CN112229534A - 应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，包括艾灸仿真治疗区域部件，在该艾灸仿真治疗区域部件上均布多个温度传感器，每个温度传感器与测温电路的输入端连接，测温电路的输出端与单片机连接，单片机与上位机连接，每个温度传感器采集艾灸治疗温度，测温电路对采集的温度信号放大，送至单片机处理，在上位机显示整个艾灸治疗区域的温度场数据分布图，仿真临床艾灸治疗温度热场。本发明的优点是实时、多点、连续测得艾灸治疗区域的温度变化，实现面式测温；数字化显示艾灸过程中的模拟皮肤表面的温度变化。
Description
技术领域
本发明涉及艾灸疗法热场检测领域，特别涉及一种应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪。
背景技术
艾灸以艾叶作为原材料进行加工处理，通过其温热效应调节人体激素分泌，增强人体免疫能力。传统的艾灸温度场测量是采用临床实验和动物皮肤组织实验的方式研究艾条燃烧过程中治疗区域内的热场分布。在临床治疗实验时，人工施灸易给患者造成烫伤，带来安全隐患，同时患者本身的不确定性也易对实验过程及实验结果有一定影响。在采用动物组织研究热场分布时，其热场的测量过程相对复杂，测温仪器在动物组织中的放置受诸多限制。目前艾灸温度场测量大多只能对单个温度点进行测量，很少能完成治疗区域内整个温度场的测量。传统的艾灸温度场测量的便捷性不佳，时效性、可操作性及安全性也有待改善。这正是本申请需要着重改善的地方。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，客观数字化显示艾灸过程中的模拟皮肤表面的温度变化。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，包括艾灸仿真治疗区域部件，在该艾灸仿真治疗区域部件上均布多个温度传感器，每个温度传感器与测温电路的输入端连接，测温电路的输出端与单片机连接，单片机与上位机连接，每个温度传感器采集艾灸治疗温度，测温电路对采集的温度信号放大，送至单片机处理，在上位机显示整个艾灸治疗区域的温度场数据分布图，仿真临床艾灸治疗温度热场。
所述单片机的数量为多个，每个单片机接收多个测温电路采集的温度信号，并通过A/D转换模块将模拟的温度信号转换成数字信号，将温度数据按通道号排列发送到上位机。
所述艾灸仿真治疗区域部件上设有每个温度传感器的固定部，温度传感器通过固定部与艾灸仿真治疗区域部件固定连接。所述固定部为艾灸仿真治疗区域部件在每个放置温度传感器的位置设有下凹的槽，温度传感器放置于槽内并与槽的内壁或底面固定，固定方式为粘结，或任何固定连接方式之一。温度传感器的引出线穿过槽的背面与下部的测温电路连接。
所述温度传感器为铂热电阻，温度变化在铂热电阻两端产生电压值，温度传感器将电压值发送到单片机。
所述铂热电阻PT100的测量精确度高，性能稳定，能满足施灸过程中所需治疗温度的测量条件，因此采用铂热电阻PT100有利于艾灸治疗区域温度场的精确检测。
所述单片机接收放大的电压值进行A/D转换为数字量。
所述测温电路为三线制接法桥式测温电路，对电阻进行补偿，减少线缆的材料、尺寸和环境温度对测温的准确性带来的干扰。
本发明的优越功效在于：
1）本发明能实时、多点、连续测得艾灸治疗区域的温度变化，实现“点式测温”向“面式测温”的过渡；
2）客观化、数字化显示艾灸过程中的模拟皮肤表面的温度变化；
3）用于研究不同方法艾灸过程中的模拟皮肤表面的热场分布规律；
4）避免了临床实验和动物皮肤组织实验烫伤、工序复杂等问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中36点温度监测热场仿真仪的结构示意图；
图2为本发明实施例中36点温度监测热场仿真仪的电路原理框图；
图3为本发明实施例中的铂热电阻PT100驱动电路、信号放大电路和桥式测温电路的电路图；
图4为本发明实施例中36点温度监测热场仿真仪的温度场数据分布图；
图中标号说明
1—温度传感器； 2—硅胶隔热垫；
3—仿真仪外壳； 4—引线；
5—主机； 6—从机；
7—隔板； 8—桥式测温电路板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。本实施例以36点测温点为例。
图1示出了本发明实施例的结构示意图，图2示出了本发明实施例的电路原理框图。如图1和图2所示，本发明提供了一种应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，仿真仪外壳3的最上方为硅胶隔热垫2，用于模拟施灸过程中的人体皮肤表面或动物皮肤组织的艾灸治疗区域，硅胶隔热垫2上均匀布置了36个大小为1 cm×1 cm的方格，所述36个方格呈6×6矩阵排列且相互独立，以保证不同方格之间的温度互不干扰，每个方格各嵌入一个精密温度传感器1铂热电阻PT100，并用导热胶使得方格空间与精密温度传感器1融为一体、紧密贴合，精密温度传感器铂热电阻PT100采集施灸过程中治疗区域的温度，其引线4从格式硅胶隔热垫2的背面引出，并将其与桥式测温电路板8的输入端口连接。
通过精密温度传感器铂热电阻PT100感知外界温度信息，使其阻值发生相应变化，进而在PT100热电阻的两端产生相应电压值。
所述输出的电压值经信号放大电路放大后传给单片机STM32F103，单片机STM32F103利用内部的A/D转换模块将得到的电压模拟量转换为数字量，再根据测得的PT100热电阻的电阻值转换为温度值，单片机将36多测温点的温度值按照通道号排列好后，通过USB_232串口将温度值数据发送到上位机，显示多个监测点的温度数据，形成温度场数据分布图。本实施例中单片机为一主机5和二从机6，放置于仿真仪外壳3内部的隔板上，位于格式硅胶隔热垫2的下方，桥式测温电路板8的上方。主机5和从机6最多连接12路的温度信号，本实施例是36点测温点，故采用一主机5和二从机6。
本实施例中艾条放置于格式硅胶隔热垫2的中间位置，嵌入在各个方格里的精密温度传感器1铂热电阻PT100感知艾条燃烧时所生成的温度信息，36个温度传感器将采集到的温度信息汇总到同一平面上，便构成了艾灸治疗过程中固定时刻、固定治疗距离所对应的热场分布（如图4所示），通过本发明用以模拟临床艾灸热场检测。
所述电源模块为220V 转12V的模块，所述桥式测温电路板8和主机5、从机6均与电源模块的输出端连接。电源模块提供了多个供电模块，以适应各个耗电部件的用电需求。
如图3所示的电路图，本发明实施例的桥式测温电路共有36个，各自对应36个测温点，放置于仿真仪外壳3的最下方，与主机5和从机6用隔板7隔开。P1模块的PIN1和PIN2分别接温度传感器铂热电阻PT100的两个引脚，out1接单片机STM32F103的I/O口。TL431为可控精密稳压源，在VCC为12V时通过与电位器VR1搭配产生稳定的4.096V电压。R1、R2、VR2和PT100铂热电阻为桥臂电阻，共同组成测量电桥，由电桥原理及PT100特性可知，在环境温度为0℃时，VR2阻值应与PT100铂热电阻的阻值相同，当二者阻值不等时电桥便会产生压差信号，该信号经单电源四路运算放大器LM324放大后输出至单片机STM32F103的AD转换模块。
如图3所示，PT100铂热电阻的稳压供电电源选用的是可控精密稳压源TL431。VCC为12V，VR2为100Ω，通过调节精密电位器VR1进行分压，得到4.096V的基准电压，以基准电压源的电压为参考，控制输出电压值。
如图3所示，因铂热电阻PT100与VR2阻值不相等时产生的mV级的压差信号，经过放大电路对该压差信号进行放大，R3=R4，R5=R6，放大倍数为R5/R3=100，由此可以得出：
根据上述公式，得到电压值。其中：RT 是铂热电阻PT100在温度为T时的电阻值，即图3中P1电路模块对应的电阻值；U0是图3中out1电路模块的输出电压值。
本发明实施例的工作过程如下：
步骤1：接好电源，启动36点温度监测热场仿真仪，检查各部分运行情况，确保仪器能正常工作。选择相应的灸法在硅胶隔热垫2的正中央施灸，PT100铂热电阻采集艾灸治疗区域的温度场数据；
步骤2：三线制接法桥式测温电路将温度传感器1实时采集的微弱的温度场信号进行放大，并将放大的信号输出至主机或从机的GPIO口；
步骤3，主机和从机利用内部的AD转换模块将得到的电压模拟量转换为数字量，再把PT100热电阻的电阻值转换为温度值，主机和从机分别与PC机通过USB_232串口线相接，并通过PC机实时显示多36个监测点的温度数据，形成温度场数据分布图。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，其特征在于：包括艾灸仿真治疗区域部件，在该艾灸仿真治疗区域部件上均布多个温度传感器，每个温度传感器与测温电路的输入端连接，测温电路的输出端与单片机连接，单片机与上位机连接，每个温度传感器采集艾灸治疗温度，测温电路对采集的温度信号放大，送至单片机处理，在上位机显示整个艾灸治疗区域的温度场数据分布图，仿真临床艾灸治疗温度热场。
2.根据权利要求1所述的应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，其特征在于：所述单片机的数量为多个，每个单片机接收多个测温电路采集的温度信号，并通过A/D转换模块将模拟的温度信号转换成数字信号，将温度数据按通道号排列发送到上位机。
3.根据权利要求1所述的应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，其特征在于：所述艾灸仿真治疗区域部件上设有每个温度传感器的固定部，温度传感器通过固定部与艾灸仿真治疗区域部件固定连接。
4.根据权利要求1所述的应用于艾灸治疗的多点温度监测热场仿真仪，其特征在于：所述温度传感器为铂热电阻，温度变化在铂热电阻两端产生电压值，温度传感器将电压值发送到单片机。
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