KR100252938B1 - A temperature compensation of thermometer - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A thermometer temperature compensating circuit is provided to perform a temperature detecting circuit conveniently by an amplifier, and to measure the temperature precisely regardless of surrounding conditions. CONSTITUTION: A temperature compensating circuit comprises an infrared detecting element(110) outputting voltage corresponding to the measured temperature by infrared rays; a temperature compensating circuit unit(120) having a temperature compensating element(100) changing resistance value according to the change of surrounding temperature, and outputting in accordance with the change of resistance value of the temperature compensating element; and an amplifying unit(130) inputting and amplifying the voltage from the infrared detecting circuit, detecting the output change of the temperature compensating circuit unit, and compensating the output of the infrared detecting element according to the change of surrounding temperature. The resistance value of the temperature compensating element is lowered, and the output voltage of the temperature compensating circuit unit is increased as the surrounding temperature increases. The amplifying unit outputs the voltage precisely according to the measured temperature regardless of the surrounding temperature.

Description

체온계의 온도 보상회로{A temperature compensation of thermometer}Temperature compensation circuit of thermometer

본 발명은 인체의 체온을 측정하는 기기에 관한 것으로, 특히 인체에서 방사되는 적외선을 검지하여 체온을 정확하게 측정하기 위한 기기 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the body temperature of the human body, and more particularly to a device and method for accurately measuring the body temperature by detecting infrared radiation emitted from the human body.

가정 혹은, 병원 등에서 인간의 건강상태나 질병진단시에 가장 먼저 수행되는 과정은 체온을 측정하는 것이다. 이러한 체온을 측정하는 체온계로서 유리관 모양의 수은온도계가 가장 많이 사용되고 있다. 이 수은온도계는 온도를 측정하기 전, 최하점으로 매질을 이동시키기 위하여 흔들어 사용해야 한다. 그리고, 수은온도계는 체온을 측정하기 위하여 입이나 항문 등에 위치시킨 후, 2∼3분 정도 기다려야 하는 등, 불편하고 시간이 오래 걸린다. 게다가 만약 수은온도계가 파손되면, 위험할 수도 있다.The first step in the diagnosis of human health or disease at home or in a hospital is to measure body temperature. As a thermometer to measure such a body temperature, a glass tube-type mercury thermometer is most often used. This mercury thermometer should be shaken to move the medium to its lowest point before measuring temperature. The mercury thermometer is inconvenient and takes a long time, such as having to wait for 2-3 minutes after placing it in the mouth or anus to measure body temperature. In addition, if the mercury thermometer breaks, it can be dangerous.

이러한 단점을 극복하고자 좀 더 편리하고 안전한 사용을 목적으로 하는 전자식 체온계가 개발되어 사용되었다. 특히, 최초로 범용화된 것은 열전프로브 방식의 체온계인데, 이 열전프로브 방식의 체온계는 열전도도가 큰 물질을 일회용 커버로 도포하여 환자의 입에 위치시키면, 체온이 이 열전전도가 큰 물질을 따라 전달될 때, 프로브의 저항이 변하여 회로의 출력전압을 변화시키는 특성을 이용한 것이다. 이 방식은 측정시간이 수은온도계에 비해 매우 짧고, LCD와 같은 디지털 표시장치를 이용하므로 가독성이 높을 뿐만 아니라 일회용 커버만 교체하면 얼마든지 다시 사용할 수 있다는 장점이 있다.In order to overcome this disadvantage, an electronic thermometer was developed and used for the purpose of more convenient and safe use. In particular, the first universalized thermometer is a thermoelectric probe thermometer, which is applied to the patient's mouth by applying a large thermal conductivity material to the patient's mouth, the body temperature is transferred along the thermal conductivity material In this case, the resistance of the probe is changed to change the output voltage of the circuit. This method is very short compared to the mercury thermometer, and uses a digital display such as an LCD, so it is highly readable and can be reused as long as the disposable cover is replaced.

최근에는 전자식 체온계를 더욱 발정시켜 귀의 고막에서 발산되는 열을 감지하여 체온을 측정하는 방사형 온도계가 개발되었다. 의학적으로 미루어 볼 때, 입안이나, 겨드랑이 혹은 항문보다는 대뇌 바로 밑에 위치하여 체온을 조절하는 뇌하수체에 가장 가까운 귀의 고막 내부열이 체내의 열을 가장 잘 대변한다고 판단된다. 그리고, 귀의 통로를 통해 외부의 간섭없이 귀의 방사열을 측정할 수 있는 적외선 센서의 개발로 인해 이 방사형 온도계의 개발이 촉진되었다. 이러한 방사형 온도계의 종래의 예는 미국특허 USP3282106과 USP4602642에 잘 나타나 있다.Recently, a radial thermometer has been developed that further measures the electronic thermometer and detects heat emitted from the eardrum. Medically, the internal heat of the eardrum, which is located close to the pituitary gland, which is located just below the cerebrum, rather than in the mouth, armpits, or anus, controls the body temperature, is believed to best represent the heat in the body. In addition, the development of the infrared thermometer facilitated the development of an infrared sensor that can measure the radiant heat of the ear without any external interference through the ear passage. Conventional examples of such radial thermometers are well shown in US Pat. Nos. US Pat.

그런데, 이러한 방사형 온도계의 실용화를 위해서는 다음과 같은 문제점을 해결하여야 한다. 먼저, 인체의 체온은 평상시 37.5℃ 내외이고, 이상징후가 발생했을 때에는 40℃정도로 변한다. 따라서, 체온계는 상당히 작은 범위에서 정밀하고 정확하게 온도를 측정할 수 있어야 한다. 그리고, 주위 온도의 변화 등에 의해 체온의 방사열이 손실되거나 간섭받지 않도록 소정의 조치를 취해야 한다.By the way, the following problems must be solved for the practical use of such a radial thermometer. First, the body temperature of the human body is usually around 37.5 ℃, and when abnormal symptoms occur to about 40 ℃. Therefore, the thermometer must be able to measure temperature accurately and accurately in a fairly small range. In addition, a predetermined measure must be taken so that radiant heat of body temperature is not lost or interfered by a change in ambient temperature or the like.

특히, 적외선 센서는 초전형(pyroelectric type) 적외선 센서이든, 써모파일형(thermopile type)형 센서이든간에 상관없이 동일한 적외선의 입사강도일지라도 주위온도에 따라 센서의 출력특성이 바뀌게 된다. 이러한 특성변화는 다음에 서술한 스테판-볼츠만 공식에 나타낸 것과 같다.In particular, regardless of whether the infrared sensor is a pyroelectric type sensor or a thermopile type sensor, the output characteristic of the sensor is changed depending on the ambient temperature even with the same incident intensity of the same infrared ray. This characteristic change is as shown in the Stefan-Boltzmann formula described below.

V = kεtεs(T4 b- T4 α)V = kε t ε s (T 4 b -T 4 α )

V는 적외선 센서의 출력전압이고, k는 비례상수, εt, εs는 각각 대상물체(본문에서는 귀의 고막에 해당한다)와 센서의 방사율, Tα, Tb는 각각 고막과 센서의 표면온도이다. 스테판-볼츠만 법칙에 의하면, 모든 물체는 그 물체가 갖고 있는 절대온도의 4제곱에 비례하는 적외선을 방사하는데, 이때 방사되는 에너지는 그 물체가 갖는 고유의 방사율 또는, 표면 등의 상태에 따라 달라지며, 특히 열의 전도성질에 따라 대상물체의 온도와 센서의 온도에 의해 가장 민감하게 변하게 됨을 알 수 잇다. 체온계는 센서의 출력을 얻어 고막의 온도를 알아내는 것이므로, 결국 센서의 표면온도 Tα의 영향을 줄이는 것이 정확한 체온을 측정할 수 있는 기본적 요소인 것이다.V is the output voltage of the infrared sensor, k is the proportional constant, ε t , ε s are the object (in this case, ear eardrum) and sensor emissivity, and T α , T b are the surface temperature of the eardrum and the sensor, respectively. to be. According to Stefan-Boltzmann's law, every object emits infrared light that is proportional to the square of the absolute temperature of the object, and the energy emitted depends on the inherent emissivity of the object or the state of the surface, etc. In particular, it can be seen that the most sensitive change is caused by the temperature of the object and the temperature of the sensor depending on the thermal conductivity. Since the thermometer measures the output of the eardrum to determine the temperature of the eardrum, reducing the influence of the sensor's surface temperature, T α , is a fundamental factor in determining the correct body temperature.

본 발명은 바로 이러한 체온계 표면의 온도 등, 주변온도를 보상하여 정확한 체온을 측정할 수 있는 체온계의 제공을 목적으로 한 것이다.The present invention aims to provide a thermometer which can accurately measure the body temperature by compensating the ambient temperature such as the temperature of the surface of the thermometer.

도 1은 본 발명의 온도보상회로가 포함된 체온계를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing a thermometer including a temperature compensation circuit of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 온도보상소자 110 : 적외선감지소자100: temperature compensation element 110: infrared sensing element

120 : 온도보상회로부 130 : 증폭부120: temperature compensation circuit unit 130: amplification unit

본 발명은 귀의 고막에서 방사되는 적외선을 감지하여 체온으로 변환하여 표시하는 방사형 체온계에 있어서, 주변의 온도에 의해 변하는 적외선 감지수단의 특성오차를 줄이기 위해 센서에 온도보상회로를 구현한 것이 특징이다.The present invention is characterized in that the temperature compensation circuit is implemented in the sensor in order to reduce the characteristic error of the infrared sensing means is changed by the ambient temperature in the radial thermometer to detect the infrared radiation emitted from the ear tympanic membrane.

본 발명은 도 1에 나타낸 것과 같이 온도보상소자(100)와 적외선 감지소자(110) 및 온도보상소자(100)를 포함한 온도보상회로부(120) 그리고, 증폭부(130)로 구성되어 있다. 온도보상소자(100)는 주변의 온도변화에 의해 저항이 변하는 소자로서, 부저항 써미스터가 사용될 수 있다. 그리고, 온도보상회로부(120)는 온도보상소자(100)에 연결된 저항회로로서 온도보상소자의 저항값에 따라 출력전압이 변한다.As shown in FIG. 1, the present invention includes a temperature compensating circuit unit 120 including an temperature compensating element 100, an infrared ray sensing element 110, and a temperature compensating element 100, and an amplifier 130. The temperature compensating element 100 is a device whose resistance is changed by a change in ambient temperature, and a negative resistance thermistor may be used. The temperature compensating circuit unit 120 is a resistance circuit connected to the temperature compensating element 100 and the output voltage is changed according to the resistance value of the temperature compensating element.

적외선감지소자(110)는 수광소자로서 적외선에 의해 측정온도에 따른 전압을 출력한다.The infrared ray sensing element 110 outputs a voltage according to a measurement temperature by infrared rays as a light receiving element.

증폭부(130)는 온도보상회로부의 출력전압과 측정온도에 따른 적외선감지소자의 출력전압을 모두 인가받아 그 차전압을 증폭하여 출력한다. 그리고, 그 증폭값의 일부는 다시 출력전압에 피드백된다. 이 증폭부는 OP-앰프를 사용하여 구성될 수 있다.The amplifier 130 receives both the output voltage of the temperature compensation circuit unit and the output voltage of the infrared sensing element according to the measured temperature, and amplifies and outputs the difference voltage. Then, part of the amplification value is fed back to the output voltage. This amplifier can be configured using an OP amplifier.

본 발명의 온도보상회로가 포함된 체온계의 온도보상에 대한 동작원리를 설명한다.The operating principle of the temperature compensation of the thermometer including the temperature compensation circuit of the present invention will be described.

본 발명의 온도보상소자(100)는 부저항 써미스터를 사용하기 때문에 체온계의 주변온도가 상승하면 온도보상소자(100)의 저항값이 떨어지게 되고 이로 인한 온도보상회로부(120)의 출력전압(Vref)은 상승하게 된다. 그리고, 이 상승된 출력전압(Vref)은 증폭부(130)에 인가하게 되며, 오피엠프로 형성된 증폭부(130)의 입력단자에 인가되는 전압을 Vi, 귀의 고막 등에서 방사되는 적외선에 의한 적외선 감지소자(110)의 출력을 ΔV, 증폭부(130)의 출력전압을 V0라 하면, 일반적인 회로이론에 근거하여 산출하면 수학식 1과 같은 식을 얻을 수 있다.Since the temperature compensating element 100 of the present invention uses a negative resistance thermistor, when the ambient temperature of the thermometer is increased, the resistance value of the temperature compensating element 100 is lowered, which causes the output voltage Vref of the temperature compensating circuit unit 120. Will rise. In addition, the elevated output voltage Vref is applied to the amplifying unit 130, and the voltage applied to the input terminal of the amplifying unit 130 formed by the op amp is sensed by infrared rays emitted from Vi, ear eardrum, etc. If the output of the device 110 is ΔV and the output voltage of the amplification unit 130 is V 0 , the equation 110 may be obtained based on general circuit theory.

Vi = (Vref + ΔV) - {Vref + R5/(R5+ R6) ·(V0-Vref)}Vi = (Vref + ΔV)-(Vref + R 5 / (R 5 + R 6 ) · (V 0 -Vref)}

그리고 OP-엠프에서, 실질적으로 Vi = 0 이므로 상기 수학식으로부터 ΔV = R5/(R5+ R6) ·(V0-Vref)의 결과식이 얻어지고, 이때, R5/(R5+ R6) = 1/A(단 A는 증폭부의 전압이득)이라 하면, ΔV = 1/A(V0- Vref), 즉, V0= Vref + A·ΔV의 결과식을 얻을 수 있다.And in the OP-amp, since Vi = 0, a resultant expression of ΔV = R 5 / (R 5 + R 6 ) · (V 0 -Vref) is obtained from the above equation, where R 5 / (R 5 + If R 6 ) = 1 / A (where A is the voltage gain of the amplifier), a resultant expression of ΔV = 1 / A (V 0 -Vref), that is, V 0 = Vref + A · ΔV can be obtained.

적외선 감지소자(110)는 실질적으로 온도가 상승하면 이에 정확히 비례하지 않고 약간 작게 나타나게 되어 부족분이 발생하게 되고 이를 증폭한 값인 A·ΔV 역시 부족분이 생기게 된다.Infrared sensing element 110 is not exactly proportional to the increase in temperature substantially appears to be slightly smaller, the shortage occurs and the amplification value A · ΔV also causes a shortage.

따라서 주변온도상승에 따라 증가되는 온도보상소자의 출력(Vref)이 더해져서 상기 부족분을 보충하게 되므로, 증폭부(130)의 출력(V0)은 주변온도에 관계없이 측정온도에 상응하는 전압을 정확하게 출력하게 되어 온도보상이 이루어지게 된다.Therefore, since the output Vref of the temperature compensating element, which increases with the increase of the ambient temperature, is added to compensate for the deficiency, the output V 0 of the amplifying unit 130 has a voltage corresponding to the measured temperature regardless of the ambient temperature. The output is accurate and temperature compensation is achieved

본 발명은 감지소자의 증폭에 하나의 증폭기를 사용함으로써, 간단하고 저렴한 온도감지회로를 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 주위 온도에 따른 영향을 증폭부의 입력단에서 제거함으로써, 정확한 체온을 측정할 수 있다. 따라서, 체온계 자체의 온도변화에 의한 오류를 보상할 수 있어, 종래에 비해 정확한 체온계를 제조할 수 있다. 게다가, 본 발명은 체온계에 국한되지 않고, 센서의 주위 온도보상을 저렴하고 간단하게 할 수 있는 가전제품과 산업기기 등의 제품에도 응용될 수 있어 다양한 분야에 사용될 수 있다.The present invention can implement a simple and inexpensive temperature sensing circuit by using one amplifier for amplifying the sensing element. In addition, the present invention can measure the correct body temperature by removing the influence of the ambient temperature at the input terminal of the amplifier. Therefore, the error due to the temperature change of the thermometer itself can be compensated, and a more accurate thermometer can be manufactured than in the related art. In addition, the present invention is not limited to the thermometer, it can be applied to products such as home appliances and industrial equipment that can easily and cheaply compensate the ambient temperature of the sensor can be used in various fields.

Claims (3)

수광되는 적외선에 의해 측정온도에 상응하는 출력전압을 발생하는 적외선 감지소자와,An infrared sensing element for generating an output voltage corresponding to the measured temperature by the received infrared rays; 주변온도의 변동에 따라 저항값이 변동하는 온도보상소자를 포함하고 상기 온도보상소자의 저항변동에 대응하는 출력을 발생하는 온도보상회로부와,A temperature compensating circuit unit including a temperature compensating element in which a resistance value is fluctuated according to a change in the ambient temperature and generating an output corresponding to the resistance fluctuation of the temperature compensating element; 상기 적외선감지소자의 출력전압을 입력으로 하여 증폭함과 동시에 상기 온도보상회로부의 출력변동을 검출하여 주변온도의 변동에 따른 상기 적외선 감지소자의 출력변동을 보상하도록 하는 증폭부를 구비함을 특징으로 하는 방사형 체온계의 온도보상회로.And an amplifying unit for amplifying the output voltage of the infrared sensing element as an input and detecting an output variation of the temperature compensation circuit unit to compensate for an output variation of the infrared sensing element according to a change in ambient temperature. Temperature compensation circuit of radial thermometer. 제 1 항에 있어서, 상기 온도보상소자와 적외선감지소자는 일체화되어 구성됨을 특징으로 하는 체온계의 온도보상회로.The temperature compensation circuit of claim 1, wherein the temperature compensating element and the infrared sensing element are integrated. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭부는 하나의 OP-앰프로 구성됨을 특징으로 하는 체온계의 온도보상회로.The temperature compensation circuit of claim 1, wherein the amplifier comprises one OP amplifier.
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