CN1254089A

CN1254089A - 耳膜温度计

Info

Publication number: CN1254089A
Application number: CN 98124790
Authority: CN
Inventors: 林三宝; 沈志雄; 江昭仁; 陈忠男; 吴享珍; 萧淳方; 苏芳德; 曾文良
Original assignee: Opto Tech Corp
Current assignee: Opto Tech Corp
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2000-05-24

Abstract

一种精确度高的耳膜温度计。包括壳体,具有至少一红外线辐射接收端;及红外线辐射感测装置,位于该壳体的人前端内,其具有红外线辐射侦测器,接收前述来自于耳膜的红外线而产生第一信号;及侦测器温度量测器,用以量测该红外线辐射侦测器的温度,产生一个第二信号;由信号处理装置,根据此两信号进行计算,得到一个表示耳膜温度的信号加以输出。

Description

耳膜温度计

本发明是关于一种耳膜温度计，尤有关于一种藉由侦测与分析人体之耳膜所发出的红外线辐射而测量人体之核心温度(coretemperature)的耳膜温度计。

许多人体疾病之诊断与处理需仰赖人体核心温度之精确量取，或者藉由将量取到的结果与前次量取之结果作比较，而作一些分析与判断。早期用以量取体温之最常用的温度计为水银温度计，此种温度计有诸多缺点。首先，此种温度计一般是以玻璃制成，使用时必须插入人体的口腔或肛门中数分钟的时间，而这对受测者而言并非舒适的经验。再者，万一温度计有损坏或破裂，可能造成割伤或甚至水银中毒。除此之外，水银温度计在温度值的读取上亦非容易，必须经常消毒，且每次使用前必须将温度计甩一甩，以使水银柱的高度回到底线处。

由于水银温度计存在上述缺点，电子温度计愈来愈广为被使用。典型来说，此种温度计具有一探针，该探针经由一导线连接至另外一个包含电子电路的分离单元。此探针在插入入体的口腔或肛门之前，先以一个套子加以覆盖。使用电子温度计量测体温需要数十秒的时间，举例而言，30秒。相对于水银温度计需要数分钟的时间，电子温度计有很大的优势。此外，电子温度计一般具有用以显示温度值的显示部，在温度的读取上亦较水银温度计方便。再者，其读取到的温度具有更高的精确度。又，覆盖于探针上的套子为可置换式，故同一电子温度计可反复地使用而不需进行消毒。

在医疗上一般认为量取耳膜的温度较之量取口腔或肛门的温度更具有意义，原因在于耳膜的温度较之其他两者接近人体的核心温度。因此，有许多用以测量耳膜温度的装置与方法陆续地被开发出来。一般用以侦测耳膜发出之辐射的红外线感测器有三个不同种类：1.焦电感测器(pyroelectric sensor)；2.热电堆感测器(thermopilesensor)；3.电阻型红外线感测器(bolometer)。习知的耳膜温度计，无论由何种红外线感测器所构成，进行温度量测时该红外线感测器均位在耳道外，因此需要有“导波管”构造，以将耳膜发出之红外线辐射导引至该感测器。不过，导波管的存在却造成温度量测值之误差及计算上的困难，以下说明导波管对于温度量测结果之影响。

耳膜温度计利用红外线辐射来量测体温，反过来说任何物体的红外线辐射亦会影响量测结果。导波管之内管壁当然会辐射红外线至感测器，因而造成误差。分析如下：假设耳膜的温度为Tb、红外线感测器的温度为Td、导波管内管壁的温度为Tt。如前所述，习知的耳膜温度计中，红外线感测器系位在耳道外、即室温的环境中，故红外线感测器的温度Td可藉由室温感测来量得。且由于室温感测器与红外线感测器空间上非常接近，在制作技术与机构设计上作适当安排可使两者的温度会相当地一致。而导波管内管壁的温度Tt在量测前可视为同于红外线感测器的温度，但是当导波管伸入耳道后，有两个原因会影响管壁的温度：1.固体热传导，导波管外壁与耳道接触后，耳道的温度会产生热流传导至导波管内壁；2.辐射热传导，靠近耳膜端的内管壁接受耳膜的热辐射，因而温度上升，结果在导波管上产生不均匀的温度分布。理想的情况下，我们希望内管壁的温升δTt＝0，即导波管伸入耳道后，其内管壁的温度不会上升而维持同于伸入前的室温，如此导波管之存在即不会造成耳膜温度量测上的误差，但这是不可能的。

为改善导波管壁的温升所造成的误差，举例而言，美国专利4,602,642号的发明中，揭示了一种耳膜温度计，主要包含：探测器单元(probe unit)与遮光器单元(chopper unit)，两者之间有导线互相连接。该探测器单元包含：壳体、由热电堆构成的红外线辐射感测器、导波管及第一调节电路，该壳体藉由该第一调节电路而被保持在一固定的参考温度。该遮光器单元包含一处理电路及第二调节电路。该探测器单元之热电堆与第一调节电路藉由前述导线而电连接于遮光器单元之处理电路。进行量测人体的耳温之前，探测器单元(probe unit)与遮光器单元系结合在一起使用，此时前述热电堆侦测来自于一参考标的物的红外线辐射，该参考标的物藉由该第二调节电路而被保持在相同的参考温度。该处理电路反复地得到热电堆的输出值，并储存校正资料。接着，量测人体耳膜温度时，使用者以手持该探测器单元，多次将其伸入人体耳道中，再将所得的最大热电堆输出值与储存的校正资料作比较，以决定人体的耳膜温度。此种耳膜温度计之优点为精确度非常高，但缺点在于温度计的构造复杂，且操作较为麻烦，量测温度需时较久。

此外，美国专利号4,797,840号的发明中，揭示了另一种耳膜温度计，其针对导波管的温度与红外线感测器的温度并不相同的问题，而对耳膜温度的计算公式提出校正，说明如下：如前所述，在理想的情况下，当耳膜温度计伸入耳道量测耳膜温度时，位在耳道外的红外线感测器之温度Td等于室温Ta。且导波管的温度Tt不会有温升(仍维持在伸入耳道前的室温Ta)。此种条件下耳膜温度Tb的计算公式变得非常简单，假设红外线感测器由热电堆构成，热电堆的输出电压为Vout，则下式成立：

Vout＝K(Tb⁴-Ta⁴) (1)

其中K为一常数。换言之，

Tb＝(Vout/K+Ta⁴)^1/4 (2)

但由于导波管有温升，因此(2)式并不成立。该习知技术将(2)式中的常数K代之以室温Ta的函数，而得到下式：

Vout＝f(Ta)·(Tb⁴-Ta⁴) (3)

其中，f(Ta)＝a₀+a₁Ta+a₂Ta²+a₃Ta³… (4)

结果，计算耳膜温度Tb的公式变得非常复杂，且为了达到足够的解析度，往往(4)式中需要的项数过多，以致于计算非常困难。这是该习知技术最大的缺点。

由于习知的耳膜温度计在使用时红外线感测装置均位于耳道外，因此用以将耳膜发出的红外线辐射导引至红外线感测装置的导波管系必要的构件，而导波管之存在却是造成误差的重要因素。关于此点，可由欧阳盟先生的博士论文“辐射温度计之分析与设计”中获得佐证，该论文以理论分析得到：耳膜温度量测误差δTb系正比于导波管管壁温度改变δTt。以医学温度计而言，要求量测误差δTb不超过0.1℃。据此，可定义最大容许管壁温度漂移δTtm为使得量测误差δTb＝0.1℃的情况下的管壁温度改变。图4为引用该论文的实验结果，该实验使用某一耳膜温度计的电路模型，以导波管管壁之放射率与导波管长度为变数，测量其最大容许管壁温度漂移δTtm。由实验结果可知，在同一放射率之下，导波管愈长，在相同耳膜温度量测误差之下，其最大容许管壁温度漂移δTtm愈小。因此，可推知：导波管愈短，耳膜温度量测值误差愈小。

本发明的目的在于提供一种精确度高、构造简单、操作方便的耳膜温度计。

本发明的技术方案是：

一种耳膜温度计，其特征在于：包含：

壳体，具有至少一红外线辐射接收端；

红外线辐射感测装置，位于该壳体的前端内，用以接收由耳膜发出、经由前述红外线辐射接收端进入耳膜温度计的红外线，具有：

红外线辐射侦测器，接收前述来自于耳膜的红外线，相应于接收到的红外线辐射量而产生一个第一信号；及

侦测器温度量测器，用以量测该红外线辐射侦测器的温度，相应于此而产生一个第二信号；

信号处理装置，接收该第一信号与第二信号，根据此两信号进行计算，得到一个表示耳膜温度的信号加以输出。

所述的耳膜温度计，其特征在于；其还包含安装于该壳体内的电源。

所述的耳膜温度计，其特征在于；其包含位于该壳体外的显示该信号处理装置输出的耳膜温度信号的显示部。

所述的耳膜温度计，其特征在于；其包含一热绝缘装置，位于该壳体与该红外线辐射感测装置之间。

所述的耳膜温度计，其特征在于；该热绝缘装置系藉由位于该壳体与该红外线辐射感测装置之间的支架柱螺栓所隔开的空气区域而形成。

所述的耳膜温度计，其特征在于；该红外线辐射侦测器系由热电堆构成。

本发明的效果是：

本发明的耳膜温度计藉由将红外线感测装置设计成非常小的尺寸，因此可置于耳膜温度计的前端，当耳膜温度计伸入耳道内进行耳温量测时，由于此感测装置非常接近耳膜，故不需要导波管构件。藉此，由于导波管之存在所造成之误差可完全去除，因此具有精确度高、构造简单、操作方便的优点。

附图图面的简单说明

图1表示本发明之耳膜温度计的纵向剖面图，显示了其各构件及其与耳朵的关系。

图2A-2D用以说明由热电堆构成红外线辐射侦测器的结构示意图，其中硅蚀刻系采用正面蚀刻的方式。

图3A-3B用以说明由热电堆构成红外线辐射侦测器的结构示意图，其中硅蚀刻系采用背面蚀刻的方式。

图4为引自“辐射温度计之分析与设计”的论文表示计算模拟结果的曲线，说明耳膜温度量测误差与导波管长度之关系。

本发明结合附图所示较佳实施例作进一步详述如下：

参考图1，本发明之耳膜温度计，包含：

壳体1，具有至少一红外线辐射接收端11；

红外线辐射感测装置2，其尺寸甚小，位于该壳体的前端，用以接收由耳膜3发出、经由前述红外线辐射接收端11进入耳膜温度计的红外线，具有：

红外线辐射侦测器21，接收前述来自于耳膜3的红外线，相应于接收到的红外线辐射量而产生一个第一信号；及

侦测器温度量测器22，用以量测该红外线辐射侦测器21的温度，相应于此温度而产生一个第二信号；

信号处理装置4，接收该第一信号与第二信号，根据此两信号进行计算，得到一个表示耳膜温度的信号加以输出。

再次参考图1，本发明之耳膜温度计尚包含安装于壳体1内的电池5作为其电源。

此外，本发明之耳膜温度计尚包含位于壳体1上部的显示部6，用以显示信号处理装置4计算得到的耳膜温度信号。

此外，本发明之耳膜温度计尚包含一热绝缘装置，位于壳体1与红外线辐射感测装置2之间，用以防止两者之间的热传递。

上述热绝缘装置的较佳实施例系藉由位于壳体1与红外线辐射感测装置2之间的支架柱螺栓(support stud)12所隔开的空气区域而形成。

红外线辐射感测装置2需具有能置入人体耳道之小尺寸，这在目前的技术而言系可达成。举例而言，红外线辐射侦测器21可由热电堆构成，而侦测器温度量测器22可由一参考电阻构成，两者可作在同一晶片。以下参考图2A-2D说明此种热电堆红外线辐射侦测器的结构与制程之一具体实施例。

图2A为该实施例的结构俯视图；图2B为结构侧视图；图2C为结构立体图；图2D系图2B的结构在对硅基板进行蚀刻前的情形。参考图2D，首先，在硅基板S上形成数层的介电材料作为支撑层(Supporting layer)D1。接着，在支撑层D1上形成由Seebeck系数一正一负之两种热电偶材料所构成的层T1与层T2，图2D中热电偶材料共有两对，此两对电偶材料层T1与T2之间有介电层I，热接点h亦示于图2D中，冷接点则位于两对热电偶材料的外侧，如图2A中的c所示。然后，在热电偶材料层T2的上方沉积两层介电材料作为保证层(passivation layer)D2。最后，在介电层D2的上方形成可吸收红外线辐射之材料层A。参考图2A，热电堆系将多数个热电偶串联在一起，以使材料层A吸收耳膜发出的红外线辐射后，热电堆的输出端oo’具有所需信号大小的电压。

接着，需要将硅基板蚀刻成中间部分为悬浮状的结构，这可藉由正面蚀刻或背面蚀刻的方式来达成。图2B所示是以正面蚀刻法所制成的热电堆结构侧视图，其系在热电堆结构的表面开数个蚀刻窗，经由这些蚀刻窗硅基板被非等向性(anisotropic)蚀刻，因而形成悬浮薄板的构造。如图2C所示。

若采用背面蚀刻的方式，则得到如图3A所示的热电堆结构侧视图，然后，可进一步地将图3A中的硅基板厚度加以磨薄，得到如图3B所示的结构。

综合言之，利用现有的技术将红外线辐射感测装置作成非常小的尺寸，因而可省却导波管构造。藉此，由于导波管之存在所造成之误差可完全去除，因而获得一种精确度高、构造简单的耳膜温度计。

在较佳实施例之详细说明中所提出之具体的实施例仅为了易于说明本发明之技术内容，而并非将本发明狭议地限制于该实施例，在不超出本发明之精神及权利要求的范围之情况，可作种种变化实施。

Claims

1、一种耳膜温度计，其特征在于：包含：

壳体，具有至少一红外线辐射接收端；

2、如权利要求1所述的耳膜温度计，其特征在于；其还包含安装于该壳体内的电源。

3、如权利要求1所述的耳膜温度计，其特征在于；其包含位于该壳体外的显示该信号处理装置输出的耳膜温度信号的显示部。

4、如权利要求1所述的耳膜温度计，其特征在于；其包含一热绝缘装置，位于该壳体与该红外线辐射感测装置之间。

5、如权利要求4所述的耳膜温度计，其特征在于；该热绝缘装置系藉由位于该壳体与该红外线辐射感测装置之间的支架柱螺栓所隔开的空气区域而形成。

6、如权利要求1所述的耳膜温度计，其特征在于；该红外线辐射侦测器系由热电堆构成。