CN216160052U - 深部温度的测量装置、系统、加热设备和耳机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种深部温度的测量装置、系统、加热设备和耳机，所述测量装置包括：至少两个测温模块和数据处理模块；所述至少两个测温模块相互分离设置，用于获取检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据，还用于获取在远离检测目标处至少一个环境测温点的环境温度数据；所述数据处理模块与所述至少两个测温模块通信连接，用于根据所述观测温度数据和所述环境温度数据，获取所述检测目标的深部温度；本申请解决现有技术中存在的人体耳温测量误差大、测量精度低的问题，通过至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据检测目标的深部温度，消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

Description

深部温度的测量装置、系统、加热设备和耳机

技术领域

本实用新型涉及温度测量技术领域，尤其涉及一种深部温度的测量装置、系统、加热设备和耳机。

背景技术

深部温度是反映事物状态的重要指标，是一个广泛需要被测量的物理量，例如监测高压电线内部铜芯温度以进行火警预警，监测人体核心温度来反映人的健康状态，以及监测微波炉、电烤箱等加热设备的内部温度来反映食物的加热状态。

通常直接在物体深部待测温区布设传感器会对待测物造成一定损伤，如人体耳温、铜芯线芯温度等；同时，诸如微波炉、电烤箱等深部温度比较高，虽然可以直接布传感器，但对传感器的耐温要求比较高。因此，目前采用在待测物的表面设置一路传感器来采集待测物的深部温度，但是物体表面温度容易受环境等因素的影响，导致测量误差大，降低了深部温度的测量精度。

实用新型内容

本申请提供了一种深部温度的测量装置、系统、加热设备和耳机，解决现有技术中存在的人体耳温测量误差大、测量精度低的问题，通过至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据检测目标的深部温度，消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

第一方面，本申请提供一种深部温度的测量装置，所述测量装置包括：至少两个测温模块和数据处理模块；所述至少两个测温模块相互分离设置，用于获取检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据，还用于获取在远离检测目标处至少一个环境测温点的环境温度数据；所述数据处理模块与所述至少两个测温模块通信连接，用于根据所述观测温度数据和所述环境温度数据，获取所述检测目标的深部温度。

可选地，所述至少两个测温模块包括：第一测温模块，用于采集检测目标上第一目标测温点的第一观测温度数据；第二测温模块，用于采集远离检测目标的第一环境测温点的第一环境温度数据。

可选地，所述至少两个测温模块还包括：第三测温模块，用于采集检测目标上第二目标测温点的第二观测温度数据；或/和，第四测温模块，采集检测目标上第二环境测温点的第二环境温度数据。

可选地，所述测量装置还包括：加热模块，设置在靠近所述至少两个测温模块侧，与所述数据处理模块电连接，用于根据所述数据处理模块输出的控制信号，对所述至少一个目标测温点或/和所述至少一个环境测温点形成特定热冲激条件。

第二方面，本申请提供一种深部温度的测量系统，应用于服装，所述测量系统包括所述的深部温度的测量装置。

可选地，所述至少两个测温模块包括至少一个智能标签，所述至少一个智能标签设置在服装上，用于采集检测目标的体表温度数据。

可选地，所述测量系统还包括：网关，内置至少一个测温模块，用于采集所述检测目标所处的环境温度数据。

第三方面，本申请提供一种耳机，所述耳机包括所述的深部温度的测量装置。

可选地，当所述至少两个测温模块包括第一测温模块和第二测温模块时，所述第一测温模块设置在耳机贴近耳道处，用于测量靠近耳蜗侧的温度；第二测温模块暴露在环境中，用于测量耳机所处的环境温度。

第四方面，本申请提供一种加热设备，所述加热设备包括所述的深部温度的测量装置。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本申请在检测目标上和检测目标所处的环境里布放至少两个测温模块，通过至少两个测温模块采集检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据，再根据观测温度数据和述环境温度数据估算出检测目标的深部温度，从而消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

附图说明

图1所示为本申请实施例提供的一种深部温度的测量装置的应用场景示意图；

图2所示为本申请实施例提供的另一种深部温度的测量装置的应用场景示意图；

图3所示为本申请实施例提供的又一种深部温度的测量装置的应用场景示意图；

图4所示为本申请实施例提供的一种深部温度的测量装置的结构示意图；

图5所示为本申请实施例提供的一种基于学习模型的深部温度训练示意图和估算示意图；

图6所示为本申请实施例提供的一种深部温度的测量系统的结构示意图；

图7所示为本申请实施例提供的另一种深部温度的测量系统的结构示意图；

图8所示为本申请实施例提供的一种加热设备的结构框图；

图9所示为本申请实施例提供的一种入耳式耳机的结构示意图；

图10所示为本申请实施例提供的一种头戴式耳机的结构示意图；

图11所示为本申请实施例提供的另一种入耳式耳机的结构示意图；

图12所示为本申请实施例提供的又一种入耳式耳机的结构示意图；

图13所示为本申请实施例提供的现有技术中的耳温枪与深部温度测量装置的温差示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一方面，本实用新型提供一种深部温度的测量装置，具体包括以下实施例：

实施例一

图1所示为本申请实施例提供的一种深部温度的测量装置的应用场景示意图，如图1 所示，所述深部温度的测量装置包括：

第一测温模块，用于采集检测目标上第一目标测温点的第一观测温度数据；

第二测温模块，用于采集远离检测目标的第一环境测温点的第一环境温度数据；

数据处理模块，与所述第一测温模块和所述第二测温模块通信连接，用于根据所述观测温度数据和所述环境温度数据，获取所述检测目标的深部温度。

需要说明的是，在本实施例中第一传热介质包裹待测温区形成检测目标，第二传热介质形成外部环境(通常直接为环境，在室内时则为室内环境温度；在室外时则为室外与检测目标最接近的局部微环境的温度)。则有温度从待测温区到第一目标测温点之间的温度呈现梯度分布，第一目标测温点的温度由待测温区温度和第二热介质温度决定。一般地，第二传热介质空间远大于第一传热介质。

在本实施例中，将第一测温模块设置在第一目标测温点，将第二测温模块设置在第一环境测温点，数据处理模块可通过现有技术的方式根据第一目标测温点温度和第一环境测温点温度进行计算或直接分类出待测温区所处的温度值或温度范围。

进一步地，为了消除环境温度对第一目标测温点的影响，本实施例中的第一目标测温点的温度数据可以是第一测温模块(可以是温度传感器阵列)测出来的第一观测温度数据 T₁；第一环境测温点的温度是第二测温模块(可以是温度传感器阵列)测出来的第一环境温度数据，记为T₂；待测温区的温度记为T_d，则检测目标的深部温度计算公式为：

需要说明的是，(T₁-T₂)ⁱ反应了温度变化梯度，可补偿检测目标待测温区与第一目标测温点间温度梯度损失，其中k₀,k₁…k_N为模型待定参数，可通过采集大量数据，利用最优算法进行模型待定参数的确定。

实施例二

图2所示为本申请实施例提供的另一种深部温度的测量装置的应用场景示意图，如图 2所示，在实施例一方案的基础上增加了一个测温模块即第三测温模块，所述第三测温模块设置在所述检测目标上的第二目标测温点，用于采集第二目标测温点的第二观测温度数据。

图3所示为本申请实施例提供的又一种深部温度的测量装置的应用场景示意图，如图 3所示，在图2的方案基础上又增加了一个测温模块即第四测温模块，所述第四测温模块设置在远离所述检测目标的第二环境测温点，用于采集第二环境测温点的第二环境温度数据。

需要说明的是，在本实施例中的第一传热介质表面(也就是检测目标上)可以布设多路测温模块，同理，在第二传热介质内(也就是远离检测目标处)也可以布设多路测温模块，此时对待测温区的温度估算公式可描述为：

以此类推，本申请还可提供五个、六个测温模块等实施例来进一步消除环境温度对待测温区的影响，不同实施例之间的区别是采用不同的计算公式获取深部温度数据。

图4所示为本申请实施例提供的一种深部温度的测量装置的结构示意图，结合实施例一和实施例二可知，本申请提供的深部温度的测量装置包括：至少两个测温模块和数据处理模块；所述至少两个测温模块相互分离设置，用于获取检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据，还用于获取在远离检测目标处至少一个环境测温点的环境温度数据；所述数据处理模块与所述至少两个测温模块通信连接，用于根据所述观测温度数据和所述环境温度数据，获取所述检测目标的深部温度；其中，所述数据处理模块包括但不限于现有技术中可以进行数据处理的单片机，并且所述单片机上运行的程序可通过现有技术的方式进行实现。

相比于现有技术，本申请具有如下有益效果：

本申请在检测目标上和检测目标所处的环境里布放至少两个测温模块，通过至少两个测温模块采集检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据，再根据观测温度数据和述环境温度数据估算出检测目标的深部温度，从而消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

实施例三

在本实施例中，所述测量装置还包括：加热模块，设置在靠近所述至少两个测温模块侧，与所述数据处理模块电连接，用于根据所述数据处理模块输出的控制信号，对所述至少一个目标测温点或/和所述至少一个环境测温点形成热冲激条件。

进一步地，所述加热模块设置在第一环境测温点上。

需要说明的是，当所述测温模块为温度传感器时，最基础的方案为零热流法，通过控制加热模块加热功率，让环境侧第一环境测温点的温度T_e和第一目标测温点温度T_S的温差为零时，达到热平衡(典型的热平衡判断法则，10分钟内温度变化不超过0.05，具体判断条件和时间与传感器和测量环境相关)，此时两个传感器温度即为深部温度T_C。

可选地，本实施例还可利用加热模块构造不同的局部热环境来实时确定公式中的待定系数y，深部温度计算公式可表示为：

T_C＝T_s+(T_s-T_e)*y (3)

本实施例分加热和不加热的两个环境，即可构造两种热环境方程组：

对方程组(4)进行解式，即可得到耳温计算公式为：

其中，上述公式中的T_soff为不加热第一目标测温点温度、T_eoff为不加热第一环境测温点温度、T_son加热第一目标测温点温度、T_eon加热第一环境测温点温度。

在本实施例中，所述加热模块可以是一个发热电阻器件，所述发热电阻器件的一端接地，另一端与数据处理模块相连，通过数据处理模块PIN引脚给它供电实现发热。所述数据处理模块控制加热模块的加热功率的脉冲信号，通过控制占空比来控制加热功率，当两侧温度接近一致的时候增大占空比。

本申请通过在至少一个环境测温点布设加热模块，使所述加热模块对检测目标的深部温度区、至少一个目标测温点或者至少一个环境测温点产生热冲激，利用至少一个目标测温点或至少一个环境测温点在热冲激条件下的实时热响应特征参数来计算出检测目标的深部温度数据，不仅剥离了环境因素对深部温度的影响，还消除了第一传热介质和第二传热介质的热阻值差异带来的估算误差，能够更加准确的测量深部温度数据，满足了不同用户的需求。

实施例四

在本实施例中，一般不要求对恒温点温度进行精确估计，甚至恒温点温度本身存在波动，此时只需要对恒温点温度进行范围或状态的估算。此时，位于第二传热介质内可以布多路测温模块，得到第二传热介质内的温度分布{T21,T22,…,T2N}；位于第一传热介质表面可以布多路测温模块，得到第一传热介质边界上或不同深度的温度{T11,T12,…,T1M}，即可建模模型对恒温点温度状态进行估算。

如图5中5a部分所示，采集待测温区处于不同状态下第一介质和第二介质内的温度分布，利用机器学习(如决策树、支持向量机等)或深度学习(如CNN卷积模型等)进行训练，得到一组模型参数。如图5中5b部分所示，当待测温区的温度未知时，将第一介质和第二介质的采集温度送入模型，带入训练出的模型参数，即可得到待测温区所处的温度状态，其中所述温度状态包括但不限于失温、正常、低烧和高烧。

第二方面，本实用新型提供一种深部温度的测量系统，具体包括以下实施例：

实施例五

图6所示为本申请实施例提供的一种深部温度的测量系统的结构示意图，所述测量系统包括测温模块1、测温模块2和数据接收器，所述数据接收器具有数据接收和数据处理功能，所述测温模块1和测温模块2可以集成在同一个主机，但更多是分离在不同的模块或产品上，构成一个测温系统，完成检测目标的深部温度的估算。如图6所示，测温模块 1测量靠近检测目标的温度，测温模块2测量检测目标所处的环境温度，数据接收器可以是计算机或手机等移动终端，此时测温模块1、测温模块2和计算机之间可通过有线以太网、串口等有线方式连接，也可以通过蓝牙、WIFI等无线方式连接，所述数据接收器再根据接收到的检测目标温度和检测目标所处的环境温度估算出深部温度。

实施例六

在本实施例中，所述深部温度的测量系统应用在服装上时，所述测量系统包括至少一个智能标签，所述至少一个智能标签设置在服装上，用于采集检测目标的体表温度数据，所述至少一个智能标签还用于采集检测目标的生物电信号。

在本实施例中，所述测量系统还包括：网关，内置至少一个测温模块，用于采集所述检测目标所处的环境温度数据。

在本实施例中，所述测量系统还包括：服务器，所述服务器内设置有所述数据处理模块，用于根据所述环境温度数据和所述体表温度数据，估算出所述检测目标的深部温度数据。

需要说明的是，在服装上可集成智能标签，智能标签可以测服装所处的局部微环境的温度，也就是皮肤表面温度。在房间内安装另一个可以实时监测室内温度的装置，典型如集成测温模块的路由器。如图7所示，在衣服上集成有至少一路可进行体表温度测量的标签，典型如贴身传的T恤衫、秋裤之类尽量靠近体表的衣服，多路温度数据{T11,T12,…,T1M} 通过网关进行统一接收。一般地，网关可以是蓝牙网关，网关与衣服之间通过蓝牙进行数据传输，网关上集成有温度传感器模块，可以测试得到环境温度T2，环境温度T2和多路温度数据{T11,T12,…,T1M}通过交换机转发到服务器，服务器可以按照公式(1)或公式2进行体温估算，还可以按照5描述的过程对体温状态进行分类。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本申请在检测目标上和检测目标所处的环境里布放至少两个测温模块，通过至少两个测温模块采集检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据，再根据观测温度数据和述环境温度数据估算出检测目标的深部温度，从而消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

第三方面，本实用新型提供一种加热设备，所述加热设备包括上述实施例一到实施例四的深部温度的测量装置，具体包括以下实施例：

实施例七

在本实施例中，所述加热设备包括但不限于热水壶、微波炉和烤箱，在实际应用中为了精准把控加热设备中的食物加热或烘烤情况，需要实时测试加热设备内部的腔体温度，例如热水壶腔体内的水温、微波炉内的腔体温度、烤箱内的腔体温度；图8所示为本申请实施例提供的一种加热设备的结构框图，如图8所示，所述加热设备包括容器外壳和容器外壳形成的容器内腔，在容器外壳的内壁和外壁上分别设置第一测温传感器T11和第二测温传感器T12，并在加热设备所处的环境中安放第三测温传感器T13，所述第一测温传感器T11、第二测温传感器T12和第三测温传感器T13分别将测量到的温度数据通过蓝牙等无线方式传输到加热设备中的数据处理模块，所述数据处理模块按照公式(2)进行深部温度估算。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本申请在检测目标上和检测目标所处的环境里布放至少两个测温模块，通过至少两个测温模块采集检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据，再根据观测温度数据和述环境温度数据估算出检测目标的深部温度，从而消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

第四方面，本实用新型提供一种耳机，所述耳机包括上述实施例一到实施例四的深部温度的测量装置；进一步地，当所述至少两个测温模块包括第一测温模块和第二测温模块时，所述第一测温模块设置在耳机贴近耳道处，用于测量靠近耳蜗侧的温度；第二测温模块暴露在环境中，用于测量耳机所处的环境温度；具体包括以下实施例：

实施例八

在本实施例中，所述耳机主要包括入耳式耳机和头戴式耳机。在入耳式耳机的测温点更接近耳蜗，如图9所示，第一测温传感器T1设置在耳机贴近耳道处，用于测量靠近耳蜗侧的温度，第二测温传感器T2尽可能地暴露在环境中，用于测量耳机所处的环境温度，内置在耳机芯片里的数据处理模块根据第一测温传感器T1和第二测温传感器T2的测量值可按照上述公式(1)估算出耳蜗温度或者根据图5描述的过程对耳温状态进行分类。其中，在本实施例中所述的第一测温传感器、第二测温传感器分别为上述第一测温模块和第二测温模块的具体实施例。

在本申请的另一个实施例中，头戴式耳机具备更好的密封性，如图10所示，第一测温传感器T1、耳道和耳蜗都被密闭在一个相对密封的腔体里，第二测温传感器T2尽可能地暴露在环境中，测量环境温度。根据T1和T2测量值即可按式(1)估算出耳蜗温度或按照5描述的过程对耳温状态进行分类。

在本申请的又一个实施例中，如图11所示，对于有数据线的入耳式耳机，尤其是存在一个独立控制模块(音量、接断电话)的耳机，在控制模块上集成一路温度传感器，此时耳机壳上测量环境温度的传感器T21和控制器上的温度传感器T22可同时存在，也可以二选一，其中，所述控制模块可设置在数据线上，也就是在数据线上设置一路传感器T22，此时可以按照式(2)进行耳温估算或按照5描述的过程对耳温状态进行分类。

在本申请的又一个实施例中，多数蓝牙耳机配有充电仓，充电仓一般置身于环境中，可用于环境温度的测量。如图12所示，此时可以按照式(2)进行耳温估算或按照5描述的过程对耳温状态进行分类。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本申请在检测目标上和检测目标所处的环境里布放至少两个测温模块，通过至少两个测温模块采集检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据和至少一个环境测温点的环境温度数据，再根据观测温度数据和述环境温度数据估算出检测目标的深部温度，从而消除了环境因素对深部温度的影响，提高了深部温度的测量精度。

综上所述，目前现有技术测量体温的技术主要基于热传导或者热辐射，需要被测量者构造与深部体温接近的测量环境才能测量出体温，而本申请提出的深部温度测量装置可以消除环境对体温估算的影响，可以精准估算出体温或当前体温的状态。

图13所示为本申请实施例提供的现有技术中的耳温枪与深部温度测量装置的温差示意图，图13中的对比设备为博朗耳温枪，它的测量误差在±0.2℃左右，本实施例通过Bland-Altman分析判断耳温枪测量方法与本申请的测量方法是否具有一致性；如图13中的Bland-Altman图可见：博朗耳温枪与本申请的测量装置的体温差值相比有3.0％(2/66)的点在95％一致性界限以外，说明本申请的测量精准度与博朗耳温枪测量精准度的一致性较高。

最后需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种深部温度的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

至少两个测温模块和数据处理模块；

所述至少两个测温模块相互分离设置，用于获取检测目标上至少一个目标测温点的观测温度数据，还用于获取在远离检测目标处至少一个环境测温点的环境温度数据；

所述数据处理模块与所述至少两个测温模块通信连接，用于根据所述观测温度数据和所述环境温度数据，获取所述检测目标的深部温度。

2.根据权利要求1所述的深部温度的测量装置，其特征在于，所述至少两个测温模块包括：

第一测温模块，用于采集检测目标上第一目标测温点的第一观测温度数据；

第二测温模块，用于采集远离检测目标的第一环境测温点的第一环境温度数据。

3.根据权利要求2所述的深部温度的测量装置，其特征在于，所述至少两个测温模块还包括：

第三测温模块，用于采集检测目标上第二目标测温点的第二观测温度数据；

或/和，第四测温模块，采集检测目标上第二环境测温点的第二环境温度数据。

4.根据权利要求1-3任一项所述的深部温度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：

加热模块，设置在靠近所述至少两个测温模块侧，与所述数据处理模块电连接，用于根据所述数据处理模块输出的控制信号，对所述至少一个目标测温点或/和所述至少一个环境测温点形成热冲激条件。

5.一种深部温度的测量系统，其特征在于，应用于服装，所述测量系统包括权利要求1-4任一项所述的深部温度的测量装置。

6.根据权利要求5所述的深部温度的测量系统，其特征在于，所述至少两个测温模块包括至少一个智能标签，所述至少一个智能标签设置在服装上，用于采集检测目标的体表温度数据。

7.根据权利要求6所述的深部温度的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：

网关，内置至少一个测温模块，用于采集所述检测目标所处的环境温度数据。

8.一种耳机，其特征在于，所述耳机包括权利要求1-4任一项所述的深部温度的测量装置。

9.根据权利要求8所述的耳机，其特征在于，当所述至少两个测温模块包括第一测温模块和第二测温模块时，所述第一测温模块设置在耳机贴近耳道处，用于测量靠近耳蜗侧的温度；第二测温模块暴露在环境中，用于测量耳机所处的环境温度。

10.一种加热设备，其特征在于，所述加热设备包括权利要求1-4任一项所述的深部温度的测量装置。

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