CN107850494B

CN107850494B - 温度测量装置以及具有这样的测量装置的热疗设备

Info

Publication number: CN107850494B
Application number: CN201680042107.XA
Authority: CN
Inventors: F.弗兰茨; J.科赫; U.皮尔茨
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: EP3325929B1; DE102015009088A1; WO2017012697A1; US20190014990A1; US10939827B2; DE102015009088B4; CN107850494A; EP3325929A1

Abstract

本发明涉及一种用于以无触碰的方式确定对象（100）、例如人的温度（T）的测量装置（1），其具有红外线摄像机（10），所述红外线摄像机具有焦点（11），其中校准设备（30）经由数据连接与红外线摄像机（10）连接，其中校准设备（30）具有外壳（31），外壳具有与对象（100）近似的外侧发射率，其中在外壳（31）中布置温度传感器（34）。此外本发明涉及所述测量装置的用途以及一种方法，所述方法尤其是用于运行所述测量设备。

Description

温度测量装置以及具有这样的测量装置的热疗设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的用于确定对象温度、尤其是生物体温、并且尤其特别是人的体温的测量装置，涉及根据权利要求9所述的具有这样的测量装置的热疗设备、根据权利要求9所述的这样的测量装置的应用以及根据权利要求11和13所述的两种方法，所述两种方法尤其是用于运行测量装置。

背景技术

出于许多原因，需要确定对象温度。对此，从现有技术中已知大量的测量装置和测量传感器。

一个特别的挑战是：在不触碰对象的情况下对所述对象的温度进行确定。因此，例如在DE 10 2005 049 676 B3中描述：可以如何借助于红外线测量装置来以无触碰的方式对患者的表面温度或核心温度进行测量。

问题是：用于记录患者的红外线摄像机并未被冷却并且因此具有有限的测量精确度。在医学上的体温确定中，存在如下要求：所有测量值的95%处于±0.5℃之内，也就是说在测量系统和参考温度之间的标准偏差必须小于0.25℃。然而，廉价的红外线摄像机具有＞1℃的标准偏差，因此所述廉价的红外线摄像机并不是适合的。昂贵的红外线摄像机虽然实现大约0.1℃的标准偏差，然而由于经济上的原因常常不能被购买。

发明内容

本发明的任务因此是：提供用于以无触碰的方式确定对象温度、尤其是生物体温、并且尤其特别是人的体温的测量装置，所述测量装置快速工作、可靠地实现高测量精确度并且能够低成本地制造。

本发明的主要特征在权利要求1以及权利要求8、10和11的特征部分中被说明。构型方案是权利要求2至7和9的主题。

本发明涉及一种用于确定对象温度、尤其是生物体温、并且尤其特别是人的体温的测量装置，所述测量装置具有红外线摄像机，所述红外线摄像机具有焦点（Fokus），其中校准设备经由数据连接与红外线摄像机连接，其中所述校准设备具有外壳（Außenhülle），所述外壳具有与所述对象近似的外侧发射率，其中在所述外壳中布置温度传感器。

在此情况下有利的是：借助于长期使用的校准设备来补偿红外线摄像机的测量不精确度。在对人进行光学上的红外线测量时，皮肤的发射率（也称为发射系数）虽然并不是准确已知的，然而却可以从大于0.9至0.95的值出发（也即“黑体”）。如果同时借助于利用具有在焦点中的校准设备的红外线摄像机对患者进行红外线记录，则可以在每次温度确定时进行最新校准。因此可能的是：提供低成本的测量装置，利用所述测量装置能够快速、可靠并且以高测量精确度确定对象温度、尤其是生物体温、并且尤其特别是人的体温。

利用所述方法，因此能够对廉价的红外线摄像机在精确度方面的弱点进行均衡并且随时获得经校准的测量。测量精确度于是基本上与温度传感器的精确度相关。当然，对此，校准设备的外壳应该能够被布置在红外线摄像机的焦点中。可选地，所述外壳利用保持设备与红外线摄像机连接并且利用保持设备在焦点中被定位或能够在焦点中被定位。优选地，所述外壳被布置在焦点的边缘区域中。通过在焦点的区域中的固定位置可能的是：经由软件来限定图像区域，所述外壳处在所述图像区域中。在可选地在医学保温箱中应用的情况下，保持设备例如可以被构造在保温箱的护盖上。所述红外线摄像机也能够被固定在所述护盖上。

根据测量装置的进一步的构型方案，在外壳中布置加热元件，所述加热元件由温度调节器来操控，其中所述温度传感器具有与所述温度调节器的数据连接。因此例如可能的是：将所述外壳加热到IR辐射的与要测量的对象的表面区域相同的所发射的辐射功率。利用温度传感器、例如电阻温度计所确定的在外壳中的温度于是与对象的表面温度相应。

在本发明的进一步的、尤其适合于确定人的体温的构型方案中规定：外壳的外侧发射率与人类皮肤的发射率近似、进一步优选地处在0.92至0.96之间并且尤其特别优选地处在0.935至0.945之间。

在一种特殊的实施方式中，外壳在外侧具有黑色的外部颜色（尤其是烤漆（Ofenlack））。利用这样的外部颜色，可以提供在表面上的所限定的发射率，所述发射率处于人类皮肤的范围内。

此外，测量装置的进一步的实施方式规定：外壳在外侧具有烤漆或阳极氧化处理的层或表面结构，其生成近似的发射率。利用所述制造方法，能够提供具有均匀的发射率的表面。

在测量装置的一种实施变型方案中，外壳具有金属管。所述管形状适合于，容纳温度传感器和加热元件。材料选择“金属”允许快速的温度改变并且因此允许调节到一个温度。相应快速地，能够执行对对象的温度确定。优选地，金属管用作外侧覆层、尤其是黑色的外部颜色、烤漆、特殊的表面结构或阳极氧化处理的层的载体元件。

此外，进一步的构型方案规定：红外线摄像机探测在波长范围8至14μm中的红外线辐射，尤其是在所述波长范围的辐射功率。在频谱范围8至14μm中的所述发射波长典型地在生物的周围环境温度附近出现。将所述频谱范围也称作中波和长波红外线。

在确定温度时的高准确度在一种构造方案中得以实现，根据所述构造方案，温度传感器是NTC温度感应器（负温度系数）、PTC温度感应器（正温度系数）、Pt100温度感应器（铂测量电阻）、热电偶或由热电偶组成的热电堆。

铂测量电阻根据其材料和其在0℃的温度时的额定电阻R₀来被表示。在Pt100温度感应器情况下，额定电阻R₀=100 Ω。

热电偶通过热电来将热量转化为电能量。对此，由不同材料组成的两个导体被相互电连接。在此，在所述导体的末端之间施加如下电压，所述电压与末端和接触点之间的温度差相关。前后接通的热偶构成热电堆。

补充性地，应该规定：外壳与温度感应器和/或热偶在热学上耦合。由此，外壳的表面的温度特别快速地改变。所述在热学上的耦合可以通过直接接触来进行，例如通过精确匹配地将温度感应器和/或加热元件使用到外壳中来进行。补充性或可选地，可以用液体或膏体、例如导热膏或水来填充可能的中间间隙或空腔。

在测量装置的一种优选的构型方案中，外壳比对象更紧密地布置在红外线摄像机处。因此，外壳并不以干扰的方式处于对象或人的活动半径中。

当测量装置以固定的方式被构建、例如被构建在患者卧榻之上或人员检查的范围内、例如在机场和热疗设备（例如在医学保温箱中、热床（Wärmebetten）、热辐射仪中）中时，所述测量装置是特别适合的。于是可以执行自动化的温度测量。

温度调节器和可能的评估设备可以被布置在一个或多个独立的壳体内。然而，所述温度调节器和可能的评估设备也可以被集成在校准设备的壳体内或红外线摄像机的壳体内。

此外，本发明涉及一种热疗设备，所述热疗设备具有人接纳装置（Personenaufnahme）、尤其是卧榻或椅并具有如上面所描述的那样的测量装置。利用这样的设备，例如可以提供医学的保温箱，利用所述医学的保温箱可以连续地、自动化地、无接触地并且准确地测量以及可选地也可以用文件记录（dokumentieren）婴儿的表面温度。

本发明另外涉及上面所描述的用于确定对象的温度、尤其是表面温度、尤其是确定生物的体温并且尤其特别是人的体温的测量装置的应用。

通过所述应用，对象的温度、尤其是生物的体温、并且尤其特别是人的体温能够快速、可靠并且以高测量精确度被确定。在此，低成本的红外线摄像机能够被使用，因为所述低成本的红外线摄像机的测量不精确度可以借助于长期使用的校准设备来被补偿。

在进一步的应用形式中，对象的测量表面和校准设备的外壳尤其是同时地被布置在红外线摄像机的焦点中。

因此，同时对外壳的和测量表面的所发射的波长范围的辐射功率进行确定。然而，原则上也可能的是：相继地、也即时间上偏移地来确定外壳的和测量表面的所发射的波长范围的辐射功率。然而，这通常持续得更长、是更不方便的并且可能导致测量不精确度。

此外，本发明涉及一种方法、尤其是用于运行上面所描述的测量装置的方法，在所述方法中，首先将对象的测量表面和校准设备的外壳布置在红外线摄像机的焦点中。之后，对外壳的所发射的波长范围的辐射功率和测量表面的所发射的波长范围的辐射功率（尤其是连续地）进行确定。在对所述波长范围的辐射功率进行确定期间，在外壳中的温度被调节为如下值，在所述值的情况下，外壳发射在与测量表面相同的波长范围中的辐射功率。随后，输出如下温度，在所述温度的情况下，外壳的所发射的波长范围的辐射功率与测量表面的所发射的波长范围的辐射功率相同。

所输出的温度于是与对象的测量表面的区域内的表面温度相应。在此，本发明也包括如下变型方案，在所述变型方案情况下，说明经整个时间段的在所述外壳中的温度并且最终以视觉和/或声学的方式将所述温度作为测量结果来表示，例如通过并非闪烁的（blinkend）而是连续的指示（Anzeige）或哔声来表示，其中在所述温度情况下外壳的所发射的波长范围的辐射功率与测量表面的所发射的波长范围的辐射功率相同。利用所述方法可以的是：提供具有低成本的红外线摄像机的低成本的测量装置，利用所述测量装置能够快速、可靠并且以高测量精确度确定对象的温度、尤其是生物的体温并且尤其特别是人的体温。根据所述方法，测量精确度即是基本上依赖于温度传感器的精确度并且并不依赖于红外线摄像机的精确度。

尤其是可以通过将外壳的所发射的波长范围的辐射功率调节到测量表面的所发射的波长范围的辐射功率的值来进行温度的调节，其方式为所述外壳的温度被改变。

此外，本发明涉及一种方法，尤其是用于运行上面所描述的测量装置的方法，在所述方法情况下，首先将对象的测量表面和校准设备的外壳布置在红外线摄像机的焦点中。之后，对外壳的所发射的波长范围的辐射功率和测量表面的所发射的波长范围的辐射功率进行确定。此外，外壳的温度被确定。之后，基于外壳的温度和外壳的特定的所发射的波长范围的辐射功率之间的比例来确定修正因子（Korrekturfaktor）。接着，在考虑所确定的修正因子的情况下进行温度到测量表面的所发射的波长范围的特定的辐射功率的分配，然后输出所述分配。

所述方法中有利的是：借助于修正因子来修正在对象上所确定温度，所述修正因子总是最新被确定并且包含瞬时测量偏差。由于不同发射率所造成的略微的不精确度和相应的对象和外壳的实际核心温度的略微的不精确度能够被忽略，尤其是比在没有修正因子情况下所确定的对象的温度情况下明显更小。

根据一种可选的方法的补充方案，进行外壳的温度到所限定的值的调节，其中基于所限定的值和外壳的特定的所发射的波长范围的辐射功率之间的比例来进行所述修正因子的确定。

到限定的温度的调节具有优点：在未知的或改变的周围环境温度的情况下，明显更准确的温度测量也是可能的。所述调节已经可以在真正的（eigentlich）温度确定之前被开始。所述对象的真正的温度测量于是能够非常快速地执行，因为几乎不出现在外壳的温度改变时本应等待的惯性。

所限定的值优选地应该与对象的期望温度大概相应，其中外壳中的温度可选地被调节到所述限定的值。在人类情况下例如是37℃至39℃之间。在恒定的周围环境条件下，例如在实验室或其他有空调的房间内，所述调节也能够通过外部空调调节来实施。在通过外壳来采纳（Annahme）于是当前存在的室温情况下，也已经能够实现对红外线摄像机的测量不精确度的良好均衡。在非恒定的周围环境温度情况下，对于良好均衡而言，将外壳调温到25℃至30℃的温度也是足够的。

附图说明

从权利要求的原文以及从根据附图对实施例的以下描述中得出本发明的其他特征、细节和优点。其中：

图1示出具有测量装置的热疗设备的示意图，所述测量装置具有红外线摄像机，对象处于所述红外线摄像机的焦点中。

具体实施方式

图1示出具有测量装置1的热疗设备50的示意图，所述测量装置用于确定对象100的温度T。在此，当前涉及到人，即涉及到在医学保温箱中的婴儿，其中应该确定所述人的体温。

测量装置1具有红外线摄像机10，所述红外线摄像机具有焦点11，所述红外线摄像机探测在8-14μm的波长范围中的红外线辐射的辐射功率。在焦点11中，对象100和校准设备30的外壳31被布置在焦点11中。识别出：外壳31比对象100更紧密地布置在红外线摄像机10处。示例性示出的是测量装置1在婴孩的患者卧榻之上的固定构建。

校准设备30经由数据连接38与红外线摄像机10连接。此外，校准设备30拥有外壳31，所述外壳具有与对象100近似的外侧发射率。外壳31的外侧发射率与人类皮肤的发射率近似并且处于0.92至0.96之间，优选处于0.935至0.945之间。在此，外壳31具有金属管35，所述金属管在外侧有覆层36，所述覆层尤其是黑色的外部颜色。这样的外部颜色能够例如通过烤漆或阳极氧化处理的层来构造。

在校准设备30的外壳31中布置加热元件32，所述加热元件由温度调节器33来操控。此外，温度传感器34处于外壳31中，所述温度传感器具有与温度调节器33的数据连接。温度传感器34此外与显示装置37、尤其是显示器连接，用于输出温度T。温度传感器34可以是NTC温度感应器（负温度系数）、PTC温度感应器（正温度系数）、Pt100温度感应器（铂测量电阻）、热电偶或由热电偶组成的热电堆。

这样的测量装置1可以被用于确定对象100的温度T。对此，示出对象100的测量表面101，所述测量表面指向（zeigen）红外线摄像机10的方向，并且校准设备30的外壳31被布置在红外线摄像机10的焦点11中。测量表面发射波长范围W2并且外壳31发射波长范围W1。

利用这样的测量装置从现在起能够执行一种方法，在所述方法中执行以下步骤：

a) 将对象100的测量表面101和校准设备30的外壳31布置在红外线摄像机10的焦点11中；

b) 连续地确定外壳31的所发射的波长范围W1的辐射功率和测量表面101的所发射的波长范围W2的辐射功率；

c) 将外壳31中的温度T调节到如下值，在所述值情况下外壳31发射波长范围W1、W2的与测量表面101相同的辐射功率，这尤其通过将外壳31的所发射的波长范围W1的辐射功率调节到测量表面101的所发射的波长范围W2的辐射功率的值来进行，其方式为，改变外壳31中的温度T；

d) 输出温度T，在所述温度情况下外壳31的所发射的波长范围W1的辐射功率与测量表面101的所发射的波长范围W2的辐射功率相同。

所输出的温度T于是与对象100的测量表面101的区域内的核心温度相应。

可选地，利用这样的测量装置也可以执行如下方法，在所述方法中执行以下步骤：

b) 确定外壳31的所发射的波长范围W1的辐射功率和测量表面101的所发射的波长范围W2的辐射功率；

c) 确定外壳（31）的温度；

d) 基于外壳31的所发射的波长范围W1的已确定的辐射功率来确定修正因子和基于外壳（31）的温度和外壳31的所发射的波长范围W1的已确定的辐射功率之间的比例来确定修正因子；

e) 在考虑所确定的修正因子的情况下将温度T分配给测量表面101的所发射的波长范围W2的辐射功率其中已确定的辐射功率；

f) 输出温度T。

可选地，由此可以补充所述方法，其方式为执行以下步骤：

- 在步骤c）情况下将外壳（31）的温度调节到所限定的值；

- 在步骤d）情况下基于所限定的值和外壳（31）的已确定的所发射的波长范围（W1）的辐射功率之间的比例来确定修正因子。

本发明并不限制于上面所描述的实施方式，而是能够以多样的方式来变换。

从权利要求中、说明书中和附图中所出现的全部特征和优点、包括结构上的细节、空间上的布置和方法步骤不仅自身是对于本发明重要的而且也是以最不同的组合的方式对于本发明重要的。

附图标记列表

1 测量装置

10 红外线摄像机

11 焦点

30 校准设备

31 外壳

32 加热元件

33 温度调节器

34 温度传感器

35 金属管

36 覆层

37 显示装置

38 数据连接

50 热疗设备

100 对象

101 测量表面

T 温度

W1 （外壳）所发射的波长范围

W2 （测量表面）所发射的波长范围

Claims

1.一种用于确定人的体温（T）的测量装置（1），所述测量装置具有红外线摄像机（10），所述红外线摄像机具有焦点（11），

其特征在于，

校准设备（30）经由数据连接与所述红外线摄像机（10）连接，

其中所述校准设备（30）具有外壳（31），所述外壳具有与人类皮肤的发射率近似的外侧发射率，其中所述外壳（31）的所述外侧发射率处于0.92至0.96之间，其中所述校准设备（30）的所述外壳（31）能够被布置在所述红外线摄像机（10）的所述焦点（11）中或者是被布置在所述红外线摄像机（10）的所述焦点（11）中的，

其中在所述外壳（31）中布置温度传感器（34）,

其中在所述外壳（31）中布置加热元件（32），所述加热元件由温度调节器（33）操控，其中所述加热元件（32）被构造用于，将所述外壳（31）加热到IR辐射的与要测量的人的表面区域相同的所发射的辐射功率，其中所述温度传感器（34）经由数据连接与所述温度调节器（33）连接。

2.根据权利要求1所述的测量装置（1），其特征在于，所述外壳（31）的所述外侧发射率处于0.935至0.945之间。

3.根据权利要求1或2所述测量装置（1），其特征在于，所述外壳（31）在外侧具有黑色的外部颜色。

4.根据权利要求1或2所述的测量装置（1），其特征在于，所述外壳（31）在外侧具有烤漆或阳极氧化处理的层。

5.根据权利要求1或2所述的测量装置（1），其特征在于，所述外壳（31）具有金属管（35）。

6.根据权利要求1或2所述的测量装置（1），其特征在于，所述红外线摄像机（10）探测在8-14μm的波长范围中的红外线辐射。

7.根据权利要求1或2所述的测量装置（1），其特征在于，所述温度传感器（34）是NTC温度感应器、PTC温度感应器、Pt100温度感应器、热电偶或由热电偶组成的热电堆。

8.热疗设备（50），所述热疗设备具有人接纳装置，并且具有根据权利要求1至7之一所述的测量装置（1）。

9.根据权利要求8所述的热疗设备（50），其特征在于，所述人接纳装置是卧榻或椅。

10.根据权利要求1至7之一所述的测量装置（1）的应用，所述测量装置用于确定人的体温（T）。

11.一种用于确定人的体温的方法，所述方法用于运行根据权利要求1至7之一所述的测量装置（1），其特征在于以下步骤：

a) 将人的测量表面（101）和校准设备（30）的外壳（31）布置在红外线摄像机（10）的焦点（11）中；

b）确定所述外壳（31）的所发射的波长范围（W1）的辐射功率和所述测量表面（101）的所发射的波长范围（W2）的辐射功率；

c）确定所述外壳（31）的温度；

d）基于所述外壳（31）的温度和所述外壳（31）的已确定的所述所发射的波长范围（W1）的所述辐射功率之间的比例来确定修正因子；

e）在考虑所确定的所述修正因子的情况下将温度（T）分配给所述测量表面（101）的所述所发射的波长范围（W2）的已确定的所述辐射功率；

f）输出所述温度（T）。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于以下步骤：

g) 将所述外壳（31）的所述温度调节到所限定的值；

h) 基于所述所限定的值和所述外壳（31）的所述已确定的所发射的波长范围（W1）的所述辐射功率之间的比例来确定所述修正因子。

13.一种用于确定人的体温的方法，所述方法用于运行根据权利要求1至7之一所述的测量装置（1），其特征在于以下步骤：

b) 确定所述外壳（31）的所发射的波长范围（W1）的辐射功率和所述测量表面（101）的所发射的波长范围（W2）的辐射功率；

c) 将所述外壳（31）中的温度（T）调节到如下值，在所述值情况下所述外壳（31）发射在所述波长范围（W1、W2）中的与所述测量表面（101）相同的所述辐射功率；

d) 输出所述温度（T），在所述温度情况下所述外壳（31）的所述所发射的波长范围（W1）的所述辐射功率与所述测量表面（101）的所述所发射的波长范围（W2）的所述辐射功率相同。