CN112539839A - 一种非接触式动物体温监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式动物体温监测装置，它包括设备主体、红外传感器、远红外透镜、弹性伸缩机构、环境温度传感器、松紧绑带和主控制器，设备主体通过松紧绑带固定在动物颈部或其他部位，设备主体内设置有主控制器以及与主控制器相连的红外传感器、环境温度传感器，红外传感器前部的设备本体上设置有弹性伸缩机构，弹性伸缩机构外端密封设置有远红外透镜，远红外透镜与动物皮肤直接接触设置，弹性伸缩机构深入动物毛发内部。本发明能够实现在线高精度温度测量，测温快速准确，使用方便可靠，实用性强。

Description

一种非接触式动物体温监测装置

技术领域

本发明涉及的是一种体温监测装置，具体涉及一种非接触式动物体温监测装置。

背景技术

动物的体温变化和其生长状况息息相关，监测动物体温的变化可对动物的发情期等阶段进行精准判断，从而进行有针对性的处理，提升养殖效益。同时畜牧业养殖，动物整体密度较大，如果发生可传播疾病，容易造成大面积的传染。常规的人工测量方式，效率较低且不易操作。

动物体表温度和实际体温之间有一定的差值，并且此差值和环境温度相关，只判断体表温度无法准确还原体温。

常规体表温度测量技术，受动物毛发影响较大，针对牛、羊等牲畜。由于毛发的存在无法准确测量体表温度。

目前主要要以下技术进行动物体温测量：

1.体外传导式测温方法。通过佩戴在动物体表，温度感应装置和动物毛发使用绑带贴合，理想情况下，温度感应装置会和动物体温趋于一致。通过对热感应装置温度的监测实现对动物体表温度的监测。此技术主要的问题是动物毛发有较好的隔热效应，衰减较大。同时热传导的实时性较差，当两部分温度接近时，需要很长时间才能温度的同步。

2.体外红外测温方法。同样佩戴在动物体表，采用类似人体测温枪的技术方案，使用红外热电堆传感器，加装菲涅尔透镜实现对目标温度的非接触测量。此方案同样受体表毛发隔热影响较大，同时毛发的红外发射率和皮肤差距较大，进一步增加了测量的误差。同时，由于热电堆原始精度较低，需要采用长时间过采样的技术来提高精度。正常需要一秒钟的时间来获取准确数据。动物可穿戴设备要求系统具备极低的功耗，满足电池供电长期工作的要求。过长的采样时间将降低系统的使用时间。

3.体内测温方法。以超高频rfid测温标签为代表，可以将测温标签植入动物皮下或者体内，通过读取设备定期获取动物体温，由于测温标签直接植入动物体内，温度测量精度较高。缺点是采集需要靠近采集设备，无法做到长期在线监测。并且整体实施难度较大，不利于推广。

综上所述，上述技术效果都不是很好，因此，本发明设计了一种非接触式动物体温监测装置。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种非接触式动物体温监测装置，能够实现在线高精度温度测量，测温快速准确，使用方便可靠，实用性强。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种非接触式动物体温监测装置，包括设备主体、红外传感器、远红外透镜、弹性伸缩机构、环境温度传感器、松紧绑带和主控制器，设备主体通过松紧绑带固定在动物颈部或其他部位，设备主体内设置有主控制器以及与主控制器相连的红外传感器、环境温度传感器，红外传感器前部的设备本体上设置有弹性伸缩机构，弹性伸缩机构外端密封设置有远红外透镜，远红外透镜与动物皮肤直接接触设置，弹性伸缩机构深入动物毛发内部。

作为优选，所述的远红外透镜采用远红外防尘防水滤光片，保证整体结构的密封防水，同时不会影响红外光的透射。

作为优选，所述的红外传感器的感应点到远红外透镜的最远距离为3cm，所述的红外传感器的FOV为10°，远红外透镜直径为1cm。

作为优选，所述的远红外透镜为透过波长为5-14μm的硅片远红外透镜。

本发明的有益效果：本发明的采用高精度非接触式红外温度传感器，可以在0.1秒内获取准确的目标温度。采用弹性伸缩式透镜结构，可以使测温探头深入动物毛发内，减小毛发对体表温度的影响，内置小角度视场镜头，保证透镜移动不会对测温产生影响；采用远红外滤光片，保证整体结构的密封防水，同时不会影响红外光的透射。内置环境温度传感器，通过环境温度补偿，得到精准的体温。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种非接触式动物体温监测装置，包括设备主体1、红外传感器2、远红外透镜4、弹性伸缩机构5、环境温度传感器7、松紧绑带8和主控制器9，设备主体1通过松紧绑带8固定在动物颈部或其他部位，设备主体1内设置有主控制器9以及与主控制器9相连的红外传感器2、环境温度传感器7，红外传感器2前部的设备本体1上设置有弹性伸缩机构5，弹性伸缩机构5外端密封设置有远红外透镜4，远红外透镜4与动物皮肤6直接接触设置，弹性伸缩机构5深入动物毛发内部。

所述的远红外透镜4采用远红外防尘防水滤光片，保证整体结构的密封防水，同时不会影响红外光的透射。

所述的红外传感器2的感应点到远红外透镜4的最远距离为3cm，所述的红外传感器2的FOV为10°，远红外透镜4直径为1cm。

所述的远红外透镜4为透过波长为5-14μm的硅片远红外透镜。

本具体实施方式的设备主体1使用绑带直接固定在动物颈部或其他部位，红外传感器2为核心测温设备，具备高速温度采集、小视场角度等优点；红外视场3示意有效的红外测温范围，远红外透镜4实现防水防尘，同时不阻隔红外线的功能；弹性伸缩结构5带弹性的长度可调节的多接结构，用于深入动物毛发内部，减小测量误差；动物皮肤6和弹性伸缩结构顶端的远红外透镜直接接触；环境温度传感器7检测环境温度变化，用于补偿动物真实体温；松紧绑带8用于固定设备到动物颈部或其他部位；主控制器9为系统处理单元，负责传感器数据采集及温度补偿，传输等。

本具体实施方式的红外传感器：物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度关系密切。因此，通过对物体自身红外辐射的测量，能准确地确定其表面温度，红外测温就是利用这一原理测量温度的。红外测温器由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理及输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

红外测温视场角度(FOV, Field of view) 相当于传感器的“眼睛”能看到的范围，不同型号的传感器“眼睛”能张开的大小不一样，决定了能测温的能力不同。要想准确测出物体的温度，被测物必须把整个FOV“装满”，不然外部的物体温度将会被测量进去，导致错误的测试结果，目标Tobj由于面积过小，未能完全覆盖视场角，导致Terror区域进入传感器视场，从而得到错误的结果。

针对本检测装置的设计，由于伸缩式镜头的存在，红外透镜距离传感器感应电有一定的距离。此时需要减小视场角，或者加大红外滤光片的直径，以保证整个伸缩镜头区域不会遮挡红外传感器的FOV视场角。

根据设计，红外传感器感应点到伸缩镜头最远距离为3cm。取FOV为10°的红外传感器，根据三角函数，则在3cm的位置，FOV直径为0.525cm。此处选择直径为1cm的远红外滤光透镜，可以满足FOV不被遮挡的要求。

为了实现设备整体的防尘防水，并保证红外传感器的长期稳定性，需要避免红外传感器长期裸露在空气中。此处在弹性伸缩结构顶端，装有一个专用的远红外滤光片。正常的哺乳动物体温温度，波长在8~12um之间。此处选择使用透过波长为5-14um的硅片远红外透镜，透过率80%以上。可以满足系统的要求。由于透过透镜的红外光有一定的损失，在补偿阶段对损失值进行算法补偿，可以还原传感器原始精度。

伸缩式镜头结构是为了实现和动物皮肤的紧密贴合。直径1cm左右的圆柱形弹性伸缩结构配合松紧绑带，可以使测温镜头深入动物毛发内，更紧密的贴近皮肤，提升体温采集的精度和效率。

环境温度和体表温度息息相关，在人体温度恒定的情况下，环境温度越低，体表温度越低。在设备的远离动物身体一侧，安装环境温度传感器，感知真实的环境温度。

同时，根据实验获取的衰减曲线，测得不同环境温度下的衰减情况，并建立对应的补偿表。实际测得的体表温度通温度补偿表修正实际体温，以获取更高精度的体温数据。

本具体实施方式的工作原理：使用时，测温设备的设备主体1通过松紧绑带8固定在动物颈部，使其尽量贴近动物皮肤；弹性伸缩结构5组成的小直径测温镜头，可以使其更容易深入动物毛发内，减少动物毛发对温度的影响；远红外透镜4对设备内部的元器件进行保护，实现设备的防水。远红外透镜对体表温度范围内的红光有很好的穿透性，可以保证最终的测量精度；红外温度传感器2不随镜头伸缩变化，而是固定在设备底部，通过小视场角度的镜头，最终在红外传感器测得目标表面温度值；主控制器9通过红外温度传感器，采集动物体表温度，同时通过；环境温度传感器7采集环境温度，结合体表温度和环境温度，通过内置的补偿算法，计算出动物真实体温，并为其身体状态判断，提供数据依据。

本具体实施方式采用了补偿算法：

设备直接采集到的是动物的体表温度以及环境温度，而并不是常规认为的动物体温，需要通过体表温度以及环境温度换算得到真实体温。

目前常见的是查表法，不同的体表温度对应不同的体温。但是查表法有一个弊端，通常无法带入环境温度，因为两个变量的二维数组数据量过大，原始准确数据很难获取，但是环境温度的影响不可忽略，不同的环境温度下，体表温度和真实体温之间的温度差有很大的区别。

经过长时间的测试及数据统计，得到体表温度、环境温度及体温之间的近似函数方程。

其中：

TempEnv为环境温度

TempSur为体表温度

TempBody为目标体温

TempFLow及TempFHigh为中间参数

if (TempEnv<=25)

{

TempFLow =25.65+(0.185*(TempEnv-25));

TempFHigh=34.83+(0.147*(TempEnv-25));

}

if(TempEnv>25)

{

TempFLow = 25.65+(0.085*(TempEnv-25));

TempFHigh =34.83+(0.101*(TempEnv-25));

}

if(TempFLow<=TempSur&&TempSur<=TempFHigh)

{

TempBody=36.3+((0.5/(TempFHigh-TempFLow))*(TempSur-TempFLow));

}

if(TempSur>TempFHigh)

{

TempBody=36.8+((0.8294+(0.00237*TempEnv))*(TempSur-TempFHigh));

}

if(TempSur<TempFLow)

{

TempBody=36.3+((0.5517+(0.0215*TempEnv))*(TempSur-TempFLow));

}。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种非接触式动物体温监测装置，其特征在于，包括设备主体(1)、红外传感器(2)、远红外透镜(4)、弹性伸缩机构(5)、环境温度传感器(7)、松紧绑带(8)和主控制器(9)，设备主体(1)通过松紧绑带(8)固定在动物颈部或其他部位，设备主体(1)内设置有主控制器(9)以及与主控制器(9)相连的红外传感器(2)、环境温度传感器(7)，红外传感器(2)前部的设备本体(1)上设置有弹性伸缩机构(5)，弹性伸缩机构(5)外端密封设置有远红外透镜(4)，远红外透镜(4)与动物皮肤(6)直接接触设置，弹性伸缩机构(5)深入动物毛发内部。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式动物体温监测装置，其特征在于，所述的远红外透镜(4)采用远红外防尘防水滤光片。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式动物体温监测装置，其特征在于，所述的红外传感器(2)的感应点到远红外透镜(4)的最远距离为3cm，所述的红外传感器(2)的FOV为10°，远红外透镜(4)直径为1cm。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式动物体温监测装置，其特征在于，所述的远红外透镜(4)为透过波长为5-14μm的硅片远红外透镜。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式动物体温监测装置，其特征在于，采用了补偿算法，得到体表温度、环境温度及体温之间的近似函数方程，其中：

TempEnv为环境温度

TempSur为体表温度

TempBody为目标体温

TempFLow及TempFHigh为中间参数

if (TempEnv<=25)

{

TempFLow =25.65+(0.185*(TempEnv-25));

TempFHigh=34.83+(0.147*(TempEnv-25));

}

if(TempEnv>25)

{

TempFLow = 25.65+(0.085*(TempEnv-25));

TempFHigh =34.83+(0.101*(TempEnv-25));

}

if(TempFLow<=TempSur&&TempSur<=TempFHigh)

{

TempBody=36.3+((0.5/(TempFHigh-TempFLow))*(TempSur-TempFLow));

}

if(TempSur>TempFHigh)

{

TempBody=36.8+((0.8294+(0.00237*TempEnv))*(TempSur-TempFHigh));

}

if(TempSur<TempFLow)

{

TempBody=36.3+((0.5517+(0.0215*TempEnv))*(TempSur-TempFLow));

}。

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