CN1202242A - 确定红外温度计的信号值的方法及红外温度计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种确定测量人体温度的红外温度计的信号值的方法,在该方法中,上述红外温度计具有一能在上面安装对红外辐射线有足够透明度的测头盖或防护膜的测头,并且,在安装有上述测头盖或防护膜的情况下完成的测量过程中对信号进行定值。而在没有装有上述测头盖或防护膜的情况下完成测量过程时,则对通常更加强的红外辐射线进行适当的修正,采用不同的定值方法。

Description

确定红外温度计的信号值的方法及红外温度计

本发明涉及一种按照权利要求1中的现有技术部分确定红外温度计的信号值的方法，也涉及按照权利要求10中的现有技术部分的一种红外温度计。

红外辐射线温度计是用来测量沿该温度计方向的被测物体所发射的红外辐射线的。如果用普通的全辐射或光带辐射高温计，物体的温度是根据辐射线的强度来确定的。在这种装置中，红外辐射线用一种光学装置(光波导管、透镜、反射镜等等)收集起来，并射向检测器。因此，只有在上述光学装置保证具有良好的性能时，才能正确确定所要表示的温度。

众所周知，当体温计借助于红外线测量温度时，要在红外体温计的测头上加一个可更换的，对于红外辐射线足够透明的测头盖。这种体温计是用于测量耳朵里的温度的。就是说，这种温度计的测头要插到耳朵中去来测量温度。

上述测头盖的一个目的是保护温度计不受污染。这种污染可能传播到光波导管与测头外壁之间的空气间隙中。上述测头的外壁与皮肤接触，所以加热得比较快。为了防止传感器加热和阻碍接受信号，传感器和光波导管都对外壁绝热。为此，在测头的顶端，在测头内部的光波导管与测头的外壁之间有一个间隙。但，在此部位产生的任何污染都可能破坏测量信号。

此外，上述测头盖还可用于防止传染疾病，例如，在测量了一个病人的体温之后，在使用于另一个病人之前先套上一个新的测头盖再使用该温度计。

在EP0565123A1中公开了一种定值红外温度计的信号的方法和一种上面提到的红外温度计，这种温度计在测温的测头上以为了卫生起见套上了一个测头盖。如果没有替换用的测头盖，这种红外温度计就不能显示温度读数。这对于紧急医疗事件中找不到测头盖时特别不方便。虽然这种公知的红外温度计中有一个显示未装上测头盖的标记，但这种标记不容易辨认，使得使用者不能在距离较远处看清。此外，这种温度计也没有设置在操作不当时向使用者指示误差和可采取的校正措施。

因此，本发明的一个目的是改进确定红外温度计的信号值的方法，和改进上面提到的这种形式的红外温度计，例如增强它的处理性能。

这个目的可由权利要求1中的方法和权利要求10中的红外温度计来实现。

在权利要求1的方法中表明，无论在测头上是否安装测头盖或者防护膜，都能够测定信号，因而也就是能够确定温度。相反，在现有技术的温度计中，在没有测头盖的情况下，只能取消信号的测定。在权利要求5所公开的方法中，使得温度计可以根据需要在安装或不安装测头盖的情况下都能够工作。这就使得温度计能在家庭中使用时，即，当使用的人数有限时，不安装测头盖。另一方面，当温度计是在医院中使用时，也能够装上测头盖使用，以避免传染疾病。这样还使温度计的制造简化了，因为不需要区别温度计是医院用的还是家庭用的了。

使用温度计时也可以不用测头盖，就降低了使用时的费用，减少了浪费。更进一步，还增强了温度计的使用功能，因为在找不到测头盖时也能够测量体温。

权利要求2中的方法提供了一种在测量时考虑测头上是否使用测头盖的比较简单的选择方式。在使用测头盖或防护膜时，要检测的红外信号被减弱了。为了补偿减弱了的信号，可将传感器的信号(通常是所检测的红外辐射线强度)放大一个系数，该系数是根据测头盖或防护膜的传输信号来确定的，当使用市售的聚乙烯或聚丙烯薄膜材料时，该系数为1.08-1.20。

相反，权利要求3中的方法能使传感器信号调整得更精确，这是这样来实现的，即，测头盖或防护膜传递的信号是根据环境温度和所测量对象的温度来确定的。

在权利要求4的方法中还考虑了使用者在开始阶段(一般是1-2秒钟)没有正确放置温度计的可能性。如果在开始阶段没有可供检测的信号，就能够避免在这种情况下所发生的测量误差。

最好，上述开始阶段是用温度计上的一个按钮或开关来启动的。在开始阶段启动之后，就可以从传感器信号得出温度上升的结论。当把温度计放入耳朵中时，被检测的温度便开始上升，直到达到实际测量温度为止。因此，上述开始阶段可以从所检测的温度显示出这种上升现象时开始。

用信号特性确定开始阶段时间的长度可以有利地借助于评定被测量的温度随着时间的升高来实现。在测量过程的一个短暂的阶段内，温度会产生陡然的升高。然后，当温度随着时间的变化减小了，或者等于零时，就能判断这个短暂的阶段结束了。也可以根据温度对时间的一阶导数低于预定的阈值，例如小于或等于零，来判断开始阶段的结束。

最好，这种确定开始阶段时间长度的方法只限于不用测头盖或防护膜的测量。当把装有测头盖或防护膜的温度计放入耳朵时，在测量一开始时，在测头盖或防护膜中热量增加得很快，结果，红外热又从测头盖或防护膜辐射出去了。于是温度随时间的升高就不会“饱和”，而是继续升高，虽然比较不明显。这样，对于开始阶段结束的判断就不能达到足够的精确度。

当然，从权利要求4中可以明了，使开始阶段决定于有或没有测头盖或防护膜的可能性都是存在的。

权利要求5中的方法表明，使用者是否在特定的时刻把温度计放在适当部位是没有关系的。相反，在权利要求9所公开的方法中，测量出若干个测量值，用于进一步判断与最高温度相对应的测量值。

这样，万一使用者把温度计放在离开测量点太远的部位，就能防止产生测量误差。如果对在这种情况下所测得的信号进行判断，则所测得的温度将低于实际发生的温度。

最好，省略掉为了确定开始阶段的绝对温度而删除信号的定值，因为这种定值方法不会产生测量结果的误差。

因此，总而言之，权利要求5的定值方法特别使用于装有测头盖或防护膜的测量。使用权利要求的定值方法，开始阶段是否确定得正确就没有关系了，而根据上面所说的理由，当读数是在装有测头盖或防护膜的情形下读得的时，就会发生问题。

在权利要求6所述的方法中，测量值是在一特定时间段中取的，接着该特定时间段之后，便在上述定值中得出这些测量值的平均值，这同样有利于避免上面提到过的误差。上述特定的时间段的量值在几秒钟的范围内，具体的说，在2-44秒钟范围内。

按照权利要求4，在这种方法中，不考虑开始阶段的测量值是特别有利的，这样就避免了扰乱测量的结果。因此，在这种情况下，上述特定的时间段紧跟在开始阶段后面。

因此，权利要求6的方法在不用测头盖或防护膜进行测量时使用特别有利，因为，根据权利要求4中的说明，以后能够得出上述开始阶段的比较可靠的决定。

当然，很容易明了，当在装有测头盖或防护膜进行测量时，也能按照权利要求5完成定值，因而也能根据权利要求6完成装有测头盖或防护膜进行测量时的定值。

总而言之，在使用耳朵温度计时，已经证明，在经过大约4-5秒钟特定的时间之后就结束测量是有利的。把测头插入耳朵会使耳朵局部冷却。这种冷却是发生在某一定时间之后。因此，测量过程在这种会使测量得出错误结果的冷却之前结束是有利的。

因此，在另一个有利的特征中，例如，在经过一段特定的时间之后，测量过程就可能失灵。

按照权利要求7和8的特征，当在温度计上没有安装测头盖时，会发出一个表示需要清理该装置的警告信号。这样，就在使用之前告诉了使用者，该红外温度计或者是没有测头盖，或者是虽然有测头盖，但在再进行测量之前需要清理。上述信号是警告，由于光学装置可能被污染了，或者测头盖是已经使用过的，所以存在着测量误差的危险；但是，既然要产生信号，就应该检测一下该温度计是否处在体温的测量温度范围内，通常，如果测头是插入耳朵内的，只有在此范围内才能使用。所以，当发现测量错误，在清理了测头窗口之后，首先要进行试验性的测量。这种试验过程在每一次不带测头盖进行测量之前都要进行。

为了进行完美的测量，上述试验性测量或者在体温不高的健康人身上进行，或者用一种校准装置(黑体)进行。此外，这种测量还必须在事先已经知道的温度范围内进行，通常至少是在36-37.5℃的范围内。如果被测量的温度在此范围之外，还可以有另一种方法，即，不使温度计归零，并且保持在该试验状态下，或者，另一种方法，不管什么温度，都使温度计归零。

上述警告信号可以用显示的方法给出，例如带有适当字母的红色指示灯，或者使用声音信号给出。

按照权利要求9的特征，当已经使用过的测头盖再一次使用时，也发出一个警告信号。这是警告使用者测头盖可能是被污染了的，让他采取步骤防止潜在的疾病传染。因此，当传感器由测头盖开启动，随后进行了一次测量，而以后在传感器并未接收到另一个脉冲的情况下再次进行测量时，就会产生一个警告信号，通知使用者，这个测头盖是第二次使用了。发出警告信号的先决条件是，在测量温度时，温度要处在人的体温范围内。对于任何处于人体体温以外的测量都不会发出警告信号，因为此时可以认为，其读数是在人体以外测得的，所以不会发生污染。在人体表面上测量的温度，例如，低于36.5℃。

在一个有利的实施例中，上述按照权利要求10的红外温度计包括：一个按照电容、光、磁或者机械原理工作的传感器。上述红外温度计既可以在有测头盖的情况下工作，也可以在没有测头盖或者防护膜的情况下工作。

由于按照本发明设计测头的结构，使用温度计时即使不用测头盖也不会对测量的精确度产生不利的影响，因为这种测头设计成很容易清理。例如，特别是耳垢不会积聚在外壁与光波导管之间，因为这些零件的连接不设置朝向外面的间隙。这样，就获得了一种红外温度计，它也能在没有测头盖或者防护膜的情况下工作。

此外，也能为既能在有测头盖也能在没有测头盖或防护膜下工作的红外温度计配备这种测头。再来看权利要求10，除了避免了清洁问题之外，它在达到信号计算的高度的可靠性方面也是特别有利的。最好，观察窗与外壁之间的接触面积，以及在使用光波导管时与光波导管之间的接触面积不要太大，这样就能大大减少通过这些热桥传递的热量。

已经证实，在权利要求12中所确定的用于观察窗的材料，在顺利地传递频带宽度方面，或者在相关的波长范围内的低辐射方面，都是很有利的。

已经证明，按照权利要求13设计测头是有利的，只有比较少量的热从外壁通过空气间隙传到光波导管中去。

已经证明，按照权利要求4来设计是有利的，热载体的联结使得温度随着时间的变化速度，以及温度梯度都降低了。

下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中：

图1是红外温度计的一个测头的图；

图2是一个框图，说明对红外温度计中的信号的定值过程的程序，该红外温度计能在具有或没有测头盖或防护膜的情况下工作；

图3是表示图2中的定值过程程序的一种变型；以及

图4是一种具有图1所示的测头和图2或3所示的定值过程程序的定值装置的医用红外温度计。

请参阅图1，图中表示一种医用红外温度计的测头1的可能的实施例，该红外温度计放在人耳内以取得温度的读数。上述测头1适用于装有或不装测头盖或防护膜101两种情况。

这就使得这种测头1能使用于在测头1上不安装测头盖或防护膜101的温度计。同样，这种测头也可以用于既可以装也可以不装测头盖或防护膜101的温度计上进行测量。

测头1的外壁102用塑料制成。在测头1的顶端有一个对于红外线透明的窗口103。该窗口103与外壁102紧密而光滑地配合，使得脏物能很容易清除掉。

窗口103的材料最好这样选择，即，在传感器106所覆盖的波长范围内，它吸收或反射得非常少。否则，在测量过程中由于窗口103的加热，会产生红外辐射线的反射，破坏测量的结果，除非采取补偿这种作用的措施。可能用于窗口103的材料包括：锗、砷化镓、硒化锌、硫属化物玻璃、无氧硅、聚乙烯、聚丙烯，或者聚乙烯和聚丙烯的共聚物，等等。无论选择哪一种材料，所处理的波长范围必须限制在窗口103的材料所能传递的频带范围内。对于砷化镓和许多硫属化物玻璃，例如，具有4-15μm的频带滤光器的热电偶检测器可以用作传感器106。对于锗和硒化锌，上述波长范围可分别增加到4-23μm和4-20μm。在另一个实施例中，上述传感器106做成一个热电传感器。

上述测头1还具有一个光波导管104，用于将穿过窗口103后的红外辐射线引导到传感器106上。

为了避免在光波导管104与传感器106以及传感器106内部之间产生过大的温度差，上述光波导管104和传感器106都与测头1的外壁102绝热，其中包括借助于空气间隙105的绝热。此外，上述外壁102、窗口103和光波导管104的机械接触区域要尽可能的小，以便尽可能地减少在这个部位的热传导。

此外，在上述光波导管和和传感器区域中设置了一种热体107。这种热体可以是，例如，金属块。它的作用是减小温度随时间的变化和温度梯度。

当装上测头盖或防护膜101时，就不是反射和吸收全部传递过来的瞬时红外辐射线，而只是其中的相应的一部分。另外，测头盖或防护膜101本身也随着温度的高低而发射红外辐射线。因此，可以检测到测头盖或防护膜101的存在，然后再据此确定所测得的温度信号值。测头盖的存在可借助于，例如，一个电容的，光学的磁的或者机械的检测器来测得。这个检测器最好装在测头1的外壁102里面。

从图1能看得很清楚，上述测头盖或防护膜101是沿着箭头109的方向装在测头1上，或从测头上拔出来的。

从图2能看得很清楚，在确定传感器信号值时，不管在测头上是否装有测头盖或防护膜，都有适当的容差。

在测量开始时，首先在步骤201中进行检查，看看测头上是否装有测头盖或防护膜。

如果确定在测头上装有测头盖或防护膜，那么就按照步骤202进行信号的定值。为了补偿所传递的信号由于存在测头盖而减小，最简单的是把传感器信号乘上一个相应的修正系数。该修正系数对于聚乙烯或聚丙烯薄膜大约为1.08-1.2。在应用时，上述修正系数还要决定于环境温度和/或被测对象的温度。

如果没有安装测头盖或防护膜，则按照步骤203进行信号的定值。

例如，按照步骤301，可以这样进行信号的定值，即，在开始阶段的1-2秒钟时间内，为了从其中推导出要测量的温度的绝对值，不进行测量信号的定值。借助于这种方式，如果使用者在上述开始阶段内没有把温度计放在正确的位置上，就能够避免测量误差。

上述开始阶段可以是一个预先设定的固定的值，或者，也可以由传感器信号的特性来确定。

上述开始阶段最好用温度计上的一个按钮或开关的动作来启动。当能够从传感器信号确定温度上升时，就可以考虑启动开始阶段。当把温度计放入耳朵时，所检测的温度开始上升，一直到检测到实际温度时为止。因此，上述开始阶段可以在检测到这种温度上升时开始。

由信号特性来确定开始阶段的长度最好是用确定所测量的温度值随时间的上升程度来完成。在测量过程处在过渡状态的时间内，温度以相当急剧的程度上升。结束上述过渡状态的标准是温度随时间的变化小于或等于零。结束开始阶段的标准也可以是温度对于时间的导数低于预定的阈值，例如，小于或等于零。

通常，这种确定开始阶段的长度的方法仅限于不带有测头盖或防护膜的测量。当把温度计上装有测头盖或防护膜的温度计放入耳朵中时，在测量的开始时刻，在测头盖或防护膜中会很快地积聚热量。结果，红外能量又从测头盖或防护膜中辐射出去了。于是温度随时间的上升就不会达到“饱和”点，而是继续上升，虽然不是很显著了。这样，就不能以足够的精确程度来考虑开始阶段结束的标准。

使开始阶段决定于是否有测头盖或防护膜的可能性也是存在的。

此时，根据步骤302的定值方法是，采集若干个测量值并且进一步确定与最高温度相对应的测量值。使用这种方法的一个优点是，它不要求使用者在特定的时间内把温度计放在正确位置上。

这样，万一使用者放置温度计的位置离开测量点太远，就能够防止测量误差的产生。如果对在这一时刻测得的信号进行定值，所测得的温度将低于实际发生的温度。

因此，通常可以省略掉在开始阶段时按照步骤301为确定绝对温度删除信号的定值，因为采用这种定值方法不会发生测量结果的误差。

换一种方式，在步骤302中信号的定值也可以由采集一个特定时间段中的测量值来完成，在此之后，在定值过程中得出这些测量值的平均值。这一方法的优点是同样也可以避免上面所说的误差。上述特定的时间段的长度可以在几秒钟的范围内，特别是2-4秒钟。在这种方法中，按照步骤301不考虑开始阶段中的测量值，从而防止了这些数值破坏测量的结果是特别有利的。因此，在这种情况下，上述特定的时间段紧跟在开始阶段之后。

总而言之，在使用耳内温度计时，在过了大约4-5秒钟的特定时间段之后结束测量，已经证明是有利的。把测头插入耳朵内使耳朵局部冷却了。这种冷却发生在几秒钟之后。因此，上述测量过程最好在这种冷却产生错误的测量结果之前终止。

因此，在另一个有利的特征中，在过了特定的时间段之后，测量过程可以中途停止。

图4表示一支具有如图1所示的测头和一个定值单元402的医用温度计。在该计算单元402(可以是一个控制器)中，通常按照图2或3中的处理程序进行信号的计算。上述定值单元402接收从检测器108发来的信号。该检测器108已经结合图1描述过了。在信号定值之后，相应地由该定值单元402驱动一个显示器403。

为了让使用者在温度计接通之后有足够的时间安装测头盖101，或者在使用该医用温度计之前用一个新的测头盖101来替代用过的测头盖，为温度计设置了一直到预定的时间段之后才准备好开始工作的装置。当没有测头盖或者同一个测头盖要再次使用时，在一个特定的，可调整的延时时间段之后，会发出一个警告信号。为此目的，延时的时间段有3-5秒钟就足够了。如果在这一延时的时间段过去之后仍然没有装上测头盖101，第一警告信号就会通知使用者，需要把测头盖101装在窗口上或测头1的辐射线的进口上。

如果未装测头盖101，则检测器108会记录下这种“未装测头盖”的状态，并把这个信号发给定值单元402，结果，指示灯或发光二极管便点亮或闪烁，发出清晰的警告信号。该信号向使用者表明，或者在外壳部分没有装上测头盖，或者测头盖没有在前方的圆筒形外壳部分盖好，由于有潜在的污染，使得以后所确定的温度值处在大致为人体温度的范围内果，存在着温度测量被破坏的危险。在又一个具体的特征中，设置了另一个发光二极管，通常用以向使用者指出，没有装上测头盖，而上述第一发光二极管的信号则告诉使用者，测量是在没有测头盖的情况下在人体温度的范围内进行的，因此，除了发出测量值可能不正确的信息之外，还发出了需要清理辐射线进口的信息，例如换一个测头盖，以避免以后对温度的测量产生障碍。

另一方面，例如，在没有使用测头盖而测得的温度是高于36.5度C的有意义的温度值时，也会发出警告信号。此时，该警告信号表示，检测器108并未记录下测头盖是换过的，所以卫生条件是不能接受的，或者该测量结果可能已经被污染了的测头盖所破坏。

Claims (14)

1.一种定值由用于测量人体温度的红外温度计的信号的方法，其中，该红外温度计具有能够套上一个对于红外辐射线足够透明的测头盖或防护膜的测头，并且，当在该测头上装有测头盖的情况下进行测量时，对信号进行定值，其特征在于，测量过程也可以在不安装测头盖或防护膜时进行，并且，对这种辐射线的强度总是比在装有测头盖或防护膜下进行时的强度更强的红外辐射线，借助于相应的不同信号定值方法，进行适当的修正。

2.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，上述不同的信号定值方法在于，根据是否装有测头盖或防护膜，用一个特定的系数乘以所测得的信号。

3.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，上述不同的信号定值方法在于，用可变的系数所进行的乘法是根据是否装有测头盖或防护膜来确定的，上述系数根据环境温度和被测对象的温度来决定。

4.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，在测量过程的开始阶段不对所接收到的信号进行定值。

5.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，在一个测量过程中采集若干个测量值，并且在上述对接收到的测量值的信号的定值中，只对有关的最高温度进行定值。

6.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，在启动测量过程时，测量值是在特定的时间段内采集的，并且为了决定温度，形成了这些测量值的一个平均值。

7.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，如果温度的测量是在没有测头盖或防护膜的情况下进行的，而测量值处在人体温度的范围内，便发出一个警告信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，上述警告信号表明，上述测头的进口区域需要清理。

9.如权利要求1所述你的方法，其特征在于，如果温度的测量是在装有测头盖或防护膜的情况下进行的，而测量值处在人体温度的范围内，并且，如果上述测头盖或防护膜继续安装在上面，就再进行一次温度测量，而且该测量值处在同样的范围内，便发出一个警告信号。

10.一种用于测量体温和定值测量信号的红外温度计，它包括：一个测头(1)，在该测头中设置了一个红外传感器(106)和一个与其协同工作的定值单元(402)，并且在该测头上装了一个测头盖或防护膜(101)；一个检测上述测头盖或防护膜(101)是装上还是没有装上的状态的检测器(108)；其特征在于，上述检测器(108)与定值单元(402)连接，并且上述所测得的温度的信号定值是根据第一或第二种方式(202、203)根据检测器在使用或不使用测头盖或防护膜(101)时所测得的信号完成信号定值的。

11.如权利要求10所述的红外温度计，其特征在于，在上述测头(1)中设有光波导管(104)，该光波导管(104)在其端头区域有一对红外辐射线透明的窗口，并且，该测头(1)在该端头区域密封，特别是在上述窗口(103)与上述测头(1)的外壁(102)之间密封。

12.如权利要求11所示的红外温度计，其特征在于，上述外壁(102)用塑料制成，而上述窗口用从下述材料中所选择的至少一种材料制成：锗、砷化镓、硒化锌、硫属化物玻璃、无氧硅、聚乙烯、聚丙烯，或者聚乙烯和聚丙烯的共聚物。

13.如权利要求11所示的红外温度计，其特征在于，在上述测头(1)内部，在光波导管(104)与外壁(102)之间设置了空气间隙(105)。

14.如权利要求11所示的红外温度计，其特征在于，在上述光波导管(104)和/或红外传感器(106)的区域中至少设有一块传热块，并且该传热块(107)与上述光波导管(104)和红外传感器(106)连接，上述传热块用一块金属块制成。

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