag。
该温度T1是已知的,并且是在位于与电阻器30、单向线4和开关2尽可能近的电子温度传感器的帮助下被测量的,从而最小化这些元件之间的温度梯度。
在该阶段2期间的信号Vcag类似于具有平均非零值、与温度T1成比例并且具有给定标准偏差的白高斯噪声。
在预定时间段t1期间(在阶段1期间)以频率Fe对该信号采样,并且为了稍后的处理将所述信号数值地变换并存储在存储器中。在阶段1期间的该信号Vcag的数值被称为V1,i。
阶段2:
在该整个阶段期间,电子单元8通过命令信号C1控制电流发生器31。结果是:该发生器31向负载30供应恒定强度(constantintensity)I0的持续电流,这使得负载30发散恒定的电力并将其带至温度T2=T1+ΔT。
该温度变化ΔT是已知的并取决于负载30的固有特征和电流的强度I0。例如,当负载30由在基片上实现的电阻值R1构成时,温度变化ΔT由下面的关系式给出:
(2)ΔT=Rth.R1.I02
Rth:其上实现了电阻的基片的热电阻
I0:以mA为单位的电流强度
电阻负载30的大小是为给定强度I0的电流确定的,所以参考温度T1和T2之间的温度差ΔT大于预定最小值,这取决于辐射度温度计所需要的应用。
在该阶段2期间,如上所述,获得的信号Vcag类似于具有平均非零值、与温度T2成比例并且具有给定标准偏差的白高斯噪声。在预定时间段t2期间(在阶段3期间)以频率Fe对该信号采样,并且为了稍后的处理将所述信号数值地变换并存储在存储器中。在阶段2期间的该信号Vcag的数值被称为V2,i。
温度计算
在三个上述阶段完成时,电子单元8在第一情况下从
Vx,i采样计算值VX,
V1,i采样计算值V1,
V2,i采样计算值V2,
然后在第二情况下通过使用下述公式计算被检查的物体的温度Tx:
(3)Tx=T1+ΔT.(VX-V1)/(VX-V2)
为了该公式(3)的应用,考虑足够快地进行在上述阶段0,1和2期间的测量,从而在阶段0至2的每一个之间可考虑不移动电子处理链的增益。
值VX、V1和V2的计算例如在于通过简单的数值积分的数值采样(Vx,i,V1,i,V2,i)的平均值的计算。本领域技术人员可以考虑用于从数值采样Vx,i,V1,i,V2,i计算VX,V1和V2的其它方法。
优选地,为了通过尽可能多地减小它们的标准偏差来获得量VX,V1,V2的每一个的更好的估计值,阶段0至2和通过公式(3)的Tx的计算被连续地重复N次,这使得能够获得更精确的TX的平均值。例如,对于1kHz的采样频率Fe,在每个阶段0至2期间获取的采样的数量等于50,而阶段0至2的迭代的数量N等于40,可大致每6秒执行一次平均温度测量Tx。
负载30的实施例-图2
图2示出了可用于实现热噪声源3的电阻负载30的优选实施例。
总体来讲,并且不管该负载的结构,负载30优选地呈现非常低的热惯量,这有利地使其可能获得快速温度增加时间(从而当电流源31向负载30供电时实现温度T2)和快速温度减少时间(从而当电流源31不再向负载30供电时实现温度T1)。这些温度增加时间和温度减少时间短是重要的,从而减小每个上述阶段0至2之间的过渡时期。这也使得能够有利地减小源31的电消耗。
优选地,电阻负载30的热惯量足够弱,从而使热噪声源在两个参考温度T1和T2之间的温度增加或减少时间小于50ms,并且优选地小于25ms。
参考温度T1和T2的选择取决于辐射度温度计的应用。优选地,但不是必须地,为了减小温度Tx测量误差,本领域技术人员将以这样的方式固定参考温度T1和T2,使得所测量的温度Tx在T1和T2之间。在本发明的非限制方式中,当辐射度温度计被设计为测量人体的物体温度时,T1将例如被固定为约10℃而T2为约50℃,即温度差ΔT(ΔT=T2-T1)等于约40℃。
参照图2,在优选的实施例中,阻性负载30包括以NiCr层的形式实现的电阻300,所述NiCr层被沉积在玻璃基片301的上表面上。在基片301的下表面上,也沉积了例如金的金属化层303。
关于电阻300的电连接,在基片301的上表面上通过沉积实现了例如金的金属化触点302。这些触点302的连续端口302a被设计为增加与电阻300相连接的热电阻,这避免了热汇(heat sinks)的产生并使得仅在电阻300内消耗电力。
在本发明的非限制例子中,电阻300为约100ohm的片状电阻。电流源31被设计为递送强度I0等于15mA的电流。对于40℃左右的温度差ΔT(ΔT=T2-T1),阻性负载30的温度增加或温度减小时间大致等于20ms。
图3示出了本发明的辐射度温度计的另一个实施例。在该实施例中,并且以与图1中描述的相同的方式,我们再次看到天线1、具有两个位置的开关2、单向线4(绝缘器)、经由单向线4通过的信号S2的预放大装置5、能够变换预放大信号S3的频率和递送信号S6的超外差型装置6、以及具有自动增益控制的可变增益放大装置7的配置,以放大信号S6。这些装置1、2、4、5、6和7与图1中的相似。在又一个实施例中,可消除用于变换超外差式频率的装置6。
在该实施例中,辐射度温度计也包括与图1中的不同的热噪声源3’,并且用于从自动增益命令信号Vcag测量温度Tx的装置9与图1的实施例中所应用的装置8不同。
在图3的该实施例中,测量装置9包括递送频率f0的命令信号S9并通过该信号控制开关2的低频发生器90。因此,开关2以频率f0的节奏与天线1和热噪声源3’交替地连接。该热噪声源3’包括欧姆值为RPT(例如50欧姆)的阻性负载30。
在第一近似中,并且通过使用适合于被检查的物体的天线1,信号Vcag的振幅为:
(4)Vcag=g(Tx-Tr)
其中g是天线递送的信号的放大链的增益。
频率f0被选择为没有预放大装置5的1/f噪声。该频率f0的选择在“闪烁噪声”以上就足够了,例如当用于实现预放大装置5的材料为硅时约为kHz级。
在图3的实施例中,与之前描述的图1的实施例的运行相反,进行获得零自动增益命令信号Vcag(Vcag=0)的尝试,这有利地使得能够获得Tx=Tr(见等式(4))而不管增益g的波动。
为了实现上述内容,通过向阻性负载施加从自动增益命令信号Vcag获得的连续电压Upt来实现阻性负载的温度Tr。因此,在该实施例中,阻性负载30的温度Tr用作参考噪声温度并且使得能够进行被检查的物体的温度Tx的测量。
更具体地讲,自动增益命令信号Vcag是在通过比较器92与零参考电压(Vref=0)比较之前,以与频率f0同步的方式通过信号S9(图3-同步检测装置91)而被检测的。比较器92的误差信号输出ε是通过积分电路93而被积分的。根据所述环境,该积分电路93可以是线性或非线性型的。
被施加于阻性负载30的连续电压Upt对应于积分电路93的信号输出,这使得某些功率P通过阻性负载30而扩散,因此,通过该热电阻Rth,其温度Tr增加了δT,即:
(5)Tr=T0+δT
(6)δT=Rth.P
(7)
当使用线性积分电路93时,该积分电路的时间常数τ由电阻R和固定的电容器C构成。该时间常数的选择取决于测量的所需精确度。在温度测量期间,优选地等待等于至少4τ的时间段,以便99%地获得温度测量的最终值。
为了测量阻性负载30的温度Tr,后者被放置在惠斯通电桥96中,所述惠斯通电桥被发生器95供应(加法器94)了以频率f1的交流电压Vp,并且被供应了来自积分电路93的连续电压Upt。
频率为f1的交流电压Vp使得能够进行惠斯通电桥96的不平衡的同步检测,从而使得能够在惠斯通电桥96的输出端获得与阻性负载30的温度Tr成比例的电压Vs。另外还已知来自积分电路93的连续电压Upt能够使得信号Vcag为零,惠斯通电桥96的输出端的电压Vs与被检查的物体的温度Tx成比例(见等式(4))。
优选但非必要地,温度计在天线路径和参考路径(热噪声源3’)之间包括平衡装置10。实际上,当天线1被相同值的阻性负载代替并被带至与阻性负载30相同的温度时,信号Vcag必须为零。然而,因为绝缘器4不完美,所以预放大装置5的噪声因子根据开关2被切换到天线路径上还是参考路径上而改变。为了补偿该问题,经由电位计型的可变电阻K1,通过添加开关2的命令信号S9的一小部分来调节它们的供应电压U0来实现这些预放大装置5的增益。
图4和5示出了适用于图3的实施例的阻性负载30的优选实施例。
该阻性负载30由电阻300构成,所述电阻300是通过在厚度为e的基片301上沉积一薄层铂(Pt)而实现的。确定尺寸L、W以便获得所寻求的电阻值RPT。
关于电阻300的电连接,通过在基片301的上表面上沉积来实现金属化的触点302(例如,是金的)。与电阻300相接触的这些触点302的金的连续端口302a被设计为(低宽度W’)增加连接的热电阻,从而防止电阻300扩散的热逃逸。
基片301的材料和厚度e被选择为在弱扩散电力的情况下,获得电阻的宽的温度变化。因此,对于基片301,优选地使用具有低导热性的材料,例如石英。
可在物体的温度的非侵入测量的所有应用中使用本发明的辐射度温度计,而不管该物体的结构和构成材料。例如,并且以本发明的非穷尽和非限制的方式,辐射度温度计可用于生物组织,尤其是人体的温度的非侵入测量的医学领域,或用于食品的温度的非侵入测量的食品加工领域。
Claims (16)
1.一种辐射度温度计,包括微波传感器(1)和用于处理由所述传感器递送的电信号的电子装置,其特征在于所述电子装置包括:
用于预放大由微波传感器(1)递送的电信号(S1)的装置(5),
具有自动增益控制的可变增益放大装置(7),所述可变增益放大装置(7)允许放大由预放大装置(5)递送的信号,所述可变增益放大装置(7)包括用于基于由可变增益放大装置输出的信号(S7)自动调整增益的自动增益命令信号(Vcag),以及
用于基于所述自动增益命令信号(Vcag)测量温度的电子温度测量装置(8或9)。
2.根据权利要求1所述的辐射度温度计,其特征在于具有自动增益控制的可变增益放大装置(7)包括对数放大器(70)。
3.根据权利要求1所述的辐射度温度计,其特征在于包括第一热噪声源(3)和开关(2),所述热噪声源(3)包括与电流发生器(31)相关联的阻性负载(30),所述电流发生器(31)由电子温度测量装置(8)控制并且能够向阻性负载(30)供应电流(I0),所述开关(2)由电子温度测量装置(8)控制并且能够将预放大装置(5)的输入端连接到微波传感器(1)的输出端或第一热噪声源(3),并且所述电子温度测量装置(8)被设计为控制电流发生器(31),使得阻性负载(30)能够被带至两个不同的参考温度:在阻性负载中没有电流的情况下的第一参考温度(T1)、和当阻性负载(30)被供应了由电流发生器(31)递送的电流时的第二参考温度(T2)。
4.根据权利要求3所述的辐射度温度计,其特征在于:电子温度测量装置(8)被设计为通过实现下述三个连续阶段来执行温度测量:
阶段0:控制开关(2),使得将微波传感器(1)的输出端连接到预放大装置(5)的输入端,并且在预定时间段t0期间对自动增益命令信号(Vcag)进行采样,
阶段1:控制开关(2),使得将第一热噪声源(3)连接到预放大装置(5)的输入端,并且在预定时间段t1期间对自动增益命令信号(Vcag)进行采样,电流发生器不向第一热噪声源(3)的阻性负载(30)供应电流,
阶段2:控制电流发生器(31),使得电流发生器向第一热噪声源(3)的阻性负载(30)供应恒定强度的连续电流I0,并且在预定时间段t2期间对自动增益命令信号(Vcag)进行采样。
5.根据权利要求4的辐射度温度计,其特征在于:电子温度测量装置(8)被设计为从来自阶段0的采样的Vx,i样本计算值VX,从来自阶段1的采样的V1,i样本计算值V1,从来自阶段2的采样的V2,i样本计算值V2,并且从值VX、V1和V2和从第一热噪声源的两个参考温度T1和T2计算温度Tx,其中VX是Vx,i的平均值,V1是V1,i的平均值,V2是V2,i的平均值。
6.根据权利要求5所述的辐射度温度计,其特征在于电子温度测量装置(8)被设计为通过下述公式计算温度Tx:
Tx=T1+(T2-T1).(VX-V1)/(VX-V2)。
7.根据权利要求5所述的辐射度温度计,其特征在于电子温度测量装置(8)被设计为将阶段0至阶段2这三个阶段重复多次,并从每次迭代计算的温度值Tx计算平均温度。
8.根据权利要求3至7之一所述的辐射度温度计,其特征在于第一热噪声源(3)的阻性负载(30)包括由沉积在玻璃基片上的NiCr层、和沉积在所述基片上并且与所述NiCr层相接触的两个金属化触点构成的电阻。
9.根据权利要求3至7之一所述的辐射度温度计,其特征在于两个参考温度T1和T2之间的第一热噪声源的温度增加或减少时间小于50ms。
10.根据权利要求3至7之一所述的辐射度温度计,其特征在于两个参考温度T1和T2之间的第一热噪声源的温度增加或减少时间小于25ms。
11.根据权利要求1所述的辐射度温度计,其特征在于包括第二热噪声源(3’)和开关(2),开关(2)以预定频率(f0)使得预放大装置(5)的输入端连接至微波传感器(1)的输出端或第二热噪声源(3’),并且所述电子温度测量装置(9)包括使得第二热噪声源(3’)的温度(Tr)被基于自动增益命令信号(Vcag)自动地调整的控制装置(91,92,93),以及用于测量第二热噪声源(3’)的温度(Tr)的装置(95,96)。
12.根据权利要求11所述的辐射度温度计,其特征在于第二热噪声源(3’)的控制装置(91,92,93)能够自动地调整第二热噪声源(3’)的温度(Tr),从而使自动增益命令信号(Vcag)为零。
13.根据权利要求12所述的辐射度温度计,其特征在于:所述第二热噪声源(3’)包括阻性负载,并且所述第二热噪声源(3’)的控制装置(91,92,93)包括比较器和积分电路(93),所述比较器根据自动增益命令信号(Vcag)提供误差信号输出(ε),所述积分电路(93)在输出端递送被施加到阻性负载(30)的连续电压(Upt)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的辐射度温度计,其特征在于第二热噪声源(3’)的温度(Tr)测量装置(95,96)包括惠斯通电桥(96),所述惠斯通电桥(96)使得能够获得与第二热噪声源(3’)的温度(Tr)成比例的输出电压(Vs)。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的辐射度温度计,其特征在于包括在对应于微波传感器(1)的输出端的路径和对应于第二热噪声源(3’)的路径之间的平衡装置(10)。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的辐射度温度计,其特征在于第二热噪声源(3’)包括由沉积在具有低导热性的石英型基片上的铂层和沉积在所述基片上并且与所述铂层相接触的两个金属化触点构成的阻性负载(30)。
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US8742769B2 (en) | 2011-01-20 | 2014-06-03 | General Electric Company | Sensor probe and methods of assembling same |
US20150094608A1 (en) * | 2013-09-28 | 2015-04-02 | Brain Temp, Inc. | Systems and methods of non-invasively determining internal temperature |
CN103674315B (zh) * | 2013-12-31 | 2017-01-25 | 中国计量科学研究院 | 一种以量子电压为参考的四通道噪声温度计 |
RU2617276C1 (ru) * | 2015-12-22 | 2017-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "РТМ Диагностика" | Радиотермометр |
DE102016113216B3 (de) * | 2016-07-18 | 2017-11-09 | Hochschule Ruhr West | Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur eines Garguts in einem Gargerät sowie Gargerät |
WO2020009070A1 (ja) * | 2018-07-02 | 2020-01-09 | エレックス工業株式会社 | マイクロ波放射計の較正方法 |
FR3108172B1 (fr) * | 2020-03-11 | 2023-01-13 | Van De Velde Jean Claude | Radiometre et son application a la mesure de temperature |
CN112220460A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-15 | 电子科技大学 | 一种基于微波辐射技术的体内温度测量贴片 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0065339A1 (en) * | 1981-05-20 | 1982-11-24 | Philips Electronics Uk Limited | Radiometer |
US4527162A (en) * | 1982-02-23 | 1985-07-02 | Canadian Patents And Development Limited-Societe Canadien Ne Des Brevets Et D'exploitation Limitee | Radiometer |
CN1184939A (zh) * | 1996-12-10 | 1998-06-17 | 中国科学院长春地理研究所 | 实时定标微波辐射计 |
CN1637398A (zh) * | 2003-10-16 | 2005-07-13 | 三星电子株式会社 | 测量从人体内部辐射出的电磁能的辐射温度计及方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56108947A (en) * | 1980-02-01 | 1981-08-28 | Mitsubishi Electric Corp | Radio receiver for microwave radiometer |
JPS58102118A (ja) * | 1981-12-14 | 1983-06-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属体温度測定方法 |
EP0158690A1 (en) * | 1984-04-17 | 1985-10-23 | Anthony Richard Gillespie | Thermographic apparatus for measuring the temperature distribution in a substantially dielectric medium |
FR2650390B1 (fr) * | 1989-07-27 | 1992-10-30 | Inst Nat Sante Rech Med | Procede pour la mesure des temperatures par radiometrie microonde, avec calibration automatique de la mesure, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0065339A1 (en) * | 1981-05-20 | 1982-11-24 | Philips Electronics Uk Limited | Radiometer |
US4527162A (en) * | 1982-02-23 | 1985-07-02 | Canadian Patents And Development Limited-Societe Canadien Ne Des Brevets Et D'exploitation Limitee | Radiometer |
CN1184939A (zh) * | 1996-12-10 | 1998-06-17 | 中国科学院长春地理研究所 | 实时定标微波辐射计 |
CN1637398A (zh) * | 2003-10-16 | 2005-07-13 | 三星电子株式会社 | 测量从人体内部辐射出的电磁能的辐射温度计及方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP特开昭56-108947A 1981.08.28 |
Also Published As
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