CN216385996U - 一种非接触体温测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触体温测量装置，包括光源模块，用于产生不同波长的红外光激光束，和定位光探测模块产生电信号的同步信号；耦合模块，用于接收不同波长的红外光激光束进行耦合为一束红外光激光束；测量模块，用于靠近被测对象口腔出口处，采集呼出气体，并作用于接收到耦合后的红外光激光束，输出被呼出气体水蒸气分子吸收特定波段的红外光激光束；光探测模块，用于接收被呼出气体水蒸气分子吸收特定波段的红外光激光束，输出该红外光激光束产生的电信号；电信号处理模块，接收光探测模块产生的电信号，和定位光探测模块产生电信号的同步信号，输出被测对象的温度值，并进行显示，能够快速、精准测量被测对象的体温。

Description

一种非接触体温测量装置

技术领域

本实用新型涉及体温测量设备技术领域，具体为一种非接触体温测量装置。

背景技术

截止到2021年7月，全球已经累计报道1.94亿新型冠状病毒确诊病历，超过三百万死亡病例。为了有效抗击疫情、减缓或阻断病毒传播，各国政府均制定并推行了相应政策。作为全球人口最多的国家，中国通过科学的日常体温检测和隔离政策，有效地控制了疫情在境内的进一步传播与恶化，将人员与经济的损失降到了最低。同时，研究报道指出发烧为本次疫情的首要临床症状，世界卫生组织(WHO)也将日常体温检测列为一种有效的病例初步筛选手段。

目前常用的人体温度测量装置分为接触式和非接触式两种。水银温度计作为一种接触式温度计，曾被广泛应用于临床实践中，然而其测量时间较长，并且容易破损导致水银泄露。作为水银温度计的替代品，基于热敏电阻的电子温度计缩短了测量时间，增加了仪器的鲁棒性，但是，电子温度计的测量精度很大程度上取决于患者的被测部位以及是否正确使用。另外，上述两种接触式温度计在测量过程中都增加了被测对象接触式感染的风险。

作为典型的非接触式温度测量设备，红外温度计被广泛应用于高人口密度场所的温度检测。如公告号为“CN1329717C”的中国实用新型专利，公布了一种定位式非接触红外体温检测仪器和体温检测方法。利用红外热辐射强度来测量人体温度，然而该被动式测量方法容易受到周围环境的温湿度、风力等影响，同时不同测量对象的皮肤状态、是否出汗等亦会影响测量准确度。另外，红外测温仪的准确度也在很大程度上取决于与被测区域的探测角度和探测距离，要获得高精度的测量结果往往操作复杂，或者需要提前进行校准。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够快速、精准测量体温的非接触体温测量装置，以便减小被测对象交叉感染的风险。

本实用新型提供了一种非接触体温测量装置，包括：光源模块，用于产生不同波段的红外光激光束，和定位光探测模块产生电信号的同步信号；

耦合模块，用于接收不同波段的红外光激光束进行耦合为一束红外光激光束；

测量模块，用于靠近被测对象口腔出口处，采集呼出气体，并作用于接收到耦合后的红外光激光束，输出被呼出气体水蒸气分子吸收特定波段的红外光激光束；

光探测模块，用于接收被呼出气体水蒸气分子吸收特定波段的红外光激光束，输出该红外光激光束产生的电信号；

电信号处理模块，接收光探测模块产生的电信号，和定位光探测模块产生电信号的同步信号，输出被测对象的温度值，并进行显示。

可选地，所述光源模块包括：函数发生器，通过第一和第二扫描信号，产生不同的扫描信号，和定位光探测模块产生电信号的同步信号；

第一和第二激光器，分别接收对应的扫描信号，产生对应波长的红外光激光束；

第一和第二准直器，分别接收对应波长的红外光激光束，并进行准直输出至耦合模块。

可选地，所述耦合模块包括：第一和第二光纤跳线，用于传输准直后对应的红外光激光束；

第一和第二纤转接头，用于将两光纤跳线连接于红外光纤合束器；

所述红外光纤合束器通过光纤准直接头与测量模块连接，并用于接收不同波长的红外光激光束进行耦合为一束红外光激光束，并由光纤准直接头准直输出至测量模块。

可选地，所述测量模块包括：用于反射耦合、准直后的红外光激光束的第一和第二反射镜，以及第一和第二反射镜之间围成将呼出气体水蒸气分子作用于红外光激光束的手持式气室。

可选地，所述第一和第二反射镜分别设置对应的光束孔，第一反射镜的光束孔与光纤准直接头连接，第二反射镜的光束孔与光探测模块连通。

可选地，耦合、准直后的红外光激光束由第一和第二反射镜在手持式气室内进行来回多次反射。

可选地，第一和第二反射镜相对角度、位置可调。

可选地，所述光探测模块包括红外光束探测器，所述红外光束探测器一端通过第三光纤转接头由第三光纤跳线连接于第二反射镜的光束孔上。

可选地，所述电信号处理模块包括电脑主机或单片机，电脑主机或单片机一端与数据采集卡连接，另一端与显示单元连接。

可选地，不同波长的红外光激光束分别为1392nm和1371nm的红外光激光束。

与现有体温测量仪器相比，本实用新型主要具有以下有益效果：

本实用新型的非接触式体温测量装置通过测量呼气的温度，避免了人体与仪器进行直接接触，减小了被测对象交叉感染的风险。

本实用新型采用的近红外吸收光谱技术为主动式测温，相比传统被动式红外测温方法提高了测量准确度；并且激光器可以由高频扫描电流驱动以达到毫秒级别的时间分辨率，大大缩短了被测气体温度的测量时间。

本实用新型的非接触式体温测量装置，利用两种不同波长处的水蒸气吸光度之比来计算被测气体温度；吸光度之比仅与被测气体温度有关，消除了外界环境温湿度等物理因素的干扰，与传统非接触式温度计相比提高了装置的鲁棒性，降低了测量的操作难度。

本实用新型的非接触式体温测量装置的激光器驱动及数据采集和后处理计算均集成在一个前端，便于移植和修改，同时使系统部件得以简化。

附图说明

图1为本实用新型非接触体温测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型两束红外光激光束经时分复用耦合后得到的探测信号的示意图；

图3为本实用新型通过人为改变被测温度，利用本装置测量得到的实时温度结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种非接触体温测量装置的结构示意图，如图1所示，光源模块包括函数发生器1，通过第一扫描信号2，第二扫描信号3，产生不同的扫描信号，和定位光探测模块产生电信号的同步信号。第一激光器4，第二激光器5，分别接收对应的扫描信号，产生对应波长的红外光激光束，而不同波长的红外光激光束分别为1392nm和1371nm的红外光激光束，并为覆盖吸光度不同的两条水蒸气分子吸收峰值波长。第一准直器6，第二准直器7，分别接收对应波段长的红外光激光束，并进行准直输出至耦合模块。函数发生器1所产生的同步信号由数据采集卡20采集用于与定位光探测模块产生电信号进行同步，并传输至电脑主机21或单片机端。

耦合模块包括红外光纤合束器12通过光纤准直接头13与测量模块连接，并用于接收不同波长的红外光激光束进行耦合为一束红外光激光束，并由光纤准直接头13准直输出一束平行红外光激光束23至测量模块。具体由第一光纤跳线8，第二光纤跳线9对应连接于第一准直器6，第二准直器7上，传输准直后对应的红外光激光束，然后由第一纤转接头10,第二纤转接头11，将第一光纤跳线8，第二光纤跳线9连接于红外光纤合束器12，传输对应的红外光激光束至红外光纤合束器12内进行耦合，其中两束红外光激光束耦合的方式包括且不限于时分复用、频分复用、波分复用等方式，同时在光探测模块和电信号处理模块中根据耦合的方式选择相应的解耦方式对不同波长的吸光度进行解耦。

测量模块包括用于反射耦合、准直后的红外光激光束的第一反射镜14，第二反射镜16，以及第一反射镜14，第二反射镜16之间围成将呼出气体水蒸气分子作用于红外光激光束的手持式气室15，其中手持式气室15的长度可根据实际应用场景做出相应的改动与调节，第一反射镜14，第二反射镜16也可根据实际应用场景做出相应角度、位置的改动与调节，在本实施例中手持式气室15的长度为2cm,合束后的平行红外光激光束23在手持式气室15内来回五次反射，产生等效于10cm的总气体吸收光程。并且第一反射镜14，第二反射镜16分别设置对应的光束孔，第一反射镜14的光束孔与光纤准直接头13连接，第二反射镜16的光束孔与光探测模块连通，经过多次反射呼出气体水蒸气分子作用后的平行红外光激光束23由第二反射镜16的光束孔传输至光探测模块中。

光探测模块包括红外光束探测器19，红外光束探测器19一端通过第三光纤转接头18由第三光纤跳线17连接于第二反射镜16的光束孔上，红外光束探测器19利用光电效应将经过手持式气室15内水蒸气吸收后的光强度转化为电信号的电压值，图2展示了一种本实施例中红外光束探测器19所探测到的典型信号示意图：经过本实施例所采用的时分复用耦合后，红外光激光束在空间上耦合为一束光，但是在时间上通过采用不同的第一扫描信号2，第二扫描信号3得以区分；图2中前500μs的信号属于第一激光器4所发出红外光激光束，后500μs的信号属于第二激光器5所发出红外光激光束，左右两信号中都可观察到一处凹陷，这是由于手持式气室15内水蒸气吸收了一部分特定波长的光，通过对该凹陷处的吸光度进行分析计算和后处理，可以推算出被测对象的体温。

电信号处理模块包括电脑主机21或单片机，电脑主机21或单片机一端与数据采集卡20连接，另一端与显示单元22连接。红外光束探测器19所探测得到的电信号经过数据采集卡20收集后被送入电脑主机21进行数据处理，同时数据采集卡20将函数发生器1所产生的同步信号一同送入电脑主机21，用以同步定位探测信号。电脑主机21进行数据处理后，其通过对例如图2所示的两束激光的吸光度进行分析处理，计算得到两束不同波长激光的吸光度之比，而该比值只与吸收气体的温度直接相关；再通过该比值与被测对象的温度之间的二次型相关关系，将该吸光度之比反演为被测对象的温度并通过显示单元22进行实时显示。

在实际测量过程中，首先供电启动第一激光器4，第二激光器5和红外光束探测器19，紧接着启动电脑主机21与函数发生器1，产生提前设置好的第一扫描信号2和第二扫描信号3分别作用于第一激光器4和第二激光器5。第一激光器4和第二激光器5产生的不同波长的红外光激光束在耦合模块耦合位一束红外光激光束，进入手持式气室15，然后将手持式气室15靠近被测对象口腔出口处，采集呼出气体。耦合后的红外光激光束在手持式气室15内多次反射同时在特定波段处被水蒸气分子一定程度上吸收，最终出射光被光探测模块接收探测，红外光束探测器19将探测得到的光强度信号转化为电压信号并由数据采集卡20采集，数据采集卡20将该数据送入电脑主机21进行数据处理为被测对象温度并通过显示单元22进行实时显示。

为了检测本实用新型的非接触式体温测量装置的温度测量速度与精准度，通过人为改变手持式气室15内的水蒸气温度，使装置进行实时温度测量并对结果进行了评估，如图3所示，手持式气室15内的水蒸气温度于初始时控制在36℃，并分别在第100秒、350秒、550秒时将温度提升2℃，在第770 秒将温度冷却到36℃，在整个过程中，该非接触式体温测量装置实现了1秒的实时温度测量展示速率，完整地捕捉了整个过程中的温度变化特别是温度控制过程中的过调与震荡；在温度稳定于36℃的100秒连续实时测量过程中，仅仅检测到了0.16℃的温度波动误差。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种非接触体温测量装置，其特征在于，包括:

光源模块，用于产生不同波长的红外光激光束，和定位光探测模块产生电信号的同步信号；

耦合模块，用于接收不同波长的红外光激光束进行耦合为一束红外光激光束；

测量模块，用于靠近被测对象口腔出口处，采集呼出气体，并作用于接收到耦合后的红外光激光束，输出被呼出气体水蒸气分子吸收特定波段的红外光激光束；

光探测模块，用于接收被呼出气体水蒸气分子吸收特定波段的红外光激光束，输出该红外光激光束产生的电信号；

电信号处理模块，接收光探测模块产生的电信号，和定位光探测模块产生电信号的同步信号，输出被测对象的温度值，并进行显示。

2.根据权利要求1所述的非接触体温测量装置，其特征在于，所述光源模块包括：

函数发生器(1)，通过第一和第二扫描信号(2，3)，产生不同的扫描信号，和定位光探测模块产生电信号的同步信号；

第一和第二激光器(4，5)，分别接收对应的扫描信号，产生对应波长的红外光激光束；

第一和第二准直器(6，7)，分别接收对应波长的红外光激光束，并进行准直输出至耦合模块。

3.根据权利要求2所述的非接触体温测量装置，其特征在于，所述耦合模块包括：

第一和第二光纤跳线(8，9)，用于传输准直后对应的红外光激光束；

第一和第二纤转接头(10，11)，用于将第一和第二光纤跳线(8，9)连接于红外光纤合束器(12)；

所述红外光纤合束器(12)通过光纤准直接头(13)与测量模块连接，并用于接收不同波长的红外光激光束进行耦合为一束红外光激光束，并由光纤准直接头(13)准直输出至测量模块。

4.根据权利要求3所述的非接触体温测量装置，其特征在于，所述测量模块包括：用于反射耦合、准直后的红外光激光束的第一和第二反射镜(14，16)，以及第一和第二反射镜(14，16)之间围成将呼出气体水蒸气分子作用于红外光激光束的手持式气室(15)。

5.根据权利要求4所述的非接触体温测量装置，其特征在于，所述第一和第二反射镜(14，16)分别设置对应的光束孔，第一反射镜(14)的光束孔与光纤准直接头(13)连接，第二反射镜(16)的光束孔与光探测模块连通。

6.根据权利要求5所述的非接触体温测量装置，其特征在于，耦合、准直后的红外光激光束由第一和第二反射镜(14，16)在手持式气室(15)内进行来回多次反射。

7.根据权利要求6所述的非接触体温测量装置，其特征在于，第一和第二反射镜(14，16)相对角度、位置可调。

8.根据权利要求5所述的非接触体温测量装置，其特征在于，所述光探测模块包括红外光束探测器(19)，所述红外光束探测器(19)一端通过第三光纤转接头(18)由第三光纤跳线(17)连接于第二反射镜(16)的光束孔上。

9.根据权利要求1-7任一项所述的非接触体温测量装置，其特征在于，所述电信号处理模块包括电脑主机(21)或单片机，电脑主机(21)或单片机一端与数据采集卡(20)连接，另一端与显示单元(22)连接。

10.根据权利要求1-7任一项所述的非接触体温测量装置，其特征在于，不同波长的红外光激光束分别为1392nm和1371nm的红外光激光束。

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