CN103298439A - 具有辐射加热器和加热器表面温度传感器的婴儿加温组件 - Google Patents

Abstract

一种婴儿加温组件，其包括加热器组件，所述加热器组件具有加热器表面温度传感器、皮肤温度传感器和用于输入命令的皮肤温度值的用户接口。所述皮肤温度传感器和所述命令的皮肤温度值用于对控制回路的温度部件进行控制。所述加热器表面温度传感器用于对控制回路的功率部件进行控制，所述功率部件至少部分地基于所述加热器表面温度传感器和来自所述温度部件的控制信号为所述加热器提供功率。

Description

具有辐射加热器和加热器表面温度传感器的婴儿加温组件

技术领域

所公开以及所要求主张的构思总体上涉及一种婴儿加温（warming）组件，并且更具体而言，涉及一种采用具有加热器表面温度传感器的辐射加热器的婴儿加温组件，所述加热器表面温度传感器可以至少部分地用于命令控制向加热器递送的功率。

背景技术

婴儿加温器在相关技术领域中通常是公知的。通常在医院或其他医学环境下采用婴儿加温器对婴儿进行加温，以便通过对流和辐射对新生儿损失的热量进行补偿。新生婴儿维持和调节其体温的能力对于存活和成长非常重要。早产或出生体重低的婴儿或者需要进行要求婴儿保持赤裸的医学流程的婴儿会努力维持体温。在维持体温中消耗的卡路里除此以外不能用于帮助婴儿的体重增加，而这是不期望的。因此，已知提供婴儿加温器，其通过中波红外光谱中的辐射向早产婴儿提供热量。

公知的婴儿加温器通常已经采用命令的皮肤温度与测量的皮肤温度之间的差异来操控加热器功率。尽管这样的构造通常对于达到其预期目的是有效的，由于向辐射加热器提供电压的变化、在样本之间以及随着老化程度加热器特征的变化、外界条件的变化和对于输入功率改变的缓慢的加热器响应，不是无限制的。因此，需要提供一种提供改进性能的经改进的婴儿加温组件。

发明内容

因此，一种改进的婴儿加温组件包括辐射加热器控制装置，其对具有测量加热器元件的表面温度的加热器表面温度传感器的加热器组件进行控制。所述辐射加热器控制装置还包括皮肤温度传感器和用户接口，所述用户接口能够用于输入命令的皮肤温度值。所述皮肤温度传感器和所述命令的皮肤温度值被用于对控制回路的温度部件进行控制。所述加热器表面温度传感器被用于对控制回路的功率部件进行控制，所述功率部件至少部分地基于所述加热器表面温度传感器和来自温度部件的控制信号为加热器提供功率。

因此，所公开的并要求主张的构思的一方面是提供一种改进的婴儿加温组件。

所公开的并要求主张的构思的另一方面是提供一种婴儿加温组件的改进的辐射加热器控制装置。

所公开的并要求主张的构思的另一方面是提供一种改进的辐射加热器控制装置，其具有包括温度部件和功率部件的控制回路，所述功率部件至少部分地由加热器表面温度传感器和来自温度部件的控制信号来驱动，所述温度部件至少部分地基于皮肤温度传感器和命令的皮肤温度值。

由被构造成在婴儿加温组件中使用的改进的辐射加热器装置提供了所公开以及所主张的构思的以上和其他方面。辐射加热器装置的一般性质能够阐述为包括辐射加热器和辐射加热器控制装置。辐射加热器包括加热器元件和设置在所述加热器元件上的加热器表面温度传感器，所述加热器表面温度传感器构造成感测当前加热器表面温度。辐射加热器控制装置包括处理器装置和控制回路。所述处理器装置具有在其上执行的若干例程，包括能够实现对命令的皮肤温度值进行设置的用户接口例程。所述控制回路包括温度部件和功率部件。所述温度部件包括皮肤温度传感器、床温度控制器和加热器表面温度查找部（lookup），所述皮肤温度传感器被构造成感测当前皮肤温度，所述床温度控制器被构造成至少部分地基于命令的皮肤温度值和当前皮肤温度来生成床温度控制信号，所述加热器表面温度查找部被构造成至少部分地基于命令的皮肤温度值来生成命令的加热器表面温度值，所述温度部件被构造成至少部分地基于床温度控制信号和命令的加热器表面温度值来生成加热器表面温度控制信号。所述功率部件包括加热器功率控制器和加热器功率查找部，所述加热器功率控制器被构造成至少部分地基于加热器表面温度控制信号和当前加热器表面温度来生成加热器功率控制信号，所述加热器功率查找部被构造成至少部分地基于命令的皮肤温度值来生成命令的加热器功率值。所述辐射加热器被构造成至少部分地基于加热器功率控制信号和命令的加热器功率值为辐射加热器提供功率。

附图说明

从下文结合附图阅读范例性实施例的详细描述中能够进一步理解所公开的并要求主张的构思，在附图中：

图1是根据所公开以及所主张的构思的改进的婴儿加温组件的示意图；

图2是图1的婴儿加温组件的另一示意图；

图3是图1的婴儿加温组件的辐射加热器控制装置的图解；

图4是图3的辐射加热器控制装置的流程图；以及

图5是图4的辐射加热器控制装置的图解。

具体实施方式

在整个说明书中，相似的附图标记只带相似的部分。

如在本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”或“该”包括复数引用，除非上下文明确指示的。如在本文中所使用的，两个或更多个部分或部件被“耦合”的表述将意味着，只要发生链接，这些部分直接地，或者间接地，即通过一个或多个中间部分或部件，接合或共同操作。如在本文中所使用的，“直接耦合”意味着两个元件直接地彼此接触。如在本文中所使用的，“固定耦合”或“固定的”意味着两个部件被耦合以便在保持相对彼此的恒定取向的情况下作为一个整体进行移动。

如在本文中所使用的，“整体”一词意味着创建为单个工件或单元的部件。亦即，包括分别创建并且之后耦合在一起作为一单元的工件的部件不是“整体”部件或实体。如在本文中所采用的，两个或更多个部分或部件一个接一个“啮合”的表述意味着多个部件直接地或通过一个或多个中间部分或部件向另一个施加力。如在本文中所采用的，术语“数个”意味着一或大于一的整数（即，多个）。

在本文中所使用的方位短语，诸如，例如并不限于，顶部、底部、左侧、右侧、上部、下部、前部、后部及其衍生词，涉及附图所示的元件的方位，并不限制权利要求书，除非在文中明确地记载。

图1大体描绘了根据所公开以及所主张的构思的实施例的改进的婴儿加温组件4。在图1中，婴儿加温组件4被描绘为安装在壁8上，尽管在其他实施例中，应当理解，婴儿加温组件4能够被配置成独立的或以其他方式定位，而不脱离本构思。婴儿加温组件4被描绘为包括辐射加热器装置12和床16，二者均安装到壁8上，如上文提到的，除此以外还可以以其他方式定位，而不脱离本构思。

如从图1还能够看出的，辐射加热器装置12的范例性实施例包括与壁8连接的框架20，并且还包括设置在框架20上的加热器组件24和反射器28。加热器组件24包括辐射加热器32和辐射加热器控制装置36，并且提供反射器28以便向床16反射由辐射加热器32生成的辐射能量。

辐射加热器32被认为能够包括加热器元件40和加热器表面温度传感器44，其中所述加热器表面温度传感器44被配置成感测加热器元件40的表面温度。在本文图示的范例性实施例中，加热器元件40为具有电阻丝的陶瓷加热元件，围绕该电阻丝原位固化（cure）陶瓷材料。更具体而言，能够围绕电阻丝和加热器表面温度传感器44浇灌陶瓷材料，在本文图示的实施例中，所述加热器表面温度传感器44为热电偶。尽管能够采用其他类型的辐射加热器元件，而不脱离本构思，陶瓷加热元件非常适于加入加热器表面温度传感器44，因为能够容易地将这种陶瓷材料浇灌到模具中，例如，使电阻丝和加热器表面温度传感器44嵌入其中。

在图2中将辐射加热器控制装置36示意性地示为包括处理器装置48、控制回路52和用户接口56，用户，诸如护士、技术人员或其他人，能够通过用户接口56输入命令的皮肤温度值60。如下文中将更详细地论述的，用户接口56为能够在处理器装置48上执行的例程的形式，并且能够包括诸如视觉显示屏幕的输出装置和诸如键盘的输入装置和/或以范例方式与处理器装置48连接的触敏显示器的触敏部件。如将在本文中其他地方列举的，能够在处理器装置48上执行其他例程，以在辐射加热器装置12上执行其他功能。

如从图2和图3能够理解的，控制回路52包括温度部件64和功率部件68。概括地说，温度部件64采用输入命令的皮肤温度值60和来自与患者的皮肤连接的皮肤温度传感器72的信号。在本文图示的范例性实施例中，皮肤温度传感器72为热敏电阻。向功率部件68提供来自温度部件64的输出，功率部件68也采用来自加热器表面温度传感器44的信号输入。再概括地说，功率部件68本质上为功率控制回路，所述功率控制回路基于如由加热器表面温度传感器44生成的加热元件40的表面温度，以及通过来自温度组件64的至少部分地基于命令的皮肤温度值60与由皮肤温度传感器72生成的当前皮肤温度信号72A之间的差异的信号，来控制向辐射加热器32提供功率。

更具体而言，并且如从图4能够理解的，所述温度部件64能够包括皮肤温度传感器72和床温度控制器74。在本文图示的范例性实施例中，床温度控制器74是比例/积分/微分（PID）控制器，并且因此，在本文中，床温度控制器74也能够被称为床PID 74。将命令的皮肤温度值60与来自皮肤温度传感器72的当前皮肤温度信号72A之间的差异输入到床温度控制器74。之后，床温度控制器74生成至少部分地基于命令的皮肤温度值60和当前皮肤温度信号72A的床温度控制信号76。

温度部件64被认为还能够包括加热表面温度查找部80，其采用一个或多个表和/或一种或多种算法来导出或者以其他方式生成标称上需要的加热器表面温度，以便在患者身上获得命令的皮肤温度值60。在本文描述的范例性实施例中，加热器表面温度与皮肤温度之间的关系从经由实验获得的数据导出。更具体而言，将一组加热器表面温度值和所得到的皮肤温度值输入到计算机程序中，该计算机程序使数据拟合至采用多项式关系的非线性曲线。所述曲线可以是响应于诸如命令的皮肤表面温度60的输入的数学函数形式，输出对应的加热器表面温度值。一旦为具有已知物理尺寸并且位于与患者相隔已知距离处的加热器40导出数学函数，可以在加热器表面温度查找部80的逻辑中采用该函数，以采用命令的皮肤温度值60来生成加热器表面温度值。

这样的加热器表面温度值作为命令的加热器表面温度信号82进行通信，并且与床温度信号76组合，以形成输入到功率部件68的加热器表面温度控制信号84。在这一点上，应当注意，标称命令的加热器表面温度可能在假设250℃的量级上，而命令的皮肤温度值60与当前皮肤温度值72A之间的差异可能小两个数量级，并且可能不大于1℃或其小数。为了将床温度控制信号76有意地与命令的加热器表面温度信号82组合，床温度控制器74通过例如整个数量级按比例增加其输出，尽管可以根据系统需要提供按比例增加更大或更小的量。还应当理解，可以采用其他方法，以能够将床温度控制信号72有意地与命令的加热器表面温度信号82组合的方式，来组合床温度控制信号76与命令的加热器表面温度信号82。

如从图4还能够理解的，功率部件68被认为能够包括加热器功率控制器86和加热器功率查找部90。加热器功率控制86的范例性形式为PID控制器，并且因此，在本文中加热器功率控制器86能够被称为加热器PID 86。

加热器表面温度控制信号84与来自加热器表面温度传感器44的当前加热器表面温度信号88组合并且被输入到加热器功率控制器86。因此，加热器功率控制器86生成至少部分地基于加热器表面温度控制信号84和当前加热器表面温度信号88的加热器功率控制信号92。在这一点上，加热器功率控制器86可以采用某种转换逻辑，或按比例将基于温度的输入，即加热器表面温度控制信号84和当前加热器表面温度信号88，转换为基于功率的输出，即加热器功率控制信号92。

加热器功率查找部90包括一个或多个查找表和/或一种或多种算法以导出或者以其他方式生成至少部分地基于命令的皮肤温度值60并且通常能够以标称加热器功率为特征的加热器功率查找信号90A，要求所述标称加热器功率以实现患者具有命令的皮肤温度值60的结果。将加热器功率查找信号90A和加热器功率控制信号92组合成用于控制加热器元件40的致动器的命令的加热器功率值94。因此，根据命令的加热器功率值94操作加热器元件40向床16释放辐射热。应当注意，在图4中，床16用虚线标出，指示其构思上的存在，除此以外，指示床16本身不是辐射加热器控制装置36的部件。

因此，能够看出，功率部件68是基于加热器元件40的当前表面温度直接控制加热器功率的单独的控制回路。通过使加热器功率基于加热器元件40的表面温度，而不仅基于当前皮肤温度信号72A和/或命令的皮肤温度值60，能够更为准确地控制加热器功率，并且加热器功率能够更快速地对环境进行响应。例如，通过提供比通常在稳态时获得命令的皮肤温度值60所需的更大的功率，加热器元件40可以在瞬时是过载的，因为功率部件68将基于加热器元件40的期望的表面温度，而不是期望的皮肤表面温度，来控制对加热器元件40的功率。这样的控制架构能够提供更快速的响应，该响应不取决于输入电压，不取决于加热器样本之间的变化，并且不随着加热器元件40的老化而变化。

亦即，由于使用功率部件68监测并控制加热器40的表面温度，能够看出，驱动加热器40的功率输入的实际电压在很大程度上是不相干的，只要该实际电压足够驱动加热器根据命令的加热器功率值94工作。另外，加热器40的性能能够根据不同样本而变化，并且也能够随着老化而降低。这种样本之间的变化很大程度上是不相干的，因为加热器40的表面温度受到监测和控制。另外，加热器40随着老化带来性能的下降也在很大程度上是不相干的，因为对加热器40的所得到的表面温度的监测和控制使其在无论哪个所需的占空比工作，以便根据本文中所列举的控制参数获得期望的皮肤温度。另外，当加热器40在其寿命结束时由相似的置换加热器40置换，可以立即获得对置换加热器40的控制，而不需要软件更新或重新校准，因为置换加热器40的表面温度受到如上所述的监测和控制。

如从图5能够理解的，处理装置48包括与存储器98通信的微处理器96。微处理器96能够是诸如微处理器、微控制器等而不限于此的多种处理器中的任意一个。存储器98作为电子存储器，其与微控制器96相连接，并且，其形式可以是RAM、ROM、FLASH等而不限于此的其中的任意一个或多个。如通常所理解的，在微控制器96上执行的例程通常至少部分地储存在存储器98中，用于在微控制器96上检索和执行。在这一点上，重申用户接口56的形式为在微控制器96上执行的例程。如从图5能够理解的，以上提到的其他功能同样为在微控制器96上执行的例程的形式。例如，加热器表面温度查找部80、加热器功率查找部90、床温度控制器74和加热器功率控制器86均用作全部或部分地嵌入微控制器96和/或存储器98的软件。然而，应当理解，这样的例程还能够在分布式布置中在单独的处理器中应用，而不偏离本构思。

辐射加热器控制装置36被认为还能够包括一组模拟/数字转换电子设备100，其包括一个或多个数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）以及其他这样的电子设备，而不偏离本构思。还应当理解，模拟/数字转换电子设备100可以全部或部分地在微控制器96上实施。

如从图5还能够理解的，辐射加热器控制装置36能够任选地包括可能需要执行皮肤温度调节和/或加热器表面温度传感器信号调节的电子设备，尽管这样的信号调节可以潜在地在由皮肤温度传感器72和加热器表面温度传感器44分别提供的电子设备中实施，或也能够以其他方式在辐射加热器控制装置36中实施。同样地，通常采用脉冲宽度调制（PWM）将命令的加热器功率值94转换为用于加热器元件40的致动器的功率输入。特别地，加热器元件40在本质上通常为开/关，并且能够提供脉冲宽度调制以使加热器元件40在开和关状态之间快速切换，其中，脉冲的“宽度”是指时间。加热器元件40的占空比的这种快速切换通常由NIDAQ卡驱动的光耦合晶闸管开关提供，以便实现准确维持加热器元件40的期望表面温度所需的高速切换。当命令的加热器功率值94“增大”时，诸如当加热器40的表面温度需要升高时，可以增加脉冲的打开部分的“宽度”或减少脉冲的关闭部分，或二者皆有。这样，加热器40的实际物理性能在很大程度上是不相干的，因为如本文所列举的控制命令的加热器功率值94，直到获得加热器的期望表面温度和最终得到的患者的期望皮肤温度。

在权利要求书中，圆括号之间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求书。“包含”或“包括”一词并不排除权利要求中所列元件或步骤之外还存在其它元件或步骤。在列举了多个模块的装置权利要求中，这些模块中的多个可以具体实现为一个以及相同的硬件项。元件前面的“一”或“一个”一词并不排除存在多个这样的元件。在列举了多个模块的装置权利要求中，这些模块中的多个可以具体实现为一个以及相同的硬件项。有些元件记载在相互不同的从属权利要求中，这一事实并不表示不能使用这些元件的组合。

尽管基于目前被认为最具实用性以及最优实施例，出于说明目的，已经详细地描述了本发明，应当理解，这种详述主要用于说明目的，并且本发明不限于公开的实施例，而是相反地，旨在所附权利要求书的精神和范围内涵盖修改和相同的布置。例如，应当理解，本发明考虑尽可能地可以将任意实施例的一个或多个特征与任意其他实施例的一个或多个特征进行组合。

Claims (2)

1.一种被构造成在婴儿加温组件中使用的辐射加热器装置，所述辐射加热器装置包括：

辐射加热器，其包括加热器元件和设置在所述加热器元件上的加热器表面温度传感器，所述加热器表面温度传感器被构造成感测当前加热器表面温度；

辐射加热器控制装置，其包括处理器装置和控制回路；

所述处理器装置具有在其上执行的若干例程，所述若干例程包括能够实现对命令的皮肤温度值进行设置的用户接口例程；

所述控制回路包括温度部件和功率部件；

所述温度部件包括皮肤温度传感器、床温度控制器和加热器表面温度查找部，所述皮肤温度传感器被构造成感测当前皮肤温度，所述床温度控制器被构造成至少部分地基于所述命令的皮肤温度值和所述当前皮肤温度生成床温度控制信号，所述加热器表面温度查找部被构造成至少部分地基于所述命令的皮肤温度值生成命令的加热器表面温度值，所述温度部件被构造成至少部分地基于所述床温度控制信号和所述命令的加热器表面温度值生成加热器表面温度控制信号；

所述功率部件包括加热器功率控制器和加热器功率查找部，所述加热器功率控制器被构造成生成加热器功率控制信号，所述加热器功率控制信号至少部分地基于所述加热器表面温度控制信号和所述当前加热器表面温度，所述加热器功率查找部被构造成生成命令的加热器功率值，所述命令的加热器功率值至少部分地基于所述命令的皮肤温度值；以及

所述辐射加热器被构造成至少部分地基于所述加热器功率控制信号和所述命令的加热器功率值而被提供功率。

2.一种采用如权利要求1所述的辐射加热器装置的婴儿加温组件。

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