CN1168623A - 红外鼓膜温度计 - Google Patents
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Abstract
一种红外鼓膜温度计(1)，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度。在优选实施例中，安装在罐(2)中或片(14)上的热电堆(31)安置在耳探针(20)的近端(4)的空腔(9、60)，或是安装在罐(2)中的热电堆(31)直接安装在耳探针(20)的近端(4)上。热电堆(31)邻近温度传感器(32、36)形成，后者测量罐(2)内环境温度。在一个实施例中，热电偶(31)和温度传感器(32、36)一起集成在半导体衬底上。当温度计(1)用于测量体温时，耳探针(20)的近端(4)是离鼓膜较近的端部。
Description
发明领域
本申请涉及红外温度计的领域。更具体地说，它涉及用于通过感测从鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度的红外鼓膜温度计。
背景
人们已经使用各种方法来检测人的体内温度。它们包括水银温度计和电子温度计。最新的改进是使用红外鼓膜温度计，它通过感测从耳内鼓膜发射的红外辐射来测量体内温度。使用红外鼓膜温度计的主要好处是减少得到温度读数所花费的时间。
现有的红外鼓膜温度计通常使用一个热电堆来感测从鼓膜发射的红外辐射，并将热电堆封装在一个最大外径为0.335英寸的TO5罐内，就如该技术中众所周知的那样。因为该结构太大而不能装入耳朵，所以热电堆安装在锥形耳探针的离开耳朵的相反端部(远端)内。
通常由于两个原因，使热电堆安置在远的位置上对测量精度产生不利影响。首先，远的位置在鼓膜和热电堆之间产生观测角的问题，因为很难将装置直接指向鼓膜。因此，在鼓膜和热电堆之间必须使用红外波导管，后者具有为得到最大的红外反射率而特别制备的内表面。
第二，远的位置产生由于耳道和热电堆之间环境温度差异而引起的测量问题。因此，为了尽可能减小沿波导管的温度梯度，波导管必须具有高的导热率并良好地绝热，而TO5热电堆必须安装在一个强劲的散热器中，有一个热敏电阻安装在热电堆上并与其接触。强劲的散热器的目的是保证一个高的热时间常数。此外，波导管的内面须有昂贵的反射镀层。
同时，有时使用一个第二热敏电阻，以减小探针上的热绝缘。该第二热敏电阻通常安装在耳探针最靠近耳朵的端部(近端)上，以补偿探针近端和安装热电堆的探针远端(仪表端)之间环境温度的差异。这种改型是否改善了单热敏电阻型式的费用或精度还是个问题。
在企图尽可能减少这些精度问题时涉及到费用问题。这些包括使探针绝热、对波导管内面进行抛光和电镀与增加一两个热敏电阻及其有关电子部件的费用。同时，可能需要一个第二红外窗以密封波导管从而防止灰尘和其它污染物落入波导管内部并对精度和安全性产生不利影响。
图1和图2表示先有技术的温度计，它们例示由于热电堆位于离开耳朵的远位置而引起的固有问题。两个图表示安置在外壳21和41内的热电堆22和42。这些热电堆每个具有一个靠近热电堆的红外窗23和43与一个最靠近耳朵的温度计近端24和44附近的红外窗28和48。由于与鼓膜的距离，它们每个有一个波导管25和45、围绕波导管的绝热件26和46以及一个大体围绕热电堆22和42的散热器27和47。此外，先有技术的温度计通常具有安置在各个位置的热敏电阻以测量周围温度并补偿热电堆和耳道之间环境温度的差异。图1表示使用单独一个热敏电阻29，而图2表示使用两个热敏电阻49和50。同时，图2表示使用一个一次性使用的盖子，该盖子也可以用在改进的温度计上。
发明概要
本发明改进了上述红外鼓膜温度计，方法是将热电堆封装在一个更小的外壳中并将热电堆安置在靠近鼓膜的耳探针近端处。这种新的部位取向导致提高精度和减少费用，同时保持其它红外鼓膜温度计的速度优点。这种改进的温度计在解决耳道和热电堆之间的环境温度差异问题方面不需要昂贵的波导管和另外的温度传感器(即：热敏电阻)及其有关电子部件。本发明也不需要耳探针的热绝缘，而且免去了强劲的散热器和在热电堆外壳外部的热敏电阻。
下面公开两个实施例。第一实施例将热电堆封装在一个外径为0.189英寸的TO18罐内，与此相比较，先有技术的TO5罐的外径为0.335英寸。然后将更小的热电堆安置在最靠近耳朵的耳探针端部，从而大大地改善了观测角并不再需要热绝缘的波导管。这种安置方法同时不再需要额外的红外窗。
此外，在热电堆元件上增加一个单个的热电偶以替代外部环境的测量热敏电阻，实际上节省了所有热敏电阻的费用并尽可能提高了温度计的精度。
第二实施例使用一个具有单独一个附加的热电偶的热电堆元件，两者都安装在耳探针尖端处的凹槽内，然后用单独一个红外窗密封。这免去了对TO18罐的需要，并能够使热电堆元件甚至更接近探针的近端和更靠近鼓膜，从而提高了精度。
在两个实施例的任一个中的这种改进，实际上免去了对任何金属部件的需要(除了热电堆罐以外)，因此耳探针能够优先地模制成一个塑料外壳的整体部件，从而节省了额外的费用。此外，耳探针可以是一个用柔软韧性的材料模制的分开的棒状元件，从而节省了额外的费用，并使耳探针更易于符合各种耳道的形状。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的红外鼓膜温度计。
本发明的另一个目的是提供一种精度提高的改进的红外鼓膜温度计。
本发明的又一个目的是提供一种费用降低的改进的红外鼓膜温度计。
附图的简要说明
考虑下述结合附图的说明将能更好地理解本发明的这些目的和其它目的，附图中：
图1是一种先有技术红外鼓膜温度计的截面图，例示使用一个热绝缘的细长的波导管和一个热敏电阻。
图2是一种先有技术红外鼓膜温度计的截面图，例示使用一个热绝缘的细长的波导管和两个热敏电阻。
图3是使用一个带有单个热电偶的热电堆元件的改进的温度计的截面图，两者都安装在一个TO18罐中，后者安装在耳探针的空腔中。
图4是使用一个带有单个热电偶的热电堆元件的改进的温度计的第二实施例的截面图，两者直接安装在耳探针的空腔中。
图5是改进的温度计的截面图，其中热电堆和热电偶安装在一个TO18罐中(类似于图3)，表示该罐安装在耳探针的端部上。
图6是图3和图5所示的热电堆、热电偶和罐的放大截面图。
图7是图4所示的热电堆和热电偶的放大截面图。
图8A是改进的温度计的截面图，其中热电堆和热电偶安装在一个TO18罐中(类似于图3)，表示该罐安装在一个可以弯曲的耳探针端部的空腔内。
图8B是改进的温度计的截面图，其中热电堆和热电偶安装在一个TO18罐中(类似于图3)，表示该罐安装在一个可以弯曲的耳探针的端部。
详细说明
现在转向附图，图3表示一个改进的红外鼓膜温度计1。该温度计通常包括外壳8、一个在TO18罐2中带有热电偶的热电堆和有关的电子部件及导线6。此处不讨论也未示出有关的电子部件，因为它们在该技术中是众所周知的并在先有技术中较充分地说明过，例如在美国专利No.4,895,164中。
外壳8包括两个主要部件：主体7和耳探针20。主体7和耳探针20最好形成为整体结构，或作为独立的部件进行装配。在成形为整体结构的场合，最好采用被美国食品药物管理局(FDA)认可可与人体接触的柔软韧性的材料来制造。在使用独立部件装配主体7和耳探针20的场合，主体7不需要用柔软韧性的材料来制造。主体7最好成形为可以用手(未示出)握住的形状。耳探针20成形为可以插入病人耳朵(未示出)的形状。最好是，任何构型中耳探针使用的材料都柔软和柔韧到足以符合耳道的形状。优选的材料是硅橡胶、合成橡胶、软注模塑料或天然橡胶。如先有技术中采用的，改进的温度计1可以使用一个一次性使用的盖子。
最好是，带有热电偶的热电堆安装在一个外径为0.189英寸的TO18罐2中，该罐在该技术中众所周知。TO18罐2安置在外壳8最接近鼓膜的近端4的空腔9中。或者是，TO18罐2可以直接安装在耳探针20的近端4上，如图5中所示。在任何一种情况下，TO18罐2有一个使用硅滤光片的红外窗3，如在该技术中众所周知的。窗3位于近端4处，使得从鼓膜来的红外辐射大体上垂直于窗3的平面通过。可以使用一个安装在窗3外表面上的聚焦透镜(未示出)。聚焦透镜最好为半圆形，以便将红外辐射聚焦到热电堆上。聚焦透镜只能应用在改进的温度计1中，因为热电堆安置在鼓膜附近。有关的导线6从TO18罐通过外壳8中的通道5引导到处理和显示系统(处理和显示系统在此处没有示出，因为它类似于美国专利No.4,895,164中公开的那种系统)。
图6是优选的TO18罐30的放大图，表示红外滤光片窗3、热电堆31、带有冷接点32、热接点36、两个陶瓷板33、34、一个陶瓷块35的热电偶以及TO18罐底座38的安装。支承杆37用于将上述部件固定到耳探针上。
操作温度计1时，保键专业人员或家庭用户将温度计1的耳探针20放入病人的耳道，尽可能接近鼓膜而不要碰到鼓膜，并大体上垂直于鼓膜。因为各人耳道的形状各不相同，所以最好使用柔韧材料制造耳探针20，使得包含热电堆的近端4能够尽可能接近垂直地对准鼓膜。热电堆检测鼓膜发射的红外辐射。因为这种红外辐射与病人的体温度成正比，所以此温度计能够测量病人的温度。安置在TO18罐内的热电偶测量热电堆工作时的环境温度，这被用来校准温度读数。
图4例示本发明的第二实施例，公开一种温度计11，它通常包括外壳19、带有热电偶12的热电堆元件，以及有关的电子部件和导线17。如上所述，有关的电子部件在此处未示出或讨论。
此处，与图3中示出的温度计1相反，热电堆并不安装在一个“罐”中。它最好安装在置于探针20最靠近耳朵的近端15的空腔60内的陶瓷片14上。红外窗13直接安装在外壳19的近端15上，以保护热电堆12和从元件来的电子部件。如第一优选实施例中那样，该窗13使用硅滤光片，如该技术中众所周知的。同样，可以使用如上所述的聚焦透镜。一个热电偶安装或沉积在热电堆芯片上。手柄18和导线通道16与图3中所示的第一实施例相同。
图7是第二优选实施例的放大图，除了部件不安装在TO18罐中外，其它与图6相同。图7表示热电堆31，带有冷接点32、热接点36、两个陶瓷板33、34、一个陶瓷块35的热电偶，以及可以是金属或陶瓷的片14。支承杆37用于将上述部件固定在耳探针上。
尽管在上述两个实施例中采用一个热电偶，但可以使用分立的或扩散的二极管或晶体管或者分立的或沉积的热敏电阻来代替热电偶，而这些变化都预定包括在本专利的范围之内。此外，比TO18小或形状不同的罐都预定包括在本专利的范围之内。同时，在两个实施例中，耳探针可以用柔软的韧性的材料制造，以便于进入耳道和使病人感到舒适。图8A表示使用一种在点71处固定于主体7上的可以弯曲的耳探针70，其中TO18罐2安装在可以弯曲的耳探针70的近端4的空腔9内。图8B表示TO18罐2直接安装在可以弯曲的耳探针70的近端4上。
在操作方面，图4中所示的第二实施例类似于图3中所示的实施例。这两个实施例都具有精确度提高、费用降低和读数快速的特点。与图1、图2中所示的先有技术装置相比，费用降低了，因为不再需要附加的红外窗、热绝缘、散热器和附加的热敏电阻及有关的电子部件，虽然它们可能被选择性地包括。
虽然已经图示和说明了本发明的实施例，但可以进行各种修改而不偏离本发明的范围，所有这些修改和等效方案都预定包括在本发明的范围之内。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种红外鼓膜温度计，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度，包括：
a.包括有耳探针的外壳，耳探针的尺寸适合装入耳道；
b.热电堆，安置在一个外径小于0.335英寸的罐内，该热电堆和该罐安装在上述耳探针的插入耳道的那个端部处，由此该热电堆测量从鼓膜来的红外辐射；
c.温度传感器，安置在上述罐内，以测量环境温度；
d.安装在上述罐上的红外滤光片窗，红外辐射能通过该窗；和
e.导线、电子部件和显示器，用于传送数据、计算温度和显示结果。
2.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括热电偶。
3.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括分立的或沉积的热敏电阻。
4.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括分立的或扩散的二极管或晶体管。
5.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述外壳的形状可以在上述插入耳道中的耳探针的端部插入一个可以拆去的和一次性使用的盖子。
6.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述热电堆、温度传感器和罐安装在上述耳探针的那个端部的空腔内。
7.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述热电堆、温度传感器和罐安装在紧靠上述耳探针的那个端部处。
8.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和上述外壳形成整体结构，并用一种柔软韧性的材料制成。
9.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和外壳是固定连接的，而上述耳探针用一种柔软韧性的材料制成。
10.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，聚焦透镜安装在上述红外滤光片窗附近，以便向着上述热电堆聚焦红外辐射。
11.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括硅滤光片。
12.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括锗滤光片。
13.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，大体上上述罐的所有外表面都透射红外辐射。
14.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述罐主要用硅制成。
15.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述罐主要用锗制成。
16.一种红外鼓膜温度计，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度，包括：
a.包括有耳探针的外壳，耳探针的尺寸适合装入耳道；
b.测量从上述鼓膜来的红外辐射的热电堆元件，安装在上述耳探针的那个端部的空腔内；
c.温度传感器，安装、沉积或扩散在上述热电堆元件上或其附近，以测量上述热电堆元件周围的环境温度；
d.片元件，上述热电堆元件和上述温度传感器就安装在该片上；
e.安装在上述耳探针的那个端部上的红外滤光片窗，红外辐射能通过该窗；和
f.导线、电子部件和显示器，用于传送数据、计算温度和显示结果。
17.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括热电偶。
18.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括热敏电阻。
19.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括二极管。
20.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括晶体管。
21.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述外壳的形状可以在上述插入耳道中的耳探针的端部插入一个可以拆去并一次性使用的盖子。
22.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和上述外壳形成整体结构，并用一种柔软韧性的材料制成。
23.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和外壳是固定连接的，而上述耳探针用一种柔软韧性的材料制成。
24.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，聚焦透镜安装在上述红外滤光片窗附近，以便向着上述热电堆聚焦红外辐射。
25.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括硅滤光片。
26.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括锗滤光片。
27.一种红外鼓膜温度计，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度，包括：
a.包括有连接的柔软韧性的耳探针的外壳，耳探针的尺寸适合装入耳道；
b.热电堆，安置在一个外径小于0.335英寸的罐内，该热电堆和该罐安装在邻近上述耳探针的近端处，由此该热电堆测量从鼓膜来的红外辐射；
c.热敏电阻，安置在上述罐内，以测量环境温度；
d.安装在上述罐上的红外硅滤光片窗，红外辐射能通过该窗；
e.聚光透镜，安装在上述滤光片窗附近，以便向着上述热电堆聚焦红外辐射；和
e.导线、电子部件和显示器，用于传送数据、计算温度和显示结果。
Claims (27)
1.一种红外鼓膜温度计，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度，包括：
a.包括有耳探针的外壳，耳探针的尺寸适合装入耳道；
b.热电堆，安置在一个外径小于0.335英寸的罐内，该热电堆和该罐安装在上述耳探针的近端处，由此该热电堆测量来自鼓膜的红外辐射；
c.温度传感器，安置在上述罐内，以测量环境温度；
d.安装在上述罐上的红外滤光片窗，红外辐射能通过该窗；和
e.导线、电子部件和显示器，用于传送数据、计算温度和显示结果。
2.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括热电偶。
3.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括分立的或沉积的热敏电阻。
4.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括分立的或扩散的二极管或晶体管。
5.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述外壳的形状可以在上述插入耳道中的耳探针的端部插入一个可以拆去的和一次性使用的盖子。
6.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述热电堆、温度传感器和罐安装在上述耳探针的最接近插入耳道的点的空腔内。
7.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述热电堆、温度传感器和罐安装在紧靠上述耳探针的近端处。
8.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和上述外壳形成整体结构，并用一种柔软韧性的材料制成。
9.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和外壳是固定连接的，而上述耳探针用一种柔软韧性的材料制成。
10.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，聚焦透镜安装在上述红外滤光片窗附近，以便向着上述热电堆聚焦红外辐射。
11.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括硅滤光片。
12.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括锗滤光片。
13.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，大体上上述罐的所有外表面都透射红外辐射。
14.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述罐主要用硅制成。
15.如权利要求1所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述罐主要用锗制成。
16.一种红外鼓膜温度计，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度，包括：
a.包括有耳探针的外壳，耳探针的尺寸适合装入耳道；
b.测量来自上述鼓膜的红外辐射的热电堆元件，安装在上述耳探针的近端处的空腔内；
c.温度传感器，安装、沉积或扩散在上述热电堆芯片上或其附近，以测量上述热电堆周围的温度；
d.片元件，上述热电堆和上述温度传感器就安装在该片上；
e.安装在上述耳探针近端上的红外滤光片窗，红外辐射能通过该窗；和
f.导线、电子部件和显示器，用于传送数据、计算温度和显示结果。
17.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括热电偶。
18.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括热敏电阻。
19.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括二极管。
20.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述温度传感器包括晶体管。
21.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述外壳的形状可以在上述插入耳道中的耳探针的端部插入一个可以拆去并一次性使用的盖子。
22.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和上述外壳形成整体结构，并用一种柔软韧性的材料制成。
23.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述耳探针和外壳是固定连接的，而上述耳探针用一种柔软韧性的材料制成。
24.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，聚焦透镜安装在上述红外滤光片窗附近，以便向着上述热电堆聚焦红外辐射。
25.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括硅滤光片。
26.如权利要求16所述的红外鼓膜温度计，其特征在于，上述红外滤光片窗包括锗滤光片。
27.一种红外鼓膜温度计，用于通过感测由人耳鼓膜发射的红外辐射来测量人体温度，包括：
a.包括有连接的柔软韧性的耳探针的外壳，耳探针的尺寸适合装入耳道；
b.热电堆，安置在一个外径小于0.335英寸的罐内，该热电堆和该罐安装在邻近上述耳探针的近端处，由此该热电堆测量从鼓膜来的红外辐射；
c.热敏电阻，安置在上述罐内，以测量环境温度；
d.安装在上述罐上的红外硅滤光片窗，红外辐射能通过该窗；
e.聚光透镜，安装在上述滤光片窗附近，以便向着上述热电堆聚焦红外辐射；和
e.导线、电子部件和显示器，用于传送数据、计算温度和显示结果。
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