DE102008013052A1

DE102008013052A1 - Temperatur messendes Gewebe

Info

Publication number: DE102008013052A1
Application number: DE200810013052
Authority: DE
Inventors: Lawrence Ten Eyck; Lynn E. Lynam; Hua Xia; Kung-Li J. Deng
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2008-09-18
Also published as: US7787726B2; US20080227349A1; JP2008224670A

Abstract

Es wird eine Decke oder ein Kleidungsstückartikel (10) für eine Person, wie zum Beispiel ein Kind, bereitgestellt. Ein faseroptisches Temperatur messendes Element (12) ist in das Gewebe durch einen Prozess, wie zum Beispiel Weben, integriert. Das Temperaturmesselement (12) ist eine optische Faser (14) mit einem oder mehreren darin eingeschriebenen Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, so dass ein Licht in die optische Faser (14) eingeführt und dieses Licht auf die Person an einer Gitterschnittstelle geleitet wird. Ein Rücklauflichtsignal wird entweder durch einen Reflexionsmodus oder Transmissionsmodus empfangen, wobei das Rücklauflichtsignal durch den Bragg-Resonanzeffekt eine für die Temperatur der Person indikative Wellenlängenverschiebung hat. Eine höhere Temperaturempfindlichkeit wird mit einem Metallmaterial (28) mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten erhalten, das um den Fasersensormantel herum beschichtet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gewebeartikel zur Verwendung mit einer Person und insbesondere einen Gewebeartikel, in dem eine Messeinrichtung zum Messen der Temperatur einer Person enthalten ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt natürlich viele Fälle, in welchen es erwünscht ist, kontinuierlich oder intermittierend die Temperatur einer Person zu messen. Ein Beispiel liegt in der Betreuung von Neugeborenen vor, bei der das Kind eine stabile Temperatur zum Überleben benötigt und es daher erforderlich ist, eine ständige oder periodische Überwachung der Temperatur des Kindes aufrecht zu erhalten. Demzufolge muss das Klinikpersonal häufig die Temperatur des Kindes entweder unabhängig oder als Teil einer Wärmeregelungsvorrichtung messen, um sicherzustellen, dass eine konstante Körpertemperatur aufrechterhalten wird.
Derzeit werden jedoch die Temperaturmesswerte nur periodisch erfasst, da es keine kontinuierliche Aufzeichnungsvorrichtung zum Messen der Temperatur des Kindes während einer thermischen Überwachungsnotwendigkeit gibt. Demzufolge wird die Entlassung des Kindes aus dem Krankenhaus oft um Tage verzögert, obwohl das Kind die automatische Regelung seiner Temperatur bereits schafft.
Ein Mittel zur Überwachung der Temperatur eines Kindes besteht in der Anbringung eines oder mehrerer Temperatursensoren, wie zum Beispiel Thermistoren, an der Haut des Kindes und dann in der Messung der Temperatursignale aus den Sensoren. Es besteht jedoch eine Schwierigkeit mit ein solchen Anwendung von an der Haut des Kindes angebrachten Temperatursensoren, da die Sensoren Entzündungen auf dem Kind verursachen können, und immer ein Problem mit den störenden Drähten, die den Sensor mit der Überwachungsvorrichtung verbinden, vorliegt, welche unterbrochen werden können oder einfach ein Hindernis für den Zugang zu dem Kind für das Pflegepersonal darstellen. Zusätzlich mit der Anwendung elektrisch aktivierter Sensoren gibt es ein Problem mit Interferenzen durch andere Geräte in der Nähe der Temperatursensoren, welche eine Ungenauigkeit oder einen Gesamtverlust des Signals aus den Temperatursensoren bewirken können.
Es gibt bestimmte Abdeckungen, die bereits veröffentlicht worden sind, die bestimmte Einrichtungen zum Messen der Temperatur haben, und als ein Beispiel gibt es in dem U.S. Patent 4 672 176 von Kishimoto et al. eine Decke, die mehrere an der Abdeckung befestigte Temperatursensoren enthält, wobei jedoch diese Sensoren elektrisch aktiviert werden, und einer elektrischen Interferenz von anderen Geräten unterliegen, die bei der Betreuung eines Kindes oder eines anderen Patienten verwendet werden.
Es gibt eine Technologie, die derzeit verfügbar ist, aber noch nicht in einem Temperatur messenden Gewebe angewendet oder eingesetzt wird, und diese Technologie beinhaltet die Verwendung eines Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Temperatursensors, welcher in eine optische Faser mittels eines standardmäßigen Herstellungsprozesses mittels Ultraviolett-Laserlicht eingeschrieben wird. Derartige FBG-Sensoren wurden bereits in medizinischen Anwendungen verwendet, um beispielsweise ein Temperaturprofil eines Patienten zu erhalten. Siehe In-Fiber Bragg-Grating Temperature Sensor System for Medical Applications, Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, No. 5 May 1997, pages 779–785. Wie in diesem Artikel angemerkt, besteht einer der Vorteile des FBG-Sensors für die Temperaturmessung darin, dass es kein Problem mit Hochfrequenzinterferenzen gibt. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des FBG-Sensors besteht darin, dass er an einer beliebigen Stelle entlang einer optischen Faser eingeschrieben werden kann, und dass die FBG-Sensoren auch in der optischen Faser ohne Vergrößerung des Durchmessers dieser optischen Faser kaskadiert werden können. Die räumliche Auflösung kann weniger als einige Millimeter sein und die maximale Länge der Verteilung des FBG-Sensors kann wenige Mikrometer sein. Der Durchmesser und die Länge der Fasersensoren sind 0,25 mm und 5,0 mm, die aus biokompatiblem Siliziumdioxidglasmaterial.
Es wäre daher wünschenswert einen Gewebeartikel, insbesondere eine Kinderdecke zu haben, die Wärme und Wohlbehagen für das Kind bereitstellt und gleichzeitig effiziente Temperatursensoren aufweist, die tatsächlich in die gewebte Decke integriert sind, um individuell lokalisierte Temperaturen oder die Gesamttemperatur der Person unter Verwendung der vorstehend erwähnten Technologie zu messen. Es wäre auch vorteilhaft, andere Gewebeartikel mit in den Gewebeartikel integrierter Temperaturmessfähigkeit zu haben, welcher Kleidungsartikel und dergleichen umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung einen Gewebeartikel, der eine Person, insbesondere ein Kind, berührt. Wie hierin als eine exemplarische Ausführungsform beschrieben, ist eine Anwendung des vorliegenden Gewebegegenstandes eine Decke für Kinder, wobei jedoch, wie erkennbar ist, das vorliegende Stoffgewebe mit Temperaturmessfähigkeit für viele weitere Anwendungen verwendet werden kann, in welchen die Temperatur einer Person überwacht werden soll, einschließlich Kleidungsartikeln für eine Person, wie zum Beispiel Pyjamas für ein Kind. Bei der exemplarischen Ausführungsform, und wie es hierin beschrieben wird, ist die Decke eine gewebte Decke, welche Wärme und Wohlbehagen für das Kind in der Art einer normalen Kinderdecke fördern kann.
Bei der vorliegenden Decke ist jedoch in diese Decke wenigstens ein faseroptisches Temperaturmesselement integriert, das die Temperatur des Kindes messen kann, wenn die Decke über das Kind gelegt ist.
Mit "integriert" ist gemeint, dass das faseroptische Temperaturmesselement tatsächlich in die optische Faser eingebaut ist, wobei diese in die gewebte Decke eingewebt oder anderweitig damit so verflochten ist, dass die Decke in ihrer normalen Art zum Zudecken des Kindes verwendet werden kann und trotzdem die Temperaturmessfähigkeit durch das in die Decke integrierte Messelement oder -elemente bereitgestellt wird.
Somit ist die Decke selbst ein Stoffgewebe und in einer exemplarischen Ausführungsform sind die optische(n) Faser oder Fasern in die Decke eingewebt. Das Einweben optischer Fa sern ist bekannt und als ein Beispiel wird ein "Smart Shirt" in einem Artikel mit dem Titel "Fiber optics in textile" by Kami Emirhan, 3rd International Symposium of Interactive Design, 2005 dargestellt, das als eine mit Faseroptik gewebtes T-Shirt beschrieben ist. Optische Fasern werden auch in eine Auflage zur Übertragung von Licht zur Phototherapie für Kinder zur Linderung der Bilirubinanämie eingewebt, und eine gewebte Auflage ist in dem U.S. Patent 4 907 132 von Parker dargestellt und beschrieben.
Die optischen Fasern, die in die Decke der vorliegenden Erfindung integriert sind, weisen jeweils einen oder mehrere Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Sensoren auf, die in die optische Faser oder Fasern eingebaut sind. Eigentlich können nur einer oder mehrere derartiger FBG-Sensoren in jeder optischen Faser in einem vorbestimmten Muster oder beliebigen Mustern vorhanden sind, die spezifisch angepasst sind, um einen besonders wichtigen und kritischen Bereich des Kindes zu messen. Somit können individuelle Temperaturen ermittelt und verwendet werden, um beispielsweise die Kerntemperatur einer Person zu berechnen oder um eine lokalisierte Temperatur der Person an einer beliebigen Stelle zu ermitteln. Bei einer spezifisch angepassten Anordnung wäre es jedoch erforderlich, die Decke korrekt in Bezug auf das Kind auszurichten.
Die vorliegende Temperatur messende Decke ist daher Teil eines Temperaturmesssystems, das eine Quelle für Licht enthält, das in die optischen Fasern eingespeist wird, um jeden der FBG-Sensoren innerhalb der Faser zu erreichen. Dieses Licht tritt gemäß den Prinzipien der FBG's aus dem FBG-Sensor aus, um die Haut des Kindes zu erreichen und das rückgestreute Licht weist eine für die Temperatur dieser Haut indikative Wellenlängenverschiebung auf. Das Rücklauf-Lichtsignal wird dann durch die optische Faser zum Empfang und zur Interpretation durch die Signalverarbeitungsschaltung zurückgeführt, um die Hauttemperatur des Kindes zu ermitteln. Die Temperaturmessung ist daher abhängig von der Periodizität von Änderungen des Gitters und die Körpertemperatur des Kindes induziert eine Metallfilmwärmeausdehnung, welche die Periodizität des Faser-Bragg-Gitters proportional modifiziert. Um eine maximale Temperaturempfindlichkeit zu erzielen, kann der FBG-Sensor ein die Manteloberfläche beschichtendes metallisches Material enthalten und welches mittels eines Magnetron-Sputterverfahrens aufgebracht werden kann. Das metallische Material kann Al, Au, Ni und eine Kombination nicht korrodierender Legierungen umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Eine exemplarische Ausführungsform des vorliegenden Faserkabels besteht aus einem metallisierten Einmoden-Fasermaterial, das 0,125 mm Manteldurchmesser und 0,09 mm Kernfaserdurchmesser besitzt. Die Mehrfachfaserkabel können mittels eines optischen Umschalters oder eines optischen Mehrwegekopplers in ein Abfragesystem eingekoppelt werden. Die Ausführungsform hat ein abstimmbares Laserlicht von 80 nm Bandbreite zur Faser-FBG-Sensorabfrage eingespeist und jeder Sensorwellenlängenabstand ist etwa 0,5 nm. Somit können 160 Fasersensoren in einem einzigen Kanal und 640 Faser-FBG-Sensoren in einem System mit vier Kanälen verarbeitet werden. Die Wellenlängenverschiebung jedes FBG-Sensors wird mittels einer NIST-Gaszelle kalibriert und die Wellenlängenverschiebung und der Reflexions- oder Transmissionsgrad werden gleichzeitig mittels Software drahtlos und ferngesteuert überwacht.
Zusammengefasst können daher die vorliegende Decke und das System die Temperatur einer Person messen, indem einfach die Decke in mit der Person in Wärmekontakt gebracht wird, das heißt, dass die Decke tatsächlich die Person berühren kann, oder sich einfach in ausreichend in unmittelbarer Nähe zu der Person befinden kann, um so die Temperatur dieser Person zu messen. Die FBG-Sensoren in den in der Decke integrierten optischen Fasern können die Temperatur der Person messen und somit kontinuierlich die Temperatur der Person überwachen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unmittelbarer während der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen darin ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Temperatur messenden Decke;
2 ist eine schematische Seitenansicht eines einzelnen mit der vorliegenden Erfindung eingesetzten Faser-Bragg-Gitter-Sensors; und
3 ist eine Querschnittsansicht eines Metallfaser-Bragg-Gitter-Sensors, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist eine schematische Ansicht einer Temperatur messenden Decke 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie man sehen kann, hat die Decke 10 mehrere Faser-Bragg-Gitter-(FBG)-Sensoren 12 darin in einer optischen Faser 14 eingeschrieben. Die FBG-Sensoren 12 sind alle in Reihe ver bunden dargestellt und sind daher alle durch die optische Faser 14 miteinander verbunden, wobei jedoch die Decke 10 isolierte Gruppen von in Reihe geschalteten FBG-Sensoren enthalten kann, so dass die Decke 10 die Temperatur unabhängig an unterschiedlichen ausgewählten Stellen der Person messen kann.
Es ist eine breitbandige Lichtquelle 16 vorhanden, die das Licht für die optische Faser 14 liefert, so dass es jeden der FBG-Sensoren 12 erreicht. Diese Lichtquelle 16 kann eine Wolframlampe oder eine andere Quelle für breitbandiges Licht sein.
Gemäß Darstellung läuft das Licht der breitbandigen Lichtquelle 16 durch einen optischen Koppler 18 und somit in die FBG-Sensoren 12 in der optischen Faser 14, die in die Temperatur messende Decke 10 integriert ist. Ein Reflexionslichtsignal aus den FEG-Sensoren 12 kehrt entlang der optischen Faser 14 in einer Rückwärtsrichtung zurück und läuft durch den optischen Koppler 18, um den Signalprozessor 20 zu erreichen.
Es ist auch ein Durchlasslichtsignal vorhanden, das jeden der FBGs 12 der Reihe nach durchläuft und den Signalprozessor 20 erreicht. Somit kann entweder das reflektierte Lichtsignal oder das Durchlasslichtsignal bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, da beide ein Lichtsignal liefern, das eine Verschiebung in der Wellenlänge zwischen dem emittierten Licht und dem Rücklauflicht bestimmt und welches für die gemessene Temperatur indikativ ist.
Die Lichtsignale aus dem Reflexionsmodus oder dem Durchlassmodus werden durch den Signalprozessor 20 verarbeitet und die Daten in den Datenanalyse- und Verarbeitungsblock 22 eingegeben, in welchem die Ermittlung der Temperatur der durch die FBG-Sensoren 12 gemessenen Person verarbeitet und erhalten wird. Die für eine Temperatur oder mehrere Temperaturen repräsentativen Signale können an eine Anzeigeinrichtung 23 gesendet werden, wo die Temperatur oder Temperaturen oder andere auf den Temperaturen basierende Information dem Pflegepersonal angezeigt werden kann. Die Anzeigeeinrichtung 23 kann eine von einer beliebigen Anzahl von geeigneten Anzeigeeinrichtungen einschließlich visueller oder hörbarer Einrichtungen sein, welche Information an einen Benutzer über die Temperatur oder irgendeine andere Information auf der Basis der gemessenen Temperatur oder Temperaturen ausgibt.
In 2 ist eine schematische Seitenansicht eines bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Einzelfaser-Bragg-Gitter-Sensors 12 dargestellt. Das breitbandige Licht tritt in die optische Faser 4 in der Richtung des Pfeils A ein und verläuft entlang der optischen Faser 14 zu einer Gitter-Schnittstelle 24, wo das Licht aus der optischen Faser 14 in den Umgebungsbereich durch einen Mantel 26 hindurch austritt. Wenn sich die Temperatur messende Decke 10 in einer wärmeleitenden Beziehung zu einer Person wie zum Beispiel einem Kind, befindet, kommt das Licht aus der Gitter-Schnittstelle 14 mit dem Kind in Kontakt und erzeugt ein Rücklauflichtsignal mit einer Wellenlängenverschiebung, die für die Hauttemperatur dieses Kindes indikativ ist.
Demzufolge wird das Rücklaufsignal, das nun Information bezüglich der Temperatur des Kindes enthält, entweder entlang der optischen Faser 14 reflektiert und in der Richtung des Pfeils B in einem Reflexionsmodus ausgegeben oder läuft ent lang der optischen Faser 14 zur Ausgabe in der Richtung des Pfeils C in einem Durchlassmodus weiter.
In 3 ist ein metallbeschichteter FBG-Sensor 12 mit einer Metallbeschichtung 28, welche auch eine 20 nm Goldlegierung sein kann, die eine hochempfindliche Temperaturmessung ermöglicht, dargestellt. Die Metallbeschichtung 28 auf der Oberfläche des FBG-Sensors 12 verbessert die Temperaturempfindlichkeit um mehr als das zwanzigfache aufgrund des wesentlich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metalls als dem des Siliziumdioxid-Glasfasermaterials. Die Verwendung der Metallbeschichtung 28 auf der Oberfläche des FBG-Sensors 12 bringt eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass der FBG-Sensor 12 eine schnelle Antwort auf eine Temperaturveränderung des Kindes liefern kann.
Der Fachmann auf diesem Gebiet wird leicht erkennen, dass zahlreiche Anpassungen und Modifikationen an der Temperaturmessdecke und deren Anwendung ausgeführt werden können, welche zu einer verbesserten Temperatur messenden Decke führen, wobei jedoch alle davon in dem Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in den nachstehenden Ansprüchen fallen. Demzufolge ist die Erfindung nur durch die nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.

10: Temperatur messende Decke
12: FBG-Sensor
14: Optische Faser
16: Lichtquelle
18: Optischer Koppler
20: Signalprozessor
22: Verarbeitungsblock
24: Gitterschnittstelle
26: Mantel
28: Metallbeschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4672176 [0005]
- US 4907132 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- In-Fiber Bragg-Grating Temperature Sensor System for Medical Applications, Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, No. 5 May 1997, pages 779–785 [0006]
- "Fiber optics in textile" by Kami Emirhan, 3rd International Symposium of Interactive Design, 2005 [0011]

Claims

Temperatur messender Gewebeartikel (10) zur Verwendung mit einer Person, wobei der Gewebeartikel ein gewebtes Material mit wenigstens einem in das gewebte Material integrierten faseroptischen Temperatursensor (12) aufweist, um wenigstens einen Abschnitt einer Person abzudecken und um die Temperatur einer Person zu messen.
Temperatur messender Gewebeartikel nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine faseroptische Temperatursensor (12) in einer optischen Faser (14) ausgebildet ist, die in das gewebte Material eingewebt ist.
Temperatur messender Gewebeartikel nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine faseroptische Temperatursensorelement (12) ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor ist.
Temperatur messender Gewebeartikel nach Anspruch 3, wobei der Faser-Bragg-Gitter-Sensor (12) mit einem gut wärmeleitenden Material (28) beschichtet ist.
Temperatur messender Gewebeartikel nach Anspruch 1, wobei sich der wenigstens eine faseroptische Temperatursensor (12) in einem gewebten Material in Wärmeleitungsbeziehung mit einem Kind befindet und ein für die Hauttemperatur eines Kindes indikatives Lichtsignal erzeugt.
System zum Messen der Temperatur eines Subjektes, wobei das System aufweist: einen Artikel (10) der gewebtes Material mit wenigstens einem in das gewebte Material integrierten faseroptischen Temperatursensor (12) aufweist; eine Lichtquelle (16) zum Übertragen von Licht in den wenigstens einen faseroptischen Temperatursensor (12), wobei der wenigstens eine faseroptische Temperatursensor (12) dieses Licht auf die Person lenkt und von der Person reflektiertes Licht mit einer für die Temperatur einer Person indikativen veränderten Eigenschaft empfängt; einen Lichtsensor zum Empfangen von Licht das durch den wenigstens einem faseroptischen Temperatursensor empfangen wird; und einen Signalprozessor (20), der dafür angepasst ist, die Änderung in der Eigenschaft des durch den wenigstens einen faseroptischen Temperatursensor geleiteten und empfangenen Lichtes zu interpretieren, um die Temperatur einer Person zu bestimmen.
System nach Anspruch 6, wobei die veränderte Eigenschaft des von dem Subjekt reflektierten Lichtes eine Verschiebung der Wellenlänge des durchgelassenen Lichtes ist.
System nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine faseroptische Temperatursensor (12) ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor ist.
System nach Anspruch 6, wobei der Signalprozessor (20) eine Verschiebung in der Wellenlänge zwischen dem von dem wenigstens einem faseroptischen Temperatursensor (2) auf die Haut eines Kindes geleiteten Licht und dem durch die wenigstens eine faseroptischen Temperatursensor (12) empfangenen Licht interpretiert, um die Hauttemperatur eines Kindes zu ermitteln.
Verfahren zum Messen der Temperatur einer Person, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Artikels (10), der ein gewebtes Material mit wenigstens einem in das gewebte Material integrierten faseroptischen Temperatursensor (12) aufweist, Platzieren des Artikels in Wärmekontakt mit der Person, Liefern eines Lichtsignals an den wenigstens einen faseroptischen Temperatursensor (12), wodurch der wenigstens eine faseroptische Temperatursensor (12) das Lichtsignal auf die Person leitet und ein Rücklauflichtsignal von der Person mit einer die Temperatur der Person Indikativen Eigenschaften empfängt, Ermitteln der Temperatur der Person durch Interpretieren der Eigenschaft, die die Temperatur der Person in dem Rücklauflichtsignal anzeigt.