KR0147931B1 - 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계와 그 제어장치 및 그에 따른 측정방법 - Google Patents
초전센서를 이용한 비접촉식 체온계와 그 제어장치 및 그에 따른 측정방법Info
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Abstract
본 발명은 의료기구로 인체에서 방출되는 적외선을 감지하여 체온을 측정하기 위한 비접촉식 적외선 체온계로서, 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계와 그 제어장치 및 그에 따른 측정방법에 관한 것으로, 인체의 외이도 내부에 삽입 가능한 형태로 플라스틱 재질의 기구부 조립체를 제작하고, 그 내부에 초전센서와 IC온도센서를 조립하여, 기구부팁을 외이도 내부에 삽입함으로써 피부조직으로부터 방출되는 적외선량을 초전센서에서 검출하도록 하고, 마이크로프로세서에서는 상기 검출된 상대온도로부터 일정시간 동안의 샘플 집합체를 구하고, 그에 따른 상대온도의 최대값을 구하여 초전센서에 근접하게 장착되어 있는 IC온도센서에서 검출한 초전센서 자체온도의 대표값을 이용하여 체온을 결정하도록 하는 체온계를 구성하므로써, 온도 측정시 걸리는 시간이 약2∼3초로 줄어들며, 또한 변화하는 대상물체의 온도와 초전센서의 자체온도의 수개의 샘플링으로 보다 정확한 온도의 측정이 가능하게 된다.
Description
제1도는 일반적인 비접촉식 적외선 체온계의 구조도.
제2도는 본 발명 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 개략 구조도.
제3도는 제2도에서 사용하는 도파관의 구조도.
제4도는 본 발명 초전센서를 이용한 비접촉식 체온식의 기구부 조립체 횡단면도.
제5도는 제4도의 구조로 된 체온계로써 체온 측정시 기구부 조립체 횡단면도.
제6도는 본 발명 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 제어장치 구성 블록도.
제7도는 제6도에서 마이크로프로세서의 신호처리 프로그램 흐름도.
제8도는 본 발명으로 온도 측정시 초전센서의 신호 출력도.
제9도는 본 발명으로 온도 측정시 대상물체의 온도가 초전센서의 온도보다 높은 경우 초전센서의 신호 출력도
제10도는 본 발명으로 온도 측정시 대상물체의 온도가 초전센서의 온도보다 낮은 경우 초전센서의 신호 출력도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:대상물체 2:집광체
3:차폐기 4:적외선 센서
5:아날로그 회로부
6:아날로그 디지털 변환부 및 연산부
7:메뉴 및 온도 표시부 11:기구부 조립체
12:기구부팁 13:직류 차단 캐패시터
14:교류 증폭부 15:직류 증폭부
16:아날로그 디지털 변환부
17:연산부 20:적외선 방사점
30:적외선 집광면 40:도파관
41,51:초전센서 42,61:온도센서
43:광학셔터 44:광학셔터 받침부
45:광학셔터 개폐기 46:스프링
47:기구부 받침부 50:제1센싱부
52,62:조정회로부 53:교류증폭 및 여파부
60:제2센싱부 63:직류증폭 및 여파부
70:기준전압 발생부 80:마이크로프로세서
80-1:제어스위치 80-2:알람부
81:아날로그 디지털 변환부
82:연산부 83:메모리부
84:디스플레이 제어 및 구동부
90:디스플레이부 100:온도 센싱부
110:전원부
본 발명의 의료기구로 인체에서 방출되는 적외선을 감지하여 체온을 측정하기 위한 비접촉식 적외선 체온계로서, 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계와 그 제어장치 및 그에 따른 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 체온계는 접촉식과 비접촉식의 두가지 형으로 분류할 수 있다. 접촉식은 오래전부터 사용해 온 수은 체온계와 써미스터(thermister), 열전쌍, 백금 측온 센서등을 이용한 전자식 체온계가 가장 보편적으로 쓰이고 있다. 이들 접촉식 체온계는 계측하고자 하는 대상물체에 온도센서를 접촉시켜 대상물체와 온도센서의 온도를 같게함으로써 온도를 측정한다. 이 방법은 매번 사용할 때마다 소독을 해야하고, 또한 온도를 측정 시간이 긴 단점이 있다.
반면, 비접촉식 적외선 체온계는 대상물체에서 방출되는 적외선을 감지하여 온도를 측정하기 때문에 온도 측정 시간이 상대적으로 짧은 장점을 가진다.
따라서, 비접촉식 적외선 체온계는 접촉식 체온계의 측정시 발생하는 불편함을 해결해 주면서 간편하게, 그리고 보다 빠르게 체온을 측정하기 위한 체온계임을 알 수 있다.
여기서, 일반적으로 사용하는 비접촉식 적외선 체온계의 구조를 제1도와 같이하여 설명한다.
대상물체(1)에서 발생하는 적외선을 집광하는 집광체(2)와, 집광체(2)를 통해 들어오는 적외선을 감지하여 그 광량에 비례하는 전기신호를 만드는 적외선 센서(4)와, 집광체(2)를 통해 들어오는 적외선만이 적외선 센서(4)로 들어가도록 하면서 다른 부분에서 들어오는 적외선은 차단해 주는 적외선 차폐기(3)와, 적외선 센서(4)에서 변환된 전기신호를 증폭하는 아날로그 회로부(5)와, 아날로그 회로부(5)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환시키면서 변환된 데이터 값으로 실제 온도를 계산하는 아날로그 디지털 변환부 및 연산부(일명, 마이크로프로세서)(6)와, 상기 결과를 디스플레이하는 메뉴 및 온도 표시부(7)를 포함하여 이루어진다.
상기 구성에서 비접촉식 적외선 체온계의 대상이 되는 물체(1)는 파장이 8∼12㎛대역에 집중되어 있는 원적외선을 발생한다. 인체 피부 조직의 온도는 각 부위에 따라 편차가 있으며, 또한 외부 온도에 따라서도 변화가 심하므로 체온 측정 부위를 잘 선택해야만 한다. 보통 접촉시 체온계의 경우 체온 측정 부위는 겨드랑이나 항문을 이용하고 있고, 비접촉식 체온계의 경우에는 외이도 내부의 고막을 이용한다. 고막의 온도는 인체내부의 온도에 매우 근접하다고 의학적으로 알려져 있으며, 또한 외부 온도의 영향이 거의 없다.
그리고, 인체에서 복사되어 나오는 적외선을 집광하여 적외선 센서(4)로 보내주는 집광체(2)로써, 보편적으로 사용되는 집광체는 적외선 대역의 렌즈나 오목거울이다. 적외선 대역의 렌즈는 가시광선의 렌즈와는 판이하게 다른 Ge이나 ZnSe를 사용하는데, 이 광학 재료는 재료비가 매우 고가이고 가공하기가 어려운 문제점이 있다.
상기 구성에서 적외선 차폐기(3)는 집광체(2)를 통해 들어오는 적외선만을 적외선 센서(4)로 보내주고 다른 부분에서 들어오는 적외선은 차단한다. 이는 적외선 차단 효과가 좋으면서 열전도가 잘 되는 도체를 사용하여 만든다. 또한, 적외선 센서(4)의 온도 특성을 보상하기 위해 온도센서를 부착하기도 한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 비접촉식 적외선 체온계에서 감지하는 원적외선은 파장이 가시광선보다 긴 전자파의 일종이다. 온도가 절대온도 0°K보다 큰 물체에서는 전자파 에너지가 복사되어 방출된다. 방출되는 전자파의 파장은 물체의 온도에 따라 변화되게 되는데, 물체의 온도가 높을수록 낮은 파장의 전자파를 방출하게 된다. 물체의 온도와 복사되는 전자파의 파장 분포는 플랑크의 법칙에 따른다.
대체로 인체의 피부 조직 온도는 25℃∼35℃ 이므로 인체에서 복사되어 나오는 전자파 대부분의 에너지는 파장이 8∼12㎛대역에 집중하게 된다. 이 대역의 전자파를 통상 원적외선(Far Infrared, 또는 Long Wave InfraRed:LWIR)이라 칭한다.
한편, 흑체(Black Body)에서 복사되어 나오는 전자파 에너지의 총량은 스테판-볼쯔만 법칙에 의하여 흑체 온도의 4제곱에 비례한다. 이를 관계식으로 나타내면 [식1]과 같다.
복사되어 나오는 전자파의 총량은 온도의 4제곱에 비례하지만 측정범위가 체온계처럼 매우 좁은 경우, 그 범위 안에서 선형적이라고 생각해도 큰 오차가 없다.
상기 설명에 반해, 인체와 같이 완전 흑체가 아닌 물체에서 복사되어 방출되는 전자파의 에너지량은 그 물체의 복사물에 의해서 영향을 받게 된다. 이러한 물체를 일반적으로 회색체(Gray Body)라고 하며, 이 물체의 복사율을 ω이라 할 때 [식1]은 [식2[와 같이 변형된다.
상기식에서 복사율(ω)은 0에서 1까지의 값을 가지며 인체의 경우 원적외선 대역에서의 복사율은 거의 1로 완전 흑체에 가까운 특성을 보인다.
일반적으로 적외선 센서는 동작원리에 따라 크게 열형(Thermal Type)과 광자형(Photo type)으로 분류된다. 열형은 입사되는 적외선을 열로 변환하고 저항 변화나 기전력등의 형태로 출력을 꺼낸다. 그리고, 광자형은 센서에 입사되는 적외선이 센서내의 원자와 직접 상호작용을 하도록 하여 반도체의 이동간 에너지 차를 이용한 광전도 효과나 PN접합에 의한 광기전력 효과를 이용한 것이다. 따라서 광자형이 열형보다는 감도가 높고 반응속도도 빠르나 값이 매우 비싼 문제점이 있다. 열형 적외선 센서로는 써모파일(thermopiple), 초전센서, 볼로메타(bolometer)등이 있다. 이들 중 초전센서는 써모파일, 볼로메타에 비해 값은 저렴하나 감도가 뛰어나다.
보통 인체 검지용 초전센서는 7㎛의 롱패스(Long Pass)광학 필터를 사용하여 25℃이상의 온도에서 정상적으로 동작한다.
초전센서는 배경온도와 대상물체의 온도차를 포착해서 출력하는 미분형센서이므로 일정한 온도가 유지되는 정상 상태의 온도는 검지할 수 없다.
이를 감안하여 초전센서 앞에 광학 셔터를 설치하여 강제적으로 온도변화를 만들어 준다.
본 발명은 상기와 같은 초전센서를 이용하여 비접촉식 적외선 체온계를 구성함으로써 인체의 체온을 측정하는데 걸리는 시간을 줄이고, 접촉식 체온계보다 정확한 온도의 측정을 가능하게 함을 특징으로 한다.
상기 특징을 만족하기 위한 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계는 인체의 피부 조직으로부터 방출되는 적외선량을 검지하여 실온에 대한 상대온도를 출력하는 제1센싱부와; 상기 제1센싱부가 온도를 감지하기 전의 자체 온도를 감지하여 출력하는 제2센싱부와; 상기 제2센싱부의 출력신호를 샘플링하여 제1센싱부 자체온도의 대표값을 산출하면서, 상기 제1센싱부의 출력신호를 샘플링하여 선형보정으로 상대온도의 절대최대값을 산출하여 온도를 결정하느 신호처리용 마이크로프로세서와, 상기 제1센싱부와 제2센싱부 및 마이크로프로세서의 기준전압을 설정하여 정확한 전기적 보정을 하도록 하는 기준전압 발생부와, 상기 마이크로프로세서에 연결되어 전체 동작이 가능하도록 제어하는 제어 스위치와, 상기 마이크로프로세서에 연결되어 온도측정의 시작과 완료를 알리는 알라부와, 상기 마이크로프로세서에 접속되어 온도를 디스플레이 해주는 디스플레이부를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 회로를 포함하여 이루어지는 비접촉식 체온계의 구조는 인체의 피부 조직으로부터 방출되는 적외선을 유도하는 도파관을 포함하는 기구부팁과; 상기 도파관을 통해 들어온 적외선을 감지하는 초전센서와; 도파관과 초전센서 사이에서 적외선을 광학적으로 차단하는 광학셔터와; 광학셔터를 받치고 있으면서 회전하여 광학셔터가 열릴 수 있도록 하는 광학셔터 받침부와; 초전센서의 상부에서 열적으로 결합되어 초전센서 자체의 온도를 감지하는 IC온도센서와; 온도를 측정하기 위해 기구부팁이 인체의 외이도 내부에 삽입될시 아래로 동작하면서 광학셔터 받침부를 눌러 이와 연동되는 스프링의 힘으로 광학셔터를 열리게 하는 광학셔터 개폐기와; 광학셔터 개폐기의 상하운동으로 광학셔터의 개폐를 수행하는 스프링을 장착하고 있으면서 광학셔터 개폐기의 상하운동이 가능하도록 광학셔터 개폐기의 하단 양가장자리의 맞물리는 돌출부를 형성하고 있는 기구부 받침부를 포함하여 이루어진다.
상기 기구부팁은 인체의 외이도 내부에 삽입가능한 형태로 플라스틱 재질을 아용하여 형성되며, 그 내부에 형성되는 도파관은 내부면이 적외선 반사체로 이루어진 원통관으로, 주석(Sn)관에 금도금을 하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 구조도를 간략하게 나타낸 것이다.
구리나 주석과 같은 도체관에 금도금을 하여 피부조직으로부터 방출되는 적외선을 유도하는 금속 도파관과 적외선을 감지하여 전기신호로 출력하는 초전센서와 초전센서의 자체온도를 감지하는 IC온도센서를 포함하여 구성되는 기구부 조립체(11)와, 상기 기구부 조립체(11)애서 출력되는 초전센서의 전기신호의 직류성분을 차단하는 직류 차단 캐패시터(13)와, 직류 차단 캐패시터(13)를 통한 신호의 교류 성분과 상기 기구부 조립체(11)에서 출력되는 IC온도센서의 출력신호의 직류성분을 증폭하는 교류 및 직류증폭부(14)(15)와, 상기 교류 및 직류증폭부(14)(15)의 출력신호를 각각 디지털 신호로 변환시키면서 샘플링하는 아날로그 디지털 변환부(16)와, 상기 샘플링 신호들에 의해 체온을 결정하는 연산부(17)를 포함하여 구성된다.
상기 기구부 조립체(11)는 제3도와 같이 구리나 주석과 같은 도체관에 금도금을 하여 피부조직으로부터 방출되는 적외선을 초전센서로 유도하는 금속 도파관(40)을 포함하는데, 이는 제4도(다음 단락에서 설명)에서와 같이 플라스틱 재질의 기구부팁(12) 내부에 장착되면서 광학셔터(8)와 초전센서(2)의 연장선을 축으로 장착되어 있다.
즉, 도파관(40)은 내부면이 적외선 반사체로 이루어진 원통관으로, 렌즈나 오목거울처럼 한점에서 방출되는 적외선을 한점에 집광시켜 주는 것이 아니라 도파관(40)의 내경에 해당하는 면적에 집광하므로 집광효율은 렌즈나 오목거울에 비해 크게 떨어지지만, 제작이 용이하고 가격이 저렴한 장점이 있다. 제3도에서 미설명된 부호인(20)은 적외선이 방사되는 지점이고, (30)은 적외선 도파관(40)을 통해 나와 모이는 집광면을 나타낸다.
제4도의 기구부 조립체의 단면도를 이용하여 본 발명의 기구적 구성을 설명한다.
인체의 피부 조직으로부터 방출되는 적외선을 유도하는 도파관(40)을 포함하는 기구부팁(12)과; 상기 도파관(40)을 통해 들어온 적외선을 감지하는 초전센서(41)와; 도파관(40)과 초전센서(41) 사이에서 적외선을 광학적으로 차단하는 광학셔터(43)와; 광학셔터(43)를 받치고 있으면서 회전하여 광학셔터(43)가 열릴 수 있도록 하는 광학셔터 받침부(44)와; 초전센서(41)의 상부에서 열적으로 결합되어 초전센서(41) 자체의 온도를 감지하는 IC온도센서(42)와; 온도를 측정하기 위해 기구부팁(12)이 인체의 와이도 내부에 삽입될시 아래로 동작하면서 광학셔터 받침부(44)를 눌러 이와 연동되는 스프링(46)의 힘으로 광학셔터(43)를 열리게 하는 광학셔터 개폐기와(45)와; 광학셔터 개폐기(45)의 상하운동으로 광학셔터(43)의 개폐를 수행하는 스프링(46)을 장착하고 있으면서 광학셔터 개폐기(45)의 상하운동이 가능하도록 광학셔터 개폐기(45)의 하단 양가장자리와 맞물리는 돌출부를 형성하고 있는 기구부 받침부(47)를 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 구성된 체온계로 체온을 측정할 시의 동작을 제5도를 이용하여 설명한다.
우선, 기구부팁(12)에 일회용 보호 커버를 씌우고, 인체의 외이도 내부에 삽입한다. 기구부팁(12)이 외이도의 내부에서 더 이상 들어가지 못하고 정지하면 체온계가 뒤쪽으로 밀리게 된다(①). 그리하면 광학셔터 개폐기(45)가 경사진 면을 따라 아래로 동작하여(②) 광학셔터 받침부(44)의 하부를 누르게 된다. 광학셔터 받침부(44)는 광학셔터 개폐기(45)의 힘에 의해 회전하게 되어(③) 받쳐져 있던 광학셔터(43)가 광학셔터 개폐기(45)의 동작에 연동하여 움직이는 스프링(46)에 의해 내려오게 된다(④). 이어서, 고막으로부터 방출되는 적외선이 도파관(40)을 통하여 초전센서(41)에 도달하게 되어 초전센서(41)에서 적외선량을 감지하여 신호를 출력하도록 한다. 초전센서(41)에 근접하게 열적으로 결합되어 있는 IC온도센서(42)는 초전센서(41)의 자체온도를 감지하여 출력하나다.
상기와 같이 체온계가 인체의 외이도 내부로 삽입되었을 시 온도를 측정하기 위해 구성되는 전체적인 전자 회로는 제6도와 같이 구성된다. 인체의 피부 조직으로부터 방출되는 적외선량을 검지하여 실온에 대한 상대 온도를 출력하는 제1센싱부(50)와; 상기 제1센싱부(50)가 온도를 감지하기 전의 자체온도를 감지하여 출력하는 제2센싱부(60)와; 상기 제2센싱부(60)의 출력신호를 샘플링하여 제1센싱부(50) 자체온도의 대표값을 산출하면서, 상기 제1센싱부(50)의 출력신호를 샘플링하여 선형보정으로 상대온도의 절대최대값을 산출하여 온도를 결정하는 신호처리용 마이크로프로세서(80)와, 상기 제1센싱부(50)과 제2센싱부(60) 및 마이크로프로세서(80)의 기준전압을 설정하여 설정하여 정확한 전기적 보정을 하도록 하는 기준전압 발생부(70)와, 상기 마이크로프로세서(80)에 연결되어 전체동작이 가능하도록 제어하는 제어 스위치(80-1)와, 상기 마이크로프로세서(80)에 연결되어 온도측정의 시작과 완료를 알리는 알람부(80-2)와, 상기 마이크로프로세서(80)에 접속되어 결정된 온도를 디스플레이 해주는 디스플레이부(90)를 포함하여 구성된다.
미설명된 부호(100)은 전체 회로를 나타내는 것으로 온도 센싱부이고, (110)은 온도 센싱부(100)가 동작하도록 전원을 공급해 주는 전원부이다. 제1센싱부(50)와 제2센싱부(60) 및 마이크로세서(80)의 기준전압을 설정해 주는 기준전압 발생부(70)는 정확한 전기적 보정을 하는데 이용되는데, 이것의 실례를 들면, 5V의 기준전압을 제공하는 내셔널 세미콘덕터(National Semiconductor)사의 LM336-5.0V를 들 수 있다.
상기 제1센싱부(50)는 인체의 피부조직으로부터 방출되는 적외선을 감지하여 전기신호로 출력하는 초전센서(51)와, 초전센서(51)의 출력신호를 직류차단커패시터(제2도에 도시)에 의해 직류성분이 차단되도록하여 교류성분을 증폭시키면서 필터링하는 교류증폭 및 여파 회로부(53)와, 상기 교류증폭 및 여파 회로파(53)의 전기적 오프셋 및 증폭률을 조정하는 조정회로부(52)를 포함하여 구성된다.
상기 제2센싱수단(60)은 제1센싱수단(50)의 초전센서(51)와 열적으로 결합되어 초전센서(51) 자체온도(실온에 가깝다)를 감지하여 출력하는 IC온도센서(61)와, IC온도센서(61)의 출력신호의 직류성분을 증폭시켜 필터링하는 직류증폭 및 여파 회로부(63)와, 상기 직류증폭 및 여파 회로부(63)의 전기적 오프셋 및 증폭률을 조정하는 조정회로부(62)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 초전센서(51)의 실례로는 일본의 무라다 엠에프지(むらたMFG)사의 초전센서를 들 수 있고, IC온도센서(61)의 실례로는 미국의 내셔널 세미콘덕터(National Semiconductor)사의 IC온도센서인 LM35DZ를 들 수 있다. LM35DZ는 섭씨온도에 비례하여 출력을 발생시키는 것으로, 온도의 변화가 없을 시에는 직류성분의 출력을 발생시켜 직류회로에 의해 증폭 및 필터링된다.
그리고, 상기 제1센싱부(50)와 제2센싱부(60)에 각각 구성되는 교류증폭 및 여파회로부(53)와 직류증폭 및 여파 회로부(63)는 일반적으로 조정회로부(52)(62)를 구비하고 있다. 이 조정회로부(52)(62)는 전기적 오프셋 및 증폭률을 조정하는데 이용되는 것으로, 개개의 센서에 따라 달리하는 약간의 오차를 보정하는데 이용된다.
상기 마이크로프로세서(80)는 제1센싱부(50)와 제2센싱부(60)에서 출력되는 신호를 입력하여 각각의 디지털화된 샘플들을 구하는 아날로그디지탈 변환부(81)와, 상기에서 디지털 신호로 변환된 각각의 샘플들을 입력하여 제2센싱부(60)의 출력신호에 대한 샘플들을 이용하여 초전센서(51) 자체온도의 대표값을 구하고, 제1센싱부(50)의 출력신호에 대한 샘플들을 이용하여 비선형성을 보정한 뒤 절대최대값을 구하여 대표값과 보정된 상대온도의 절대최대값으로 온도측정결과를 산출하는 연산부(82)와, 상기 연산부(82)에서 연산되는 결과값들을 저장하는 메모리부(83)와, 상기 결정된 온도가 디스플레이되도록 제어하는 디스플레이 구동 및 제어부(84)를 포함하여 구성된다.
마이크로프로세서(80)의 실레로는 내부에 8비트 아날로그 디지털 변환기와 액정표시소자 제어 및 구동부를 포함하여 구성되는 삼성전자의 KS57C2408 원칩 마이크로콘트롤러(One-Chip Microcontroller)를 즐 수 있다.
한편, 제1센싱부(50)에 구성되는 초진센서(51)는 대상물체의 온도 변화량에 반응한다. 따라서 직류반응은 없게 된다. 초전센서(51) 신호가 증폭 및 여파 회로파(53)를 통과하는 통과 대역폭은 0.2㎐∼8㎐로 밴드패스필터(band pass filter)의 특성을 갖도록 설계되었다. 절대온도 값을 알기 위해서는 초전센서(51)의 온도를 알아야 하는데, 이를 알기 위해 광학적으로 차폐되어 있는 초전센서(51)에 온도센서를 부착시켜 초전센서의 온도를 감지하도록 한다. 이것이 상기 제2센싱부(60)에 포함되어 있는 IC온도센서(61)이다.
상기 구성을 바탕으로 하여 동작상태를 설명하면 다음과 같다.
적외선을 입력한 초전센서(51)의 출력신호는 직류차단 캐패시터에 의해 직류성분이 차단되어 교류증폭 및 여파 화로부(53)로 입력된다. 교류 증폭은 통상 증폭률(센서의 특성에 따라 가변적)이 1500∼2000배 정도이며 통과 대역폭은 0.2㎐∼8㎐이다. 증폭된 신호느 마이크로프로세서(80)의 아날로그 디지털 변환부(81)에 의해 디지털화 된다. 한편, IC온도센서(61)의 출력신호는 직류증폭 및 여파 회로부(63)로 입력되어 상기 동작과 마찬가지로 마이크로프로세서(80)의 아날로그 디지털 변환부(81)에 의해 디지털화 된다. 상기 디지털화된 두 신호는 연산부(82)에서 선형보정된 후, 이로부터 온도값을 계산하게 된다.
이때, 연산부(82)의 동작을 좀더 상세히 하면 제1센싱부(50)의 IC온도센서(61)가 감지한 초전센서(51) 자체의 온도(실온과 가까움)를 아날로그 디지털 변환부(81)를 통해 디지털하시켜 각각의 샘플에 대한 평균을 구하여 초전센서(51)의 대표값으로 한다. 그리고, 제1센싱부(50)의 초전센서(51)에서 감지한 상대온도 (대상물체 온도-실은(초전센서 자체온도))를 아날로그 디지털 변환부(81)를 통해 디지털화시켜 각각의 샘플을 구한 뒤, 각각의 샘플(3개)에 대한 평균을 구하여 각각 선형보정을 한다. 그리고 나서, 선형보정된 상대온도중 절대최대값을 추출하여 상기 대표값과 합하여 실제 온도를 산출한다. 그후, 디스플레이 제어 및 구동부(84)의 제어를 받아 구동하는 디스플레이부(90)에 온도를 표시하게 된다.
상기와 같은 동작을 하는 체온계의 온도측정방법을 제어하는 마이크로프로세서(80)의 연산과정을 제7도와ㅏ 같이하여 좀더 상세히 설명한다.
상기와 같은 동작을 하는 체온계의 온도측정방법을 제어하는 마이크로프로세서(80)의 연산과정을 제7도와 같이하여 좀더 상세히 설명한다.
우선, 크게 나누어 살펴보면, 마이크로세서와 이에 연결된 주변기기들을 초기화하는 제1단계와, 초전센서와 IC온도센서에서 출력된 신호들을 각각 샘플링하여 그 신호들의 평균을 구하는 제2단계와, 온도를 보정하여 실제 체온을 산출하는 제3단계와, 결정된 온도를 디스플레이하는 제4단계로 이루어진다.
상기 제1단계는 마이크로프로세서를 초기화하는 A단계(S1)와, IC온도센서에서 감지한 초전센서 자체온도(실온에 가까움)를 샘플링하여 평균온도(Th)를 구하는 B단계(S2)(대체적으로 3개의 샘플로써 구함)와, 상기 평균온도(Th)가 온도측정 가능한 실내온도의 범위인 16℃와 40℃사이에 있는지 확인하는 C단계(S3)와, 전원공급이 충분한가를 판단하는 D단계(S5)와, 온도측정 가능한 실내온도에서 어느 한정된 시간동안 이벤트 발생을 확인하는 E단계(S8)로 이루어진다.
상기 B단계(S1)에서 평균온도(Th)를 구하는 식은 필터링 식으로
와 같이 구한다. 이는 실제적으로 제2단계에서 에러가 발생하지 않도록 초기에 확인하기 위함이다.
이와 같이 구해진 평균온도(Th)는 C단계(S3)에서 온도측정 가능 범위에 있는 것인지를 확인하게 되는데, 만일 그 범위 내에 없다면 에로를 표시하고(S4), 초기화 단계로 복귀한다.
상기 S단계에서도 전원 공급이 충분하지 않다고 확인이 되면 에러상태를 표시하고(S6), 확인 점검하여(S7) 온도 측정이 가능한 상태로 되기 위해 초기화 단계로 복귀한다.
상기 E단계(S8)에서는 온도측정 가능한 실내온도라고 확인이 된후 일정 시간동안 이벤트 발생이 없으면 워치독 타이머(WatchDog Timer)이벤트가 발생하여 전원공급을 차단하고(S9), 다시 처음으로 돌아갈 것인지를 판단하다(S10).
상기 제2단계는 IC온도센서에서 감지한 초전센서 자체온도를 샘플링하여 평균온도(Th)를 구하는 A단계(S11)와, 상기 평균온도(Th)가 온도측정 가능한 실내온도의 범위인 16℃와 40℃사이에 있는지 확인하여, 상기 평균온도(Th)를 초전센서 자체온도의 대표값(Th)으로 저장하는 B단계(S12, S14)와, 초전센서로부터 실온에 대한 상대온도를 수개 샘플링하는 C단계와(S15)와, 샘플링이 완료되었는 지를 확인한후, 상기 상대온도의 샘플들을 3개씩 평균화하는 D단계(S16, S17)로 이루어진다.
상기 A단계(S11)와 B단계(S12, S14)에서의 평균온도(Th) 구하는 방식은 제1단계에서와 동일하다. 단지, 이 평균온도(Th)가 인체의 실제온도를 구하기 위한 초전센서 자체온도의 대표값으로 저장된다는 것이다. 도면상 상기 B단계(S12, S14)는로 연결하였다.
상기 C단계(S15)에서는 약 250개의 샘플들을 구한 뒤, D단계(S16, S17)에서 필터링 식을 이용하여 3개씩 평균화 작업을 한다.
이는 다음과 같다.
상기 제3단계는 상기 제2단계에서 평균화된 각각의 상대온도(Tn)들을 검색하여 선형보정을 하는 A단계(S18)와, 상기 단계(S18)에서 선형보정된 값(Ta)이 실온에서 사람의 체온이 최대한 상승할 수 있는 26℃와 최대한 하강할 수 있는 -8℃ 사이에 있는 지를 확인하는 B단계(S19)와, 제2단계에서 구한 초전센서 자체온도의 대표값(Tn)과 상기 단계(S19)에서 구한 선형보정된 값(Ta)중 절대최대값(Tt)을 더하여 실제 체온을 산출하는 C단계(S21)와, 상기 단계(S21)에서 결정된 실제체온(T)이 30℃과 42℃ 사이에 있는 지를 확인하여, 아니면 에러표시를 하고, 맞으면 온도 결과를 디스플레이 하는 D단계(S22∼S24)로 이루어진다.
상기 A단계(S118)에서 평균화된 상대온도들을 선형보정하는 식은 다음과 같다.
각각의 평균값(Tn)에 대해 선형보정을 하므로 선형보정한 결과도 250개가 된다. a,b는 프로그램 내에 미리 설정되어 있는 상수이다.
상기 C단계(S21)에서 실제 체온은 초전센서 자체온도의 대표값(Th)과 선형보정된 값(Ta)의 절대최대값(Tt)을 더하여 구한다.
식은 다음과 같다.
이로써 실제 체온이 결정되는데, 상기 C단계(S21)에서 처럼 결정된 온도가 30℃∼42℃ 사이에 있지 않게되면, 이는 보통 살아있다는 사람의 체온을 벗어난 상태이므로 에러표시를 한다.
상기와 같은 동작이 완료되면 마이크로프로세서는 이벤트 대기 상태로 돌아가게 된다.(ⓐ).
상기 동작에서 초전센서가 받은 대상물체의 온도가 샘플링되어 출력되는동안 출력되는 신호의 상태는 제8도와 같다.
그리고, 제9도는 대상물체의 온도가 초전센서의 자체온도 보다 높을시에 출력되는 초전센서의 출력신호이고, 제10도는 대상물체의 온도가 초전센서 자체온도 보다 작을시에 출력되는 초전센서의 출력신호이다.
즉, 제9도에서 대상물체 온도가 초전센서의 자체온도 보다 높으면 초전센서에서 출력되는 신호는 초전센서의 안정상태일 시의 온도를 대상물체의 온도에서 뺀 온도가 출력된다. 이는 대상물체의 온도가 초전센서의 온도 보다 높으므로 그 차이도 양의 부호를 갖게 된다.
그러므로 샘플링된 후 선형보정을 하고 나서 구하는 절대최대값은 절대치를 하지 않고도 그래프상에 나와 있는 그대로 가장 높이 있는 그 온도값이 된다.
제10도에서도 마찬가지로 대상물체의 온도에서 초전센서의 온도를 빼면 음의 부호를 갖게 되어 절대최대값은 가장 작은 온도값이 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 초전센서 자체가 가지는 온도를 평균화하여 대상물체와의 상대온도에 대한 선형보정값을 더하여 실제 온도를 측정함으로써 온도 측정시 걸리는 시간이 약2∼3초로 줄어들며, 또한 변화하는 대상물체의 온도와 초전센서의 자체온도의 수개의 샘플링으로 보다 정확한 온도의 측정이 가능하게 된다.
Claims (11)
- 초전센서를 이용하여 체온을 측정하는 비접촉식 체온계를 형성함에 있어서, 인체의 피부 조직으로부터 방출되는 적외선을 유도하는 도파관(40)을 포함하는 기구부팁(12)과; 상기 도파관(40)을 통해 들어온 적외선을 감지하는 초전센서(41)와; 도파관(40)과 초전센서(41) 사이에서 적외선을 광학적으로 차단하는 광학셔터(43)와; 광학셔터(43)를 받치고 있으면서 회전하여 광학셔터(43)가 열릴 수 있도록 하는 광학셔터 받침부(44)와; 초전센서(41)의 상부에서 열적으로 결합되어 초전센서(41) 자체의 온도를 감지하는 IC온도센서(42)와; 온도를 측정하기 위해 기구부팁(12)이 인체의 외이도 내부에 삽입될시 아래로 동작하면서 광학셔터 받침부(44)를 눌러 이와 연동되는 스프링(46)의 힘으로 광학셔터(43)를 열리게 하는 광학셔터 폐기(45)와; 광학셔터 개폐기(45)의 상하운동으로 광학셔터(43)의 개폐를 수행하는 스프링(46)을 장착하고 있으면서 광학셔터 개폐기(45)의 상하운동이 가능하도록 광학셔터 개폐기(45)의 하단 양가장자리와 맞물리는 돌출부를 형성하고 있는 기구부 받침부(47)를 포함하여 이루어짐을 특징으로하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계.
- 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 재질의 기구부팁(12) 내부에 장착되는 도파관(40)은 광학셔터(8)와 초전센서(2)의 연장선을 축으로 장착되어 있으면서, 그 내부면은 적외선 반사체로 이루어진 원통관임을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계.
- 초전센서를 이용하여 체온을 측정하는 비접촉식 체온계의 제어장치를 구성함에 있어서, 인체의 피부 조직으로부터 방출되는 적외선량을 검지하여 실온에 대한 상대 온도를 출력하는 제1센싱부(50)와; 상기 제1센싱부(50)가 온도를 감지하기 전의 자체온도를 감지하여 출력하는 제2센싱부(60)와; 상기 제2센싱부(60)의 출력신호를 샘플링하여 제1센싱부(50) 자체온도의 대표값을 산출하면서, 상기 제1센싱부(50)의 출력신호를 샘플링하여 선형보정으로 상대온도의 절대최대값을 산출하여 온도를 결정하는 신호처리용 마이크로프로세서(80)와, 상기 제1센싱부(50)과 제2센싱부(60) 및 마이크로프로세서(80)와, 상기 제1센싱부(50)과 제2센싱부(60) 및 마이크로프로세서(80)의 기준전압을 설정하여 정확한 전기적 보정을 하도록하는 기준전압 발생부(70)와, 상기 마이크로프로세서(80)에 연결되어 전체동작이 가능하도록 제어하는 제어 스위치(80-1)와, 상기 마이크로프로세서(80)에 연결되어 온도측정의 시작과 완료를 알리는 알람부(80-2)와, 상기 마이크로프로세서(80)에 접속되어 결정된 온도를 디스플레이 해주는 디스플레이부(90)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 제어장치.
- 제3항에 있어서, 상기 제1센싱부(50)는 인체의 피부조직으로부터 방출되는 적외선을 감지하여 전기신호로 출력하는 초전센서(51)와, 초전센서(51)의 출력신호를 직류차단커패시터에 의해 직류성분이 차단되도록 하여 교류성분을 증폭시키면서 필터링하는 교류증폭 및 여파 회로부(53)와, 상기 교류증폭 및 여파 회로부(53)의 전기적 오프셋 및 증폭류을 조정하는 조정회로부(52)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 제어장치.
- 제3항에 있어서, 상기 제2센싱부(60)는 제1센싱부(50)의 초전센서(51)와 열적으로 결합되어 초전센서(51) 자체온도를 감지하여 출력하는 IC온도센서(61)와, IC온도센서(61)의 출력신호의 직류성분을 증폭시켜 필터링하는 직류증폭 및 여파 회로부(63)와, 상기 직류증폭 및 여파 회로부(63)의 전기적 오프셋 및 증폭을 조정하는 조정회로부(62)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 제어장치.
- 제3항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(80)는 제1센싱부(50)와 제2센싱부(60)에서 출력되는 신호를 입력하여 각각의 디지털화된 샘플들을 구하는 아날로그 디지털 변환부(81)와, 상기에서 디지털 신호로 변환된 각각의 샘플들을 입력하여 제2센싱부(60)의 출력신호에 대한 샘플들을 이용하여 초전센서(51) 자체온도의 대표값을 구하고, 제1센싱부(50)의 출력신호에 대한 샘플들을 이용하여 비선형성을 보정한 뒤 절대최대값을 구하여 대표값과 보정된 상대온도의 절대최대값으로 온도측정결과를 산출하는 연산부(82)와, 상기 연산부(82)에서 연산되는 결과값들을 저장하는 메모리부(83)와, 상기 결정된 온도가 디스플레이되도록 제어하는 디스플레이 구동 및 제어부(84)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 제어장치.
- 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계에서 온도를 측정하는 방법에 있어서, 마이크로프로세서와 IC온도센서에서 출력된 신호들을 각각 샘플링하여 그 신호들의 평균을 구하는 제2단계와, 온도를 보장하여 실제 체온을 산출하는 제3단계와, 결정된 온도를 디스플레이하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 측정방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1단계는 마이크로프로세서를 초기화하는 A단계(S1)와, IC온도센서에서 감지한 초전센서 자체온도를 샘플링하여 평균온도(Th)를 구하는 B단계(S2)와, 상기 평균온도(Th)가 온도측정 가능한 실내온도의 범위인 16℃와 40℃ 사이에 있는지 확인하여 아니면 에러를 표시하는 C단계(S3, S4)와, 전원공급이 충분한가를 판단하는 D단계(S5)와, 온도측정 가능한 실내온도에서 어느 한정된 시간동안 이벤트 발생을 확인하는 E단계(S8)로 이루어짐을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 측정방법.
- 제8항에 있어서, 상기 E단계(S8)에서는 온도측정 가능한 실내온도라고 확인이 된후 일정 시간동안 이벤트 발생이 없으면 워치독 타이머 이벤트가 발생하여 전원공급을 차단하고(S9), 다시 처음으로 돌아갈 것인지를 판단(S10)함을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 측정방법.
- 제7항에 있어서 상기 제2단계는 IC온도센서에서 감지한 초전센서 자체온도를 샘플링하여 평균온도(Th)를 구하는 A단계(S11)와, 상기 평균온도(Th)가 온도측정 가능한 실내온도의 범위인 16℃와 40℃ 사이에 있는지 확인하여, 상기 평균온도(Th)를 초전센서 자체온도의 대표값(Th)으로 저장하는 B단계(S12, S14)와, 초전센서로부터 실온에 대한 상대온도를 수개 샘플링하는 C단계(S15)와, 샘플링이 완료되었는 지를 확인한후, 상기 상대온도의 샘플들을 3개씩 평균화하는 D단계(S16, S17)로 이루어짐을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 측정방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제3단계는 상기 제2단계에서 평균화된 각각의 상대온도(Tn)들을 검색하여 선형보정을 하는 A단계(S18)와, 상기 단계(S18)에서 선형보정된 값(Ta)이 실온에서 사람의 최대한 상승할 수 있는 26℃와 최대한 하강할 수 있는 18℃사이에 있는 지를 확인하는 B단계(S19)와, 제2단계에서 구한 초전센서 자체온도의 대표값(Th)과 상기 단계(S19)에서 구한 선형보정된 값(Ta)중 절대최대값(Tt)을 더하여 실제 체온을 산출하는 C단계(S21)와, 상기 단계(S21)에서 결정된 실제체온(T)이 30℃과 42℃ 사이에 있는 지를 확인하여, 아니면 에러표시를 하고, 맞으면 온도 결과를 디스플레이 하는 D단계(S22∼S24)로 이루어짐을 특징으로 하는 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계의 측정방법.
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| KR1019950003578A KR0147931B1 (ko) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | 초전센서를 이용한 비접촉식 체온계와 그 제어장치 및 그에 따른 측정방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019194658A1 (ko) * | 2018-04-05 | 2019-10-10 | 김선호 | 비접촉 동물용 체온계 및 동물 체온 측정방법 |
| KR20220098635A (ko) | 2021-01-04 | 2022-07-12 | 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단 | 측정 거리를 고려한 온도 보정이 가능한 비접촉식 체온계 및 이를 이용한 체온 측정방법 |
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| KR20010027354A (ko) * | 1999-09-13 | 2001-04-06 | 박원희 | 전자 체온계 |
| KR100458154B1 (ko) * | 2002-03-14 | 2004-11-26 | (주)휴비딕 | 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법 |
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1995
- 1995-02-23 KR KR1019950003578A patent/KR0147931B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
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| KR20220098635A (ko) | 2021-01-04 | 2022-07-12 | 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단 | 측정 거리를 고려한 온도 보정이 가능한 비접촉식 체온계 및 이를 이용한 체온 측정방법 |
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| Publication number | Publication date |
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