DE69017247T2

DE69017247T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Infrarot-Thermometrie.

Info

Publication number: DE69017247T2
Application number: DE69017247T
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Beckman; John A Graham
Original assignee: Ivac Medical Systems Inc
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2010-03-21
Also published as: EP0391128B1; EP0391128A1; US4900162A; DE69017247D1; JPH0328728A; CA2012528A1; CA2012528C

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Temperaturmessung im allgemeinen und ein temperaturgeregeltes Nullradiometer im besonderen, das zur Verwendung als biomedizinisches Thermometer geeignet ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Schwankungen der Innentemperaturen von Temperaturmeßgeräten neigen dazu die Eichung dieser Geräte zu beeinflussen. Folglich können Temperaturmeßvorrichtungen einen Mechanismus umfassen, der eine relativ konstante Innentemperatur aufrechterhält. Manchmal handelt es sich dabei um einen Kühlkörper, der die Innentemperatur der Vorrichtung stabilisiert, der es aber auch möglich macht, daß sich die Innentemperatur der Vorrichtung langsam an die Umgebungstemperatur anpaßt. Ferner wurden auch aktivere Systeme zur Regelung der Innentemperatur einer Temperaturmeßvorrichtung verwendet. Zum Beispiel wurde es vorgeschlagen, einen Infrarot-Wandler-Geber für eine kontaktlose Temperaturmessung mit einem Flüssigkeitskühlmantel vorzusehen, um die Innentemperatur der Vorrichtung auf einer relativ konstanten Temperatur zu halten. In einer Rückkopplungsschleife wurde ein Thermistor zusammen mit einem Verstärker verwendet, der den Verstärkungsfaktor des Temperatürdetektors verändert, um eine Innentemperaturschwankung auszugleichen. Ferner ist ein System zur Erwärmung bzw. Abkühlung einer Wärmebezugsquelle eines Infrarotthermometers bekannt, und zwar auf der Grundlage einer gemessenen Targettemperatur. Die Temperatur der Bezugsquelle wird konstant nahe der Targettemperatur gehalten, um genauere Werte vorzusehen.
Ferner bekannt ist ein einzigartiges tympanisches Thermometer, bei dem ein System zur Erwärmung und Abkühlung von in den. Ohrkanal geblasener Luft verwendet wird. Die Lufttemperatur wird gemessen und solange geregelt, bis zwischen der eintretenden und der austretenden Luft ein Temperaturgleichgewicht erreicht worden ist; Eine Nulltemperaturdifferenz zwischen der eintretenden und der austretenden Luft dient als Anzeige dafür, wann ein Temperaturwert der Luft dazu verwendet werden soll, die Temperatur des Innenohrs zu bestimmen. Dieses Temperatur weist leider den Nachteil auf, daß dem Targetbereich Temperaturveränderungen zugeführt werden. Ferner bekannt ist ein Verfahren zur Bereitstellung eines Gleichgewichtstemperaturwertes in einem unterbrecherstabilisierten Nullradiometer unter Verwendung eines pyroelektrischen Empfängers. Das Nullverfahren ist zur Überwindung einer Ungenauigkeit des Temperaturkoeffizienten des pyroelektrischen Empfängers nützlich, der einen Ausgangsstrom aufweist, der proportional zu der Veränderungszeit eines Temperaturunterschieds ist. Bei einer anderen Art eines unterbrecherstabilisierten Infrarot- Thermometers wird eine zugeordnete Eicheinheit verwendet, die immer eine Bezugstemperatur aufweist, die der Thermometerfühler mit den Temperaturwerten eines Targets vergleicht.
In der Europäischen Patentanmeldung mit der Nummer 0270299A2 ist ein Temperatursensor offenbart, der sich in einem Gehäuse mit einem Siliziumfenster befindet, durch welches Infrarotstrahlung eintreten kann. Eine Tragkonstrüktion hält eine Bezugsverbindungsstelle und eine Fühlerverbindungsstelle, wobei erstere auf die Temperatur des Gehäuses anspricht, während letztere sowohl auf die Temperatur des Gehäuses als auch auf die Temperatur eines entfernten Bereichs anspricht.
Es wäre vorteilhaft ein Infrarot-Thermometer vorzusehen, das ein Nullverfahren verwendet, wobei die Ausgabe des Strahlungsdetektors proportional zu der Differenz zwischen der Temperatur des Targets und der bekannten Temperatur des Strahlungsdetektors ist, so daß die Temperatur des Targets bestimmt werden kann, wenn ein Nullwert gemessen wird, um eine direkte Messung der Temperatur vorzusehen. Durch die vorliegende Erfindung wird dies verwirklicht,

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann diese wie folgt zusammengefaßt werden: als eine Vorrichtung zur Messung der von einem Target ausgestrahlten elektromagnetischen Abstrahlung, mit: einer Strahlungsdetektoreinrichtung zum Empfang der Strahlung von dem Target; und mit einem Temperaturdetektor, wobei der Temperaturdetektor die Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung mißt, und wobei der Temperaturdetektor dazu geeignet ist, ein zweites elektrisches Signal zu erzeugen, das die Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung anzeigt; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß es sich bei der Vorrichtung um ein biomedizinisches Thermometer handelt, wobei die Strahlungsdetektoreinrichtung ein erstes elektrisches Signal erzeugen kann, das proportional zu dem Unterschied zwischen der Temperatur des Targets und der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung ist, wobei die Vorrichtung ferner folgendes umfaßt: eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung, wobei die Einrichtung auch als Temperaturdetektor dient; eine Temperaturverarbeitungseinrichtung zur Regelung der Einrichtung, so daß die Temperatur so verändert wird, daß der Absolutwert des ersten Signals im wesentlichen auf Null reduziert wird; wobei die Temperaturverarbeitungseinrichtung auf das erste Signal und auf das zweite Signal anspricht und dazu geeignet ist, ein drittes Signal zu erzeugen, das proportional zu der absoluten Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung ist, welche die Temperatur des Targets darstellt, wenn das von der Strahlungsdetektoreinrichtung abgegebene erste Signal im wesentlichen Null ist.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Nullradiometer- Temperaturmessungssystem vor, bei dem ein Nullradiometersignal verwendet wird,. das proportional zu der Differenz zwischen einer Strahlungsdetektor-Temperatur und einer Targettemperatur ist, um festzustellen, wann die Temperatur des Targets der Temperatur des Strahlungsdetektors entspricht.
Kurz und allgemein ausgedrückt umfaßt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Targets folgendes: einen Strahlungsdetektor, der eine Ausgabe eines ersten Signals vorsieht, das proportional zu der Differenz zwischen der Temperatur des Targets und der Temperatur des Infrarotdetektors ist; einen Temperaturdetektor zur Messung der Temperatur des Infrarotdetektors; eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Infrarotdetektors; und einen Temperaturprozessor zur Erzeugung einer Ausgabe, die proportional zu der Absoluttemperatur des Infrarotdetektors ist, wobei der Prozessor auf die Ausgabe des Infrarotdetektors und des Temperaturdetektors anspricht.
Ferner sieht die Erfindung kurz und allgemein ausgedrückt ein Verfahren zur Messung der Temperatur eines Targets vor und zwar durch Messen der Ausgabe eines Infrarot-Strahlungsdetektors; Veränderung der Temperatur des Infrarotdetektors, so daß der Infrarotdetektor einen im wesentlichen Nullabsolutwert der elektrischen Leistung erzeugt; und Messen der Temperatur des Infrarotdetektors, um die Temperatur des Targets zu bestimmen, wenn der Absolutwert des Signals von dem Infrarotdetektor im wesentlichen Null ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sorgt ein Regler dafür, daß eine Heiz- und Kühleinrichtung die Temperatur des Strahlungsdetektors auf einen Wert bringt, der der Temperatur des Targets entspricht. Der ausgegebene Wert des Temperaturdetektors wird abgetastet und in einen Wert umgewandelt, der proportional zu der Temperatur des Strahlungsdetektors ist, wobei der Wert angezeigt und für externe Anwendungen bereitgestellt werden kann. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sorgt der Regler dafür, daß die Heiz- und Kühleinrichtung die Temperatur des Infrarot-Strahlungsdetektors so ändert, daß diese die Temperatur des Targets abtastet. Die Ausgabe des Temperaturdetektors wird mit der Ausgabe des Infrarotdetektors verglichen, um festzustellen, wann die Temperatur des Strahlungsdetektors gleich der Temperatur des Temperaturdetektors gewesen ist, und es wird ein Wert ermittelt, der proportional zu der Absoluttemperatur des Targets ist.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel steuert der Regler die Heiz- und Kühleinrichtung so, daß der Detektor auf eine vorbestimmte bzw. voreingestellte geschätzte Targettemperatur gebracht wird, wobei ein näherungsweiser Targettemperaturwert bestimmt wird. Die näherungsweise Targettemperatur ersetzt dann die vorher geschätzte Targettemperatur, auf die der Detektor für einen weiteren näherungsweisen Targettemperaturwert abgeglichen wird. Die Folge der aufeinanderfolgenden Annäherungen wird solange wiederholt, bis eine ausreichend genaue Schätzung der Targettemperatur durchgeführt werden kann.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich, welche die Merkmale der Erfindung durch Beispiele veranschaulichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Figur 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 eine teilweise Querschnittsansicht des Strahlungsdetektors und des Temperaturdetektors;
Figur 3 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Figur 4 ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Figur 5 eine näherungsweise Wellenfarm eines Signals des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors und die Wellenformen sowie die Taktung der Temperaturregelung des Systems in einem Temperaturverfolgungsmodus;
Figur 6 näherungsweise Wellentaktfolgen der Temperaturregelung des System in einem abtastenden Temperaturregelungsmodus;
Figur 7 einen Graph der Temperaturerfassung unter Verwendung des stufenweisen Näherungsverfahrens;
Figur 8 einen Graph der Detektortemperatur im Verhältnis zu der Detektorausgabe in dem stufenweisen Näherungsverfahren; und
Figur 9 ein Diagramm der erfindungsgemäßen Temperaturregelung in einem stufenweisen Näherungsmodus.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Wie dies in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken dargestellt ist, ist die Erfindung in einem Nullradiometer- Thermometer zur Temperaturfeststellung an einer Person an verschiedenen Körperstellen, einschließlich dem Ohr, verwirklicht&sub1; wobei das Thermometer einen Strahlungsdetektor umfaßt sowie einen Temperaturdetektor zur Messung der Temperatur des Infrarotdetektors und eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Infrarotdetektors. Das System umfaßt ferner einen Temperaturprozessor zur Erzeugung einer Ausgabe, die proportional zu der absoluten Temperatur des Infrarotdetektors ist, wobei der Prozessor auf von dem Infrarotdetektor und dem Temperaturdetektor erzeugte Signale anspricht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Infrarotthermometer eine Thermosäule als Infrarotdetektor, einen Kühlkörper und einen Thermistor, der zur Messung der Temperatur der Bezugsverbindungsstellen verwendet wird. Der Thermistor kann auch zur Erwärmung der Bezugsverbindungsstellen verwendet werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt die Erfindung ferner eine Heiz-/Kühleinheit zur Regelung der Temperatur des Infrarot-Strahlungsdetektors. Ein Regler kann dafür sorgen, daß die Heiz-/Kühleinheit die Temperatur des Strahlungsdetektors auf einen Wert bringt, der der Temperatur des Targets entspricht. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Regler dafür sorgen, daß die Heiz-/Kühleinheit die Temperatur des Strahlungsdetektors so ändert, daß diese einen Temperaturbereich abtastet, der die Temperatur des Targets umfaßt. In dem ersten Fall wird die Ausgabe des Temperatursensors abgetastet und in einen Wert umgewandelt, der proportional zu der Temperatur des Strahlungsdetektors ist. Im zweiten Fall wird die Ausgabe des Temperaturdetektors mit der Ausgabe des Reglers verglichen, um zu bestimmen, wann die Temperatur des auf das Target fokussierten Infrarot-Strahlungsdetektors gleich der Temperatur des Targets gewesen ist. Die Ausgabe des Temperaturdetektors ist dort, wo der Strahlungsdetektor ein Nullsignal erzeugt, proportional zu der Absoluttemperatur des Targets. In beiden Fällen kann der Ausgabewert auch angezeigt und für externe Anwendungen bereitgestellt werden.
Bei einem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel wird der Strahlungsdetektor auf eine Temperatur gebracht, die auf der besten Schätzung der Targettemperatur basiert. Wenn die Temperatur des Strahlungsdetektors ausreichend stabil ist, erfolgt eine Messung der Ausgangsspannung des Infrarotdetektors. Die Folge wird dann unter Verwendung der gemessenen Ausgangsspannung wiederholt, um die nächste Schätzung der Targettemperatur durchzuführen. Die Folge wird solange wiederholt, bis eine ausreichend genaue Schätzung der Targettemperatur durchgeführt werden kann.
Vorgesehen ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der von einem Target ausgestrahlten Infrarotstrahlung, mit: einer Strahlungsdetektoreinrichtung zum Empfang der Strahlung von dem Target, wobei die Einrichtung ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das proportional zu der Differenz zwischen der Temperatur des Targets und der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung ist; einem Temperaturdetektor zur Messung der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung, und wobei der Temperaturdetektor ein zweites elektrisches Signal erzeugen kann, das die Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung anzeigt; einer Einrichtung zur Veränderung der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung; und einer Temperaturverarbeitungseinrichtung, die auf das erste und das zweite Signal anspricht und die dazu geeignet ist, ein drittes Signal zu erzeugen, das proportional zu der Absoluttemperatur des Strahlungsdetektors und des Targets ist.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Messung der von einem Target abgestrahlten Infrarotstrahlung vor, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, die einen Strahlungsdetektor, einen Temperaturdetektor und eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur des Strahlungsdetektors verwendet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Messen der Ausgabe des Strahlungsdetektors; Veränderung der Temperatur des Strahlungsdetektors, so daß der Strahlungsdetektor ein Signal mit einem Absolutwert von im wesentlichen Null erzeugt; und Messen der Temperatur des Strahlungsdetektors zur Bestimmung der Temperatur des Targets, wenn der Absolutwert des durch den Strahlungsdetektor erzeugten Signals im wesentlichen Null ist.
Wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist, umfaßt die Infrarot- Thermometervorrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Radiometer 10, das die elektromagnetische Strahlung von einem Target 12 messen und die Temperatur des Targets, welches die Strahlung abgibt, bestimmen kann. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel spricht der Strahlungsdetektor auf elektromagnetische Energie in dem Infrarotbereich des Spektrums an. Somit umfaßt das Radiometer ein Gehäuse 14 mit einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Fenster 16 an einem Ende des Gehäuses, wobei Infrarotstrahlung von dem Target an einen Infrarot-Strahlungsdetektor 18 übertragen werden kann. Das Fenster ist vorzugsweise verhältnismäßig dünn und besteht aus einem Material, das auf dem Infrarotdetektor 18 ein breites Durchlaßbereich für infrarote Strahlung zuläßt, wobei es sich vorzugsweise um eine Dünnfilm-Thermosäule handelt. Andere Infrarotdetektoren können mit geringfügigen Modifikationen verwendet werden, wie etwa ein Bolometer oder ein pyroelektrischer Detektor. Ferner können auch andere Radiometer verwendet werden, die auf andere Bereiche elektromagnetischer Strahlung ansprechen, wie etwa auf ultraviolettes oder sichtbares Licht.
Die elektrischen Kontakte 20a und 20b sind mit dem Thermosäulen- Strahlungsdetektor 18 verbunden und sie sind wiederum durch die elektrischen Leiter 22a und 22b mit einem Regler 24 verbunden. Der Infrarot-Strahlungsdetektor 18 ist dicht an einein Kühlkörper 26 angebracht, der vorzugsweise aus Aluminium ist, so daß eine Einrichtung zur Stabilisierung der Temperatur der Thermosäule 18 vorgesehen wird. Ein Thermistor 28 ist ebenfalls nahe der Thermosäule 18 an dem Kühlkörper 26 angebracht, und zwar durch wärmeleitfähiges Epoxidharz 29. Die elektrischen Leiter 30a und 30b verbinden den Thermistor mit einem Temperaturprozessor 32. In dem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel wird der Thermistor 28 sowohl für die Erwärmung des Kühlkörpers 26 und der Thermosäule 18 als auch für das Messen der Temperatur des Kühlkörpers 26 und der Thermosäule 18 verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Temperaturprozessor nicht nur die Funktion der Bestimmung eines Temperaturwertes aus den durch den Thermistor 28 erzeugten elektrischen Signalen, sondern auch der Erzeugung von Strom an den Thermistor, zur Regelung der Temperatur des Thermistors 28. Der Kühlkörper 26, der Thermistor 28 und die elektrischen Verbindungen 30a, 30b an den Thermistor 18 und der Strahlungsdetektor sind alle vorzugsweise in einem Schutzmaterial eingebettet, wie etwa in ABS-Kunststoff 34. Die Informationen des Temperaturprozessors 32 können auf der Anzeige 36 dargestellt oder an eine externe Vorrichtung 37 ausgegeben werden.
In bezug auf die Figuren 3 und 4 ist in einem alternativen Ausführungsbeispiel eine Heiz-/Kühleinheit 38 zusätzlich zu dem Temperatursensor/Thermistor 28 vorgesehen. Die Heiz-/Kühleinheit 38 kann eine Kombination eines Heizthermistors und einer elektronisch gesteuerten Kleinkühlvorrichtung darstellen oder es kann sich dabei um eine Kombination eines Heizthermistors mit einem großen Kühlkörper handeln, um die Innentemperatur des Radiometers ungefähr auf die Umgebungstemperatur zu bringen, wenn die Stromzufuhr an den Heizthermistor durch den Regler 24 abgeschaltet wird.
Das in der Figur 3 dargestellte System arbeitet als Zielverfolgungs-Nullradiometer, wobei eine kontinuierliche. Anzeige der Temperatur des Targets vorgesehen wird. Die Ausgabe des Infrarot-Strahlungsdetektors 18 ist proportional zu dem Unterschied zwischen der Temperatur des Targets 12 und der Temperatur des Infrarot-Strahlungsdetektors 18 und ist zu dem Regler 24 gerichtet. Die Ausgabe des Reglers 24 überwacht die Innentemperaturregelung der Heiz-/Kühleinheit 38, welche die Temperatur des Infrarot-Strahlungsdetektors 18 ändern kann. Der Regler 24 erzeugt eine Ausgabe, die dazu führt, daß die Heiz- /Kühleinheit 38 die Temperatur des Infrarot-Strahlungsdetektors 18 auf einen Wert bringt, der gleich der Temperatur des Targets 12 ist. Der Regler 24 bestimmt durch Bewertung des Absolutwertes der Ausgabe des Strahlungsdetektors 18, daß dieser Zustand beibehalten wird, wobei sich der Wert Null nähert, wenn sich der Temperaturunterschied zwischen dem Infrarot-Strahlungsdetektor und dem Target 12 Null nähert. Die Ausgabe des Temperaturdetektors 28 wird durch den Temperaturprozessor 32 abgetastet, der die Ausgabe des Temperaturdetektors 28 in eine Ausgabe umwandelt, die proportional zu der Absoluttemperatur des Strahlungsdetektors 18 ist, die wiederum der Temperatur des Targets 12 entspricht. Die Temperaturanzeige wandelt die Ausgabe des Temperaturprozessors 32 in eine für den Anwender sichtbare Anzeige um, und die Ausgabe des Temperaturprozessors 32 steht auch externen Vorrichtungen zur Verfügung.
Bei dem in der Figur 4 dargestellten System handelt es sich um ein Abtast-Nullradiometer. Das System aus Figur 1 kann ebenfalls als Abtast-Nullradiometer verwendet werden. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird eine abgetastete Anzeige der Temperatur des Targets vorgesehen. Eine erste Näherungstemperatur des Targets 12 wird durch den Temperaturprozessor 32 und den Regler 24 auf der Basis der Signale des Strahlungsdetektors 18 und des Temperaturdetektors 28 bestimmt. Nach dem Empfang einer Eingabe als ein Triggersignal zur Einleitung einer Meßabtastung, erzeugt der Regler 24 eine Ausgabe, die dazu führt, daß die Heiz- /Kühleinheit 24 die Temperatur des Strahlungsdetektors 18 so erhöht, daß eine Abtastung von einer niedrigeren Temperatur als der der ersten Näherungsmessung bis zu einem größereh Wert als der maximal möglichen Temperatur des Targets erfolgt. Normalerweise verläuft die Temperaturabtastung des Radiometers von der Umgebungstemperatur, z.B. 25ºC, bis zu einer maximalen Fiebertemperatur von ungefähr 40ºC. Alternativ kann die Temperatur des Strahlungsdetektors von einer maximalen Temperatur oberhalb der ersten Näherungstemperatur bis zu einer vorbestimmten minimalen Temperatur verlaufen. Die Ausgabe des Temperaturdetektors und die Ausgabe des Reglers werden durch den Temperaturprozessor miteinander verglichen, um festzustellen, wann die Temperatur des Strahlungsdetektors gleich der des Temperatursensors gewesen ist. Der Temperaturprozessor verwendet diese Temperaturinformation zur Bestimmung eines Wertes, der proportional zu der Absoluttemperatur des Targets ist.
In Figur 5 ist das durch den Strahlungsdetektor erzeugte Signal für den Fall dargestellt, wenn die Temperatur des Targets verfolgt wird, so daß die Temperatur des Strahlungsdetektors so nahe wie möglich an die Temperatur des Targets herankommt&sub1; so daß das Signal des Strahlungsdetektors auf ein absolutes Minimum bzw. ein Nullsignal reduziert wird. Der Spannungspegel 40 des Signals des Strahlungsdetektors fängt bei 41 an zurückzugehen, sobald die Temperatur des Strahlungsdetektors beginnt sich an die Temperatur des Targets anzugleichen, bis ein Nullsignal des Strahlungsdetektors erreicht wird. Die der Heiz-/Kühleinheit zugeführte Strommenge 42 fängt bei 45 an zu steigen, und der durch den Temperaturdetektor angezeigte Temperaturpegel 44 fängt bei 43 an sich zu verändern. Wie dies in Figur 5 dargestellt ist, erhöht eine Erwärmung des Radiometers durch eine Erhöhung der Stommenge 42 an die Heiz-/Kühleinheit die Höhe des Stromsignals 44 von dem Thermistor.
Wie dies als Beispiel in Figur 6 dargestellt ist, umfaßt die Funktionsweise des Radiometers als Abtast-Nullradiometer den Anstieg des Strompegels 48 an die Heiz-/Kühleinheit von dem Ausgangspegel 49 durch den Regler. Der Temperaturpegel 50 beginnt kurz danach bei 51 zu steigen, und zwar als Reaktion auf das Triggersignal 52, das bei 54 den Nullpunkt erreicht, wobei es sich kennzeichnenderweise um die Normaltemperatur eines Patienten von ungefähr 37ºC handelte und die Temperatur steigt weiter, bis die Temperatur bei 56 einen maximalen Wert von 40ºC erreicht. Der Nullpunkt des Temperaturstands wird durch einen ungefähren Nullwert des Strahlungsdetektors bei 57 angezeigt. Der Strompegel der Heiz-/Kühleinheit fällt auf einen Basispegel 58 ab, und die Temperatur des Strahlungsdetektors fällt allmählich auf den Umgebungsbasispegel 60 ab.
Die Fähigkeit der Temperaturmeßvorrichtung zum Messen der Temperatur des Targets kann durch jeden Faktor beeinflußt werden, der eine elektromagnetische Strahlung von anderen Quellen als dem gewünschten Target bewirkt, die in das System ein- und aus dem System austritt. Wenn dies eintritt, verschiebt sich die angezeigte Temperatur von der korrekten Temperatur, wobei diese Verschiebung nicht proportional zu der Temperatur des Targets sein muß. Zu den Faktoren, die eine Verschiebung verursachen können, kann unter anderem eine Strahlung gehören, die der Strahlungsdetektor von Objekten in dem Sichtfeld empfängt, die sich vor oder hinter dem Target befinden, wobei die Strahlung auch von Objekten empfangen werden kann, die sich außerhalb des Sichtfelds befinden.
Die Übertragung kann durch ein transparentes Target elektromagnetischer Strahlung in dem Durchlaßbereich des Strahlungsdetektors erfolgen, zwischen dem Strahlungsdetektor und einem Objekt bzw. Objekten in dem Sichtfeld des Systems und hinter dem Target. Das Objekt bzw. die Objekte müssen eine Temperatur aufweisen, die sich von der des Targets unterscheidet, damit sie eine Auswirkung auf das System haben können. Die Übertragung elektromagnetischer Strahlung kann in dem Dürchlaßbereich des Strahlungsdetektors zwischen dem Strahlungsdetektor und einem Objekt bzw. Objekten außerhalb des Sichtfelds des Systems durch Reflexion von einem Objekt bzw. Objekten, einschließlich dem Target, in dem Sichtfeld des Systems auftreten. Die Übertragung elektromagnetischer Strahlung kann in dem Durchlaßbereich des Strahlungsdetektors auch zwischen dem Strahlungsdetektor und einem Objekt bzw. Objekten, die nicht das Target einschließen, in dem Sichtfeld des Systems auftreten. Zu diesen Objekten können Luft, Linsen, Fenster, Filter und reflektierende Oberflächen gehören, die einen Teil des optischen Systems bilden, wobei auch andere Objekte möglich sind.
In bezug auf die Figuren 7 und 8 kann mit dem erfindungsgemäßen Infrarot-Thermometer auch ein Verfahren aufeinanderfolgender Annäherungen verwendet werden. Bei diesem zweiten alternativen Verfahren führt der Regler die Strahlungsdetektortemperatur von einem Anfangswert auf Zimmertemperatur 62 auf eine erste geschätzte Temperatur 64, die zum Beispiel mit 37ºC vorbestimmt sein kann, die aber auch durch eine Bedienungsperson voreingestellt werden kann. Wenn die Temperatur des Infrarotdetektors passend angeglichen worden ist, ersetzt der Temperaturwert auf der Basis der aktuellen Temperatur des Detektors und dem Signal von dem Strahlungsdetektor die erste geschätzte Temperatur. Die Temperatur des Strahlungsdetektors wird dann auf diese zweite geschätzte Temperatur 66 eingestellt, und wie vorstehend wird ein weiterer Temperaturwert bestimmt. Diese zweite Temperatur kann auf die gleiche Weise als dritte geschätzte Temperatur 68 verwendet werden, usw., bis ein verlangter Genauigkeitsgrad erreicht ist, und zwar durch Bestimmung der Abweichungshöhe der Temperaturwerte von einem Wert zu dem nächsten, wie dies im Fach allgemein bekannt ist. In den meisten Fällen sind nur zwei Durchläufe erforderlich. Zur kontinuierlichen Überwachung einer Temperatur muß der Zyklus kontinuierlich wiederholt werden, wobei am Ende jedes Zykluses neue Schätzwerte der überwachten Temperaturen zur Verfügung stehen.
In Figur 9 ist eine alternative Folge von Ereignissen veranschaulicht, die auftreten können, wenn eine Dreifolgemessung ausgeführt wird, nachdem sich die Targettemperatur von 25ºC auf 37ºC verändert hat. Die Targettemperatur ändert sich bei A; die Temperatur 70 des Strahlungsdetektors beträgt gemäß der Anzeige durch den Temperaturdetektor weniger als 37ºC. Die Spannung 72 des Strahlungsdetektors ändert sich als Reaktion auf die Veränderung der Targettemperatur und erreicht bei B einen Beharrungswert. Das Triggersignal 74 startet das Meßverfahren bei C. Der Prozessor bewertet die Spannung des Strahlungsdetektors auf der Basis vorher bestimmter Eigenschaften des Targets und erzeugt einen Schätzwert bezüglich der Targettemperatur. Der Prozessor führt dann der Heiz-/Kühleinheit die erforderliche Spannung 76 zu, die zu einer Erwärmung des Strahlungsdetektors auf die geschätzte Targettemperatur führt. Der Prozessor verwendet die durch den Temperaturdetektor ausgeführten Messungen als erforderliche Rückkopplung für die Regelung der Temperatur des Strahlungsdetektors.
Wenn die Temperatur des Strahlungsdetektors und die Ausgabe der Strahlungsdetektoren stabil sind (bei D), führt der Prozessor eine zweite Schätzung der Targettemperatur aus. In diesem Beispiel liegt die Temperatur des Strahlungsdetektors weiterhin unterhalb der Targettemperatur. Der Prozessor führt der Heiz- /Kühleinheit dann bei E die erforderliche Spannung zu, um eine Erwärmung des Strahlungsdetektors auf die zweite geschätzte Targettemperatur zu bewirken.
Wenn sich der Strahlungsdetektor auf der zweiten geschätzten Temperatur stabilisiert hat, und wenn die Ausgabe des Strahlungsdetektors stabil ist (bei F), führt der Prozessor eine dritte Schätzung der Temperatur des Targets aus. In diesem Beispiel ist die Temperatur des Strahlungsdetektors nun höher als die Targettemperatur. Der Prozessor führt der Heiz-/Kühleinheit (bei G) dann die erforderliche Spannung zu, um eine Abkühlung des Strahlungsdetektors auf die dritte geschätzte Targettemperatur zu bewirken.
Wenn sich der Strahlungsdetektor auf der dritten geschätzten Temperatur stabilisiert hat, und wenn die Ausgabe des Strahlungsdetektors stabil ist (bei H), führt der Prozessor eine vierte Schätzung der Temperatur des Targets aus. Diese Temperatur wird dann als die gemessene Targettemperatur angezeigt. Wenn der Sicherheitsgrad dieser Schätzung nicht hoch genug ist, so kann der obengenannte Zyklus solange wiederholt werden, bis ein entsprechender Sicherheitsgrad erreicht ist.
Wenn eine Zielverfolgung der Targettemperatur erwünscht wird, so kann der Zyklus kontinuierlich wiederholt werden und die Anzeige kann kontinuierlich aktualisiert werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde gezeigt, daß bei dem vorliegenden Infrarot-Temperaturmeßsystem eine Nulltemperatur- Verarbeitungstechnik verwendet wird, die eine Bestimmung der Temperatur eines Targets in einer relativ kurzen Zeit ermöglicht, ohne daß dabei Temperaturmessungen an mehreren Körperstellen notwendig sind, einschließlich vön Stellen wie den Ohren, die keine Schleimhäute aufweisen.
Zwar wurden spezifische bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und veranschaulicht, doch ist es offensichtlich, daß bezüglich der Erfindung zahlreiche Modifikationen und Ausführungsbeispiele möglich sind, die vom Fachmann ausgeführt werden können, ohne daß dabei eine erfinderische Tätigkeit ausgeübt wird. Demgemäß wird hiermit festgestellt, daß bezüglich der Ausführung, den Einzelheiten und der Anwendung der vorliegenden Erfindung verschiedene Abänderungen ausgeführt werden können, ohne dabei von der Erfindung an sich abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der von einem Target 12 ausgestrahlten elektromagnetischen Abstrahlung, mit: einer Strahlungsdetektoreinrichtung 18 zum Empfang der Strahlung von dem Target 12; und mit einem Temperaturdetektor 28, wobei der Temperaturdetektor 28 die Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 18 mißt, und wobei der Temperaturdetektor dazu geeignet ist, ein zweites elektrisches Signal zu erzeugen, das die Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 18 anzeigt; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß: es sich bei der Vorrichtung um ein biomedizinisches Thermometer handelt, wobei die Strahlungsdetektoreinrichtung 18 ein erstes elektrisches Signal erzeugen kann, das proportional zu dem Unterschied zwischen der Temperatur des Targets 12 und der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 18 ist, wobei die Vorrichtung ferner folgendes umfaßt eine Einrichtung 28 zur Veränderung der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 18, wobei die Einrichtung 28 auch als Temperaturdetektor 28 dient; eine Temperaturverarbeitungseinrichtung 32 zur Regelung der Einrichtung 28, so daß die Temperatur so verändert wird, daß der Absolutwert des ersten Signals im wesentlichen auf Null reduziert wird; wobei die Temperaturverarbeitungseinrichtung 32 auf das erste Signal und auf das zweite Signal anspricht und dazu geeignet ist, ein drittes Signal zu erzeugen, das proportional zu der absoluten Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 28 ist, welche die Temperatur des Targets 12 darstellt, wenn das von der Strahlungsdetektoreinrichtung 18 abgegebene erste Signal im wesentlichen Null ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverarbeitungseinrichtung 32 eine Einrichtung 36 zur Anzeige eines Wertes umfaßt, der proportional zu der absoluten Temperatur der Strahlungsdetektoreinrich£ung 18 ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung 28 zur Veränderung der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 18 eine Einrichtung 38 umfaßt, die bewirkt, daß die Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtung 18 einen Temperaturbereich durchläuft, der eine anfangs bestimmte Näherungstemperatur des Targets 12 umfaßt.

4. Verfahren zur Messung der von einem Target 12 abgestrahlten Strahlung unter Verwendung einer biomedizinischen Thermometervorrichtung mit: einem Strahlungsdetektor 18 zum Empfang der Strahlung von dem Target 12; einem Temperaturdetektor 28; wobei der Strahlungsdetektor 18 ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das proportional zu dem Unterschied zwischen der Temperatur des Targets 12 und der Temperatur des Strahlungsdetektors 18 ist; wobei der Temperaturdetektor 28 die Temperatur des Strahlungsdetektors 18 mißt und ein zweites elektrisches Signal erzeugt, das die Temperatur des Strahlungsdetektors 18 anzeigt; einer Einrichtung 28 zur Veränderung der Temperatur des Strahlungsdetektors 18, wobei die Einrichtung 28 auch als Temperaturdetektor 28 dient; und mit einer Temperaturverarbeitungseinrichtung 32 zur Regelung der Einrichtung 28 zur Veränderung der Temperatur, so daß der Absolutwert des ersten Signals im wesentlichen auf Null reduziert wird, wobei die Temperaturverarbeitungseinrichtung 32 auf das erste Signal und auf das zweite Signal anspricht und ein drittes Signal erzeugt, das proportional zu der absoluten Temperatur des Strahlungsdetektors 18 ist, der die Temperatur des Targets 12 darstellt, wenn das von dem Strahlungsdetektor abgegebene erste Signal im wesentlichen Null ist; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Messen der Ausgabe des Strahlungsdetektors 18;

b) Regelung der Einrichtung 28 zur Veränderung der Temperatur des Strahlungsdetektors 18, so daß der Strahlungsdetektor 18 ein Signal mit einem Absolutwert von im wesentlichen Null erzeugt; und

c) Regelung der Einrichtung 28 zur Veränderung der Temperatur, so daß die Temperatur des Strahlungsdetektors 18 gemessen wird, um die Temperatur des Targets 12 zu bestimmen, wenn der Absolutwert des durch den Strahlungsdetektor 18 erzeugten Signals im wesentlichen Null ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch den Schritt der anfänglichen Bestimmung einer Näherungstemperatur des Targets 12, und wobei der Schritt der Veränderung der Temperatur des Strahlungsdetektors 18 es umfaßt, daß die Temperatur des Strahlungsdetektors 18 einen Temperaturbereich durchläuft, der die anfängliche Näherungstemperatur des Targets 12 umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch den Schritt der Bestimmung einer absoluten Temperatur des Targets 12, wenn die gemessene Ausgabe des Strahlungsdetektors 18 im wesentlichen ein Nullsignal darstellt, wodurch angezeigt wird, daß die Temperatur des Strahlungsdetektors 18 im wesentlichen der Temperatur des Targets entspricht.