CN109799009A - 一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于远程校准的技术领域，公开了一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，所述疫苗冷链系统包括多个用于存储疫苗的冷藏设备，每个所述冷藏设备内部均设置有用于监测其温度的多个温度传感器，所有的温度传感器均通过中继器与远程服务器相连。校准时在每个冷藏设备内部均设置有等温块，将标准温度计和其内部待校的温度传感器均放入等温块的内部，待温度稳定后，通过中继器将指定时间内标准温度计和待校温度传感器的检测温度值等时间间隔传送给远程服务器，再利用积分计算法获得两者之间的示值误差，完成对待校的温度传感器的校准。本发明填补了疫苗监测温度计无法有效进行原位溯源的空白，使得校准方法得到补充和完善。

Description

一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法

技术领域

本发明涉及远程校准的技术领域，尤其涉及一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法。

背景技术

近年来，国内外重大疫苗的安全事件频发，无时无刻不牵动着公众和媒体敏感的神经。众所周知，疫苗必须在一定的低温环境中储存和运输(冻干苗贮运保存条件是-15℃，灭活疫苗2℃～8℃保存)。如果超出这个温度范围，高温会使疫苗特别是活疫苗效价迅速降低，或使蛋白质变性，疫苗也随之失效。温度的变化有可能导致疫苗失效以及预防接种安全问题。这些充分说明疫苗保存及配送过程中温度的重要性。

疫苗从出厂到接种之前，使之保持在一定的低温环境的储运过程即称之为疫苗冷链。冰箱是基层疫苗接种单位用于储存疫苗的主要设备，医用级冰箱箱体内温度较均匀和恒定，内部结构适合于药品存放，是储存疫苗的最佳选择。

温度传感器作为冷链管理体系的"监测官",其自身是否准确,直接决定了冷链关系体系的是否有效。传统的温度传感器计量，需要把探头或仪器拆卸下来送至国家指定的有资质的计量机构进行计量，如此一来，需要冷链物流的企业或监管单位提供大量的备用监测设备，以保证冷链监控的连续性。不仅增加了企业或监管单位的设备购置与维护成本，而且也增加了备用设备每年的周检费用。目前，没有机构对使用中的温度传感器进行远程或不影响监测的校准方法的研究。

1、传统的温度记录设备的现状：

市场上目前存在的类似产品是温度传感器+路由器的模式，所有温度信息通过本地PC与外部连接。安装时需要综合布线，路由器断电可能造成网络中断且监测稳定性较差；同时这种温度记录仪很难实现平台的云计量，造成传感器校准工作的复杂性增大、成本过高。

2、基于物联网的冷链监测和云计量平台：

虽然冷链温度监测的仪表种类繁多，而且能远程采集数据的平台也不少，但是用于冷链温度监测的远程计量校准平台还没有，其温度校准的办法还沿用传统的温度校准方法，没有一套用于远程校准的方法和设备。因此，急需一种远程计量方法解决冷链温度传感器远程检测和校准难题。

发明内容

本发明提供了一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，解决了现有疫苗冷链系统中温度传感器的校准需要拆卸，严重影响疫苗安全性，增加了企业或监管单位的设备购置、维护成本、周检费用等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，所述疫苗冷链系统包括多个用于存储疫苗的冷藏设备，每个所述冷藏设备内部均设置有用于监测其温度的多个温度传感器，所有的温度传感器均通过中继器与远程服务器相连，校准时在每个所述冷藏设备内部均设置有带容纳空腔的等温块，将标准温度计和其内部待校的温度传感器均放入等温块上容纳空腔的内部，待温度稳定后，通过中继器将指定时间内标准温度计和待校的温度传感器的检测温度值等时间间隔传送给远程服务器，再利用积分计算法获得两者之间的示值误差，完成对待校的温度检测器的校准。

进一步，所述积分计算法通过对指定时间内标准温度计和待校的温度传感器的检测温度值所组成的曲线分别进行时间积分，获得对应的积分值，再计算所述积分值与指定时间的比值，获得对应的温度平均值，最后，计算对应温度平均值的差值即为示值误差。

进一步，所述积分计算法包括以下步骤：

步骤一、利用如下方程式，分别计算两者指定时间内标准温度计和待校的温度传感器的检测温度值与时间间隔的乘积和与指定时间的比值，获得对应的温度平均值

其中，f(x_n)，g(x_n)分别表示在指定时间内第n个时间间隔标准温度计和待校温度传感器的检测温度值，n＝1,2,3...m，m表示在指定时间内的时间间隔的个数；

步骤二、利用如下方程式，计算标准温度计和待校温度传感器的温度平均值的差值，即为两者之间的示值误差Δ。

进一步，所述指定时间设置为六小时，所述时间间隔设置为不大于两分钟。

进一步，每个待校温度传感器和标准温度计均设置有唯一特征码，所述唯一特征码和对应的检测温度值均通过2.4G射频模块传送给中继器，再由中继器通过GPRS网络传送给远程服务器。

进一步，所述待校的温度传感器和标准温度计均包括温度检测探头，所述温度检测探头与处理器相连，所述处理器与第一2.4G射频模块、第一射频天线相连，所述中继器包括控制器，所述控制器与第二射频天线、第二2.4G射频模块、GSM模块相连，所述温度检测探头用于检测冷藏设备内部的温度信息，所述第一2.4G射频模块、第二2.4G射频模块用于数字信号和2.4G射频信号之间的转换，所述第一射频天线、第二射频天线用于2.4G射频信号的发送或接收，所述GSM模块用于实现控制器与远程服务器之间的通讯。

进一步，所述等温块上设置有与标准温度计、每个冷藏设备内部的待校的温度传感器的数量一致的容纳空腔，其形状与放入其内的标准温度计、每个冷藏设备内部的待校的温度传感器的部分形状对应一致。

本发明有益的技术效果在于：

本发明采用无线射频通讯技术、GPRS通讯技术，将温度检测器采集的温度值传输到远程服务器，如云服务器，考虑到疫苗冷链设备温场的均匀性遇到波动性，需要采集大量的数据进行校准，利用积分计算法代替传统的示值误差计算方法，提高了校准的准确性和精度，同时，温度远程校准借助互联网+平台，是温度计量领域一次新的尝试，可以填补了疫苗监测温度计无法有效进行原位溯源的空白，为疫苗全生命周期的温度监测提供了可靠的技术手段，大大缩减了校准时间的成本，提高了校准方式的适应性和灵活性，易于推广使用。冷链监测和云计量平台将使得管理从原来的人工记录，转变为自动记录、保存历史数据，将大大节约人力物力，提高效率和可靠性，从用户角度上考虑，用户的接受度很高，操作便捷，实施成本低，通过大数据分析和云计算等手段将完成冷链的整体监督与溯源，使整个流程温度数据得到监管与保障。云计量平台是在配备足够多标准温度计的情况下可实现大批量、不间断、不移动、不替换被校设备的计量方法，同时将被校准的仪器设备与标准仪器设备的数据传输至物联网的平台。

附图说明

图1为本发明的总体流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，该疫苗冷链系统包括多个用于存储疫苗的冷藏设备，每个冷藏设备内部均设置有用于监测其温度的多个温度传感器，所有的温度传感器均通过一个或者多个中继器与远程服务器相连，校准时在每个冷藏设备内部均设置有等温块，将标准温度计和其内部待校温度传感器均放入等温块的内部，待温度稳定后，通过中继器将指定时间内标准温度计和待校温度传感器的检测温度值等时间间隔传送给远程服务器，再利用积分计算法获得两者之间的示值误差，完成对待校温度传感器的校准。

一般情况下，温度传感器的校准需要提供一个稳定的温度检测环境，以排除环境温度波动对校准精度的影响，对于疫苗冷链系统，医用冰箱为了维持有效容积内的温度值处于要求范围内，需要间歇式的补充冷量，一般为每小时三次左右，补充冷量的过程就会导致空间内的温度波动，导致测量不确定度增加，误差加大，待校的温度传感器与标准温度计的温度响应时间不同，灵敏度不同，均会增加测量的不确定性。为了避免温度波动导致测量结果受到影响，本发明采用铝制等温块为标准温度检测器和待校的温度检测器提供较稳定的温度检测环境，并且在等温块上设置有与标准温度计、每个冷藏设备内部的待校的温度传感器的数量一致的容纳空腔，其形状与放入其内的标准温度计、每个冷藏设备内部的待校的温度传感器的部分形状对应一致，可以是圆柱形、方体等，这样，既能很好的解决温度的不均匀性，待等温块放置在冰箱内一定时间后达到一个稳定的温度，又解决了响应时间不一致的问题。

首先，对标准温度计进行校准，记录好标准温度计的修正值，该标准温度计可以选取精度等级比被校的温度传感器高的温度计，或者采用同类型的温度计进行筛选，将其中重复性好的温度计作为标准温度计。然后，把这些标准温度计与等温块送到或邮寄到各疫苗存放点，由操作人员将标准温度计与被校的温度传感器同时放置在等温块的容纳空腔内部，容纳空腔的数量与标准温度计和被校温度传感器总和一致，形状对应匹配，如果温度传感器的采集探头与显示主体分开，可仅将采集探头放入容纳空腔的内部，也可将采集探头和显示主体捆绑在一起，整个放入容纳空腔的内部；如果两者合为一体，则将整个温度传感器都放入容纳空腔的内部，再然后，通过远程服务器将标准温度计与被校的温度传感器的时间设置同步，采集间隔不大于两分钟，发送间隔不大于两分钟。这样，就可以通过远程服务器获得标准温度计与被校温度传感器的检测数据，进而得到被校温度传感器的校准结果，最后再由被检方将标准温度计及等温块再返还或邮寄到实验室，如果必要，可对标准温度计进行再次校准，观测标准温度计的准确性。

一个存放空间可能包括很多个存储疫苗的冷藏设备，而整个疫苗冷链系统可能包括多个这样的存放空间，为了提高数据传输的稳定性和可靠性，每个存放空间设置一个或多个中继器，具体根据施加情况而定，对冷藏设备内部的温度传感器也增加了无线传输功能，采用2.4G射频传输，该射频传输较315MHz,433MHz和915MHz等波段无线传输的抗干扰能力强，较普通的wifi模块或者蓝牙模块的功耗要小的多，比较适合疫苗冷链系统的实际情况，避免因缺少电能或者更换电能不及时对疫苗的安全性造成不必要的影响。而中继器与远程服务器之间的通讯采用GPRS通讯技术，可以借助移动网络的通讯基站的大范围性，扩大远程校准的范围，即使是偏远地区，只要设置有移动网络的通讯基站，都可以加入我们的远程校准平台进行校准。

具体地，该待校的温度传感器和标准温度计均包括温度检测探头，该温度检测探头与处理器相连，该处理器与第一2.4G射频模块、第一射频天线相连，该中继器包括控制器，该控制器与第二射频天线、第二2.4G射频模块、GSM模块相连，该温度检测探头用于检测冷藏设备内部的温度信息，该第一2.4G射频模块、第二2.4G射频模块用于数字信号和2.4G射频信号之间的转换，该第一射频天线、第二射频天线用于2.4G射频信号的发送或接收，该GSM模块用于实现控制器与远程服务器之间的通讯。

为了提高数据传输的可靠性，每个待校的温度传感器和标准温度计均设置有唯一特征码，该唯一特征码和对应的检测温度值均通过2.4G射频模块传送给中继器，再由中继器通过GPRS网络传送给远程服务器，这样，在传输过程中，既有2.4G射频模块和GSM模块本身的数据校验码，也有温度传感器本身的唯一特征码校验，双重保险，有效保障数据传输的正确性。该唯一特征码可以采用待校的温度传感器和标准温度计的设备编号或者其他类型的唯一号码表示。

虽然本发明采用了等温块，但其温度检测环境还是不能够和传统的校准环境完全等同，因此，传统校准方法使用较少采集数据评估示值误差的方式不适用，需要在足够长的时间内采集足够多点进行判定，本发明采用积分计算法获取示值误差，主要是通过对指定时间内标准温度计和待校温度传感器的检测温度值所组成的曲线分别进行时间积分，获得对应的积分值，再计算上述积分值与指定时间的比值，获得对应的温度平均值，最后，计算对应温度平均值的差值即为示值误差。

具体包括以下步骤：

步骤一、考虑到积分原理，如果将时间间隔设置非常小，将其与对应的检测温度值围成图形近似看作矩形，则对应的积分可以看作所处时间间隔对应的检测温度值与时间间隔乘积，因此，可利用如下方程式，分别计算两者指定时间内标准温度计和待校温度传感器的检测温度值与时间间隔的乘积和与指定时间的比值，获得对应的温度平均值

其中，f(x_n)，g(x_n)分别表示在指定时间内第n个时间间隔T标准温度计和待校的温度传感器的检测温度值，n＝1,2,3...m，m表示在指定时间内的时间间隔T的个数；

步骤二、利用如下方程式，计算标准温度计和待校的温度传感器的温度平均值的差值，即为两者之间的示值误差Δ。

为了验证等温块的容纳空腔数量、检测时间对校准结果的影响，本发明实施了以下实验。

实验一：等温块上设置有两个容纳空腔，一个用于放置标准温度计，记为1#，另一个用于放置待校的温度传感器，记为2#，采样时间间隔设置为两分钟，分别进行24小时、12小时和6小时的温度检测，利用积分计算法和插值法进行远程校准和实验室校准的比较，其比较结果如下：

分析上表，使用不同的采集时间计算温度传感器的差值，得到24h、12h、6h两者之示值误差非常接近，可见在温度传感器示值稳定后，达到6h以上，其示值误差已接近实际示值误差，建议在实际校准过程中采集时间不低于6h。

与实验室校准结果相比，此次远程校准的示值误差偏高0.1℃。

实验二：等温块上设置有三个容纳空腔，中间一个用于放置标准温度计，记为15#，另两个用于放置待校的温度传感器，记为14#、16#，采样时间间隔设置为两分钟，分别进行16小时、8小时、6小时和4小时的温度检测，利用积分计算法和插值法进行远程校准和实验室校准的比较，其比较结果如下：

分析上表，使用不同的采集时间计算温度计的差值，得到16h、8h、6h、4h三者之示值误差非常接近，虽然达到4h以上，其示值误差已接近实际示值误差，考虑到冷链设备的多样性与复杂型，建议在实际校准过程中采集时间不低于6h。

与实验室校准结果相比，此次远程校准的示值误差：14#示值误差偏高0.09℃，16#示值误差偏低0.04℃。

本发明采用无线射频通讯技术、GPRS通讯技术，将温度传感器采集的温度值传输到远程服务器，如云服务器，考虑到疫苗冷链设备温场的均匀性遇到波动性，需要采集大量的数据进行校准，利用积分计算法代替传统的示值误差计算方法，提高了校准的准确性和精度，同时，温度远程校准借助互联网+平台，是温度计量领域一次新的尝试，可以填补了疫苗监测温度计无法有效进行原位溯源的空白，为疫苗全生命周期的温度监测提供了可靠的技术手段，大大缩减了校准时间的成本，提高了校准方式的适应性和灵活性，易于推广使用。冷链监测和云计量平台将使得管理从原来的人工记录，转变为自动记录、保存历史数据，将大大节约人力物力，提高效率和可靠性，从用户角度上考虑，用户的接受度很高，操作便捷，实施成本低，通过大数据分析和云计算等手段将完成冷链的整体监督与溯源，使整个流程温度数据得到监管与保障。云计量平台是在配备足够多标准温度计的情况下可实现大批量、不间断、不移动、不替换被校设备的计量方法，同时将被校准的仪器设备与标准仪器设备的数据传输至物联网的平台。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，所述疫苗冷链系统包括多个用于存储疫苗的冷藏设备，每个所述冷藏设备内部均设置有用于监测其温度的多个温度传感器，所有的温度传感器均通过中继器与远程服务器相连，其特征在于：校准时在每个所述冷藏设备内部均设置有等温块，将标准温度计和其内部待校的温度传感器均放入等温块的内部，待温度稳定后，通过中继器将指定时间内标准温度计和待校的温度传感器的检测温度值等时间间隔传送给远程服务器，再利用积分计算法获得两者之间的示值误差，完成对待校温度传感器的校准。

2.根据权利要求1所述的用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，其特征在于：所述积分计算法通过对指定时间内标准温度计和待校温度传感器的检测温度值所组成的曲线分别进行时间积分，获得对应的积分值，再计算所述积分值与指定时间的比值，获得对应的温度平均值，最后，计算对应温度平均值的差值即为示值误差。

3.根据权利要求2所述的用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，其特征在于所述积分计算法包括以下步骤：

步骤一、利用如下方程式，分别计算两者指定时间内标准温度计和待校的温度传感器的检测温度值与时间间隔的乘积和与指定时间的比值，获得对应的温度平均值

其中，f(x_n)，g(x_n)分别表示在指定时间内第n个时间间隔标准温度计和待校温度传感器的检测温度值，n＝1,2,3...m，m表示在指定时间内的时间间隔的个数；

步骤二、利用如下方程式，计算标准温度检测器和待校的温度检测器的温度平均值的差值，即为两者之间的示值误差Δ。

4.根据权利要求3所述的用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，其特征在于：所述指定时间设置为六小时，所述时间间隔设置为不大于两分钟。

5.根据权利要求1所述的用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，其特征在于：每个待校的温度传感器和标准温度计均设置有唯一特征码，所述唯一特征码和对应的检测温度值均通过2.4G射频模块传送给中继器，再由中继器通过GPRS网络传送给远程服务器。

6.根据权利要求5所述的用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，其特征在于：所述待校的温度传感器和标准温度计均包括温度监测探头，所述温度检测探头与处理器相连，所述处理器与第一2.4G射频模块、第一射频天线相连，所述中继器包括控制器，所述控制器与第二射频天线、第二2.4G射频模块、GSM模块相连，所述温度检测探头用于检测冷藏设备内部的温度信息，所述第一2.4G射频模块、第二2.4G射频模块用于数字信号和2.4G射频信号之间的转换，所述第一射频天线、第二射频天线用于2.4G射频信号的发送或接收，所述GSM模块用于实现控制器与远程服务器之间的通讯。

7.根据权利要求1所述的用于疫苗冷链系统的远程温度校准方法，其特征在于：所述等温块上设置有与标准温度计、每个冷藏设备内部的待校的温度传感器的数量一致的容纳空腔，其形状与放入其内的标准温度计、每个冷藏设备内部的待校的温度传感器的部分形状对应一致。