KR100458154B1 - 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

측두동맥으로부터 방사되는 적외선을 감지하기 위한 센서와, 상기한 센서를 보호하기 위한 신주와, 센서의 리드 및 연결도선이 관통하기 위한 홀이 형성되어 있으며 상기한 신주로 방사되는 열을 후방으로 신속하게 전달시키기 위한 전단금속블록 및 후방금속블록과, 깔때기 모양의 실리콘으로 되어 있어서 내부의 적외선을 센서로 집중시키고 접촉면의 피부감촉을 부드럽게 하는 프로브컵과, 센서관련 구조물이 설치되어 있는 연결관을 포함하는 프로브와; 상기한 프로브에 연결되어 있으며 측정된 이마 표면온도중에서 가장 큰값을 이마 표면온도로 설정한 후 주변온도와 이마 표면온도를 이용하여 중심체온을 산출하는 제어회로부를 포함하여 이루어지며,

피측정자의 이마에 갖다대고 체온을 측정함으로써 측정을 하기가 매우 편리하고, 오차가 발생되지 않으며, 측두동맥에서 방사되는 적외선을 측정하기 때문에 실제 체온에 근접한 체온을 측정할 수 있는, 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법을 제공한다.

Description

이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법{forehead fitted type infrared thermometer and control method thereof}

이 발명은 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 피측정자의 이마의 관자놀이에 갖다대고 이마를 스캔하면서 체온을 측정함으로써 측정을 하기가 매우 편리하고, 오차가 발생되지 않으며, 측두동맥에서 방사되는 적외선을 측정하기 때문에 실제 체온에 근접한 체온을 측정할 수 있는, 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 체온계는 접촉식과 비접촉식으로 대별된다.

상기한 접촉식 체온계는 알코올 및 수은을 이용한 온도계로서 인체와 접촉하여 열적 평형상태를 유지하였을 때의 온도를 측정하는데, 2-3분의 측정시간을 필요로 하며, 구강, 항문 등에 삽입되었을 때 수은 온도계가 파괴되면 인체에 큰 해를 입히게 되는 문제점이 있다.

상기한 접촉식 체온계를 보완하고자 만든 것이 비접촉식 체온계인데, 이는 귀속의 고막에서와 같이 그 주위에서 방출되는 적외선을 검출하여 소정의 전기적 신호로 변환하여 온도를 측정하는 것으로서, 보다 정확하고 신속하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

적외선 체온계는 비접촉식 체온계의 일종으로서 적외선 체온계의 원리는 다음과 같다.

절대 영도(0K)가 아닌 모든 물체는 온도에 따라 일정 파장 영역을 가지는 적외선 에너지를 방출하며, 이 원리는 다음과 같은 스테판-볼쯔만 공식으로 나타나게 된다.

E = k·ε·T4

여기에서 E는 방사되는 적외선 에너지이고, k는 볼쯔만 상수이고, ε는 측정 대상물의 적외선 방사율이고, T는 측정 대상물의 표면온도이다.

상기한 스테판-볼쯔만 공식에 따라, 인체의 표면 온도 T에 4제곱에 비례하는 적외선 에너지가 방출되고 있음을 이용하여 인체의 온도를 측정할 수가 있게 된다. 즉, 적외선 신호를 소정의 전기적 신호로 변환하는 적외선 센서와 출력된 신호를 증폭 및 연산 처리하는 회로와 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 A/D 컨버터를 사용하여, 인체의 적외선 에너지를 검출한 뒤에 이로부터 인체의 온도를 산출함으로써 체온을 측정할 수가 있다.

종래에는 인체의 체온을 측정하는데 있어서 일반적으로 귀 내부의 고막의 온도를 측정하는 귓속형 적외선 체온계가 사용되고 있다.

종래의 귓속형 적외선 체온계의 구성은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 고막으로부터 방사되는 적외선을 감지하기 위한 센서(3)와, 상기한 센서(3)를 보호하기 위한 신주(1)와, 센서(3)의 리드 및 연결도선이 관통하기 위한 홀(2)이 형성되어 있으며 상기한 신주(1)로 방사되는 열을 후방으로 신속하게 전달시키기 위한 전단금속블록(5) 및 후방금속블록(6)과, 센서관련 구조물이 설치되어 있는 연결관(4)을 포함하는 프로브와, 상기한 프로브에 연결되어 있는 제어회로부(도시되지 않음)를 포함하여 이루어진다.

또한, 종래의 귓속형 적외선 체온계의 제어방법의 구성은, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 초기화를 시키는 단계(S20)와, 측정버튼이 온되었는지를 판단하는 단계(S30)와, 측정버튼이 온된 경우에 현재온도를 측정하는 단계(S40)와, 측정횟수가 40회가 되었는지를 판단하는 단계(S50)와, 측정횟수가 40회가 된 경우에 가장 큰값을 측정온도로 설정하는 단계(S60)와, 측정종료 부저음을 동작시키는 단계(S70)와, 일정시간 경과후 측정종료 부저음을 종료시키는 단계(S80)와, 측정온도를 디스플레이하는 단계(S90)와, 재측정을 위한 준비를 하는 단계(S100)를 포함하여 이루어진다.

그러나, 이와 같은 종래의 귓속형 적외선 체온계는, 피측정자의 외이도에 프로브를 삽입해야 하기 때문에 통증을 유발하거나 수면을 방해할 수 있고, 특히 생후 6개월 이하인 유아의 외이도는 연약하여 외이도에 프로브를 삽입할 수 없는 불편함이 있고, 포르브의 삽입되는 각도나 방법에 따라 오차가 발생되며, 고막에서 방사되는 적외선을 측정하기 때문에 실제 체온보다 낮은 체온을 측정할 수 있는 문제점 등이 있었다.

이 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피측정자의 이마의 관자놀이에 갖다대고 이마를 스캔하면서 체온을 측정함으로써 측정을 하기가 매우 편리하고, 오차가 발생되지 않으며, 측두동맥에서 방사되는 적외선을 측정하기 때문에 실제 체온에 근접한 체온을 측정할 수 있는, 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 귓속형 적외선 체온계의 구성도이다.

도 2는 종래의 귓속형 적외선 체온계의 제어방법의 동작 순서도이다.

도 3은 이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계의 제어회로부의 구성도이다.

도 4는 이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계의 회로 구성도이다.

도 5는 이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계의 제어방법의 동작 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 프로브 11 : 프로브컵

12 : 신주 13 : 센서

14 : 연결관 15 : 접촉면

16 : 내부 17 : 전단 금속블록

18 : 후단 금속블록 19 : 홀

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 측두동맥으로부터 방사되는 적외선을 감지하기 위한 센서와, 상기한 센서를 보호하기 위한 신주와, 센서의 리드 및 연결도선이 관통하기 위한 홀이 형성되어 있으며 상기한 신주로 방사되는 열을 후방으로 신속하게 전달시키기 위한 전단금속블록 및 후방금속블록과, 깔때기 모양의 실리콘으로 되어 있어서 내부의 적외선을 센서로 집중시키고 접촉면의 피부감촉을 부드럽게 하는 프로브컵과, 센서관련 구조물이 설치되어 있는 연결관을 포함하는 프로브와; 상기한 프로브에 연결되어 있으며 측정된 이마 표면온도중에서 가장 큰값을 이마 표면온도로 설정한 후 주변온도와 이마 표면온도를 이용하여 중심체온을 산출하는 제어회로부를 포함하여 이루어진다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 동작이 시작되면 초기화를 시킨 후 주변온도를 설정시키는 단계와, 측정버튼이 온되었는지를 판단하여 측정버튼이 온된 경우에 이마 표면온도를 측정하는 단계와, 측정횟수가 일정치가 된 경우에 가장 큰값을 이마 표면온도로 설정하는 단계와, 주변온도와 이마 표면온도를 이용하여 중심체온을 산출하여 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계의 구성은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 측두동맥으로부터 방사되는 적외선을 감지하기 위한 센서(13)와, 상기한 센서(13)를 보호하기 위한 신주(12)와, 센서(13)의 리드 및 연결도선이 관통하기 위한 홀(19)이 형성되어 있으며 상기한 신주(12)로 방사되는 열을 후방으로 신속하게 전달시키기 위한 전단금속블록(17) 및 후방금속블록(18)과, 깔때기 모양의 실리콘으로 되어 있어서 내부(16)의 적외선을 센서(13)로 집중시키고 접촉면(15)의 피부감촉을 부드럽게 하는 프로브컵(11)과, 센서관련 구조물이 설치되어 있는 연결관(14)을 포함하는 프로브(10)와; 상기한 프로브에 연결되어 있는 제어회로부를 포함하여 이루어진다.

이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계의 제어회로부의 구성은, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 센서(13)에 연결되어 있는 증폭기(21, 30)와, 상기한 증폭기(21, 30)에 연결되어 있는 컨트롤러(22)와, 상기한 컨트롤러(22)에 연결되어 있는 부저(23), 메모리(24), 배터리(25), lcd(26)와, 사용자가 명령을 입력하기 위한 버튼(27, 28, 29)을 포함하여 이루어진다.

이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계의 제어방법의 구성은, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 동작이 시작되는 단계(S210)와, 초기화를 시키는 단계(S220)와, 주변온도를 설정시키는 단계(S230)와, 측정버튼이 온되었는지를 판단하는 단계(S240)와, 측정버튼이 온된 경우에 이마표면 온도를 측정하는 단계(S250)와, 측정횟수가 4회가 되었는지를 판단하는 단계(S260)와, 측정횟수가 4회가 된 경우에 가장 큰값을 이마 표면온도(Ts)로 설정하는 단계(S270)와, 측정종료 부저음을 동작시키는 단계(S280)와, 일정시간 경과후 측정종료 부저음을 종료시키는 단계(S290)와, 주변온도와 이마 표면온도를 이용하여 중심체온을 산출하는 단계(S300)와, 중심체온을 디스플레이하는 단계(S310)와, 측정대기를 하는 단계(S320)와, 재측정을 위한 준비를 하는 단계(S330)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법의 작용은 다음과 같다.

사용자가 프로브컵(11)을 이마의 관자놀이에 갖다대고서 전원버튼(29)을 온시키면 배터리(25)로부터 전원이 인가되어 메모리(24)에 프로그램화되어 저장되어 있는 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 동작수순이 컨트롤러(22)에 의해 실행됨으로써 동작이 시작된다(S210).

동작이 시작되면 컨트롤러(22)는 모든 변수를 초기화를 시킨 뒤에(S220), 주변온도(Ta)를 설정시키고(S230), 측정버튼(28)이 온되었는지를 판단한다(S240).

측정버튼(28)이 온된 경우에 컨트롤러(22)는 센서(13)를 이용하여 이마를 스캐닝하면서 센서(13)로부터 입력되는 전기적인 신호를 이용하여 이마의 표면 온도를 측정한다(S250).

상기한 센서(13)는 프로브(10)에 설치되어 있는데, 프로브(10)는프로브컵(11)의 접촉면(15)이 피측정자의 이마나 관자놀이에 부드럽게 맞닿아 센서(13)로 피부 표면의 온도를 전달해주는 역할을 한다. 프로브컵(11)은 실리콘으로 되어 있어서 피부감촉을 부드럽게 하며, 깔때기 모양으로 되어 있어서 내부(16)의 적외선이 센서(13)의 수광부로 집중되도록 한다.

상기한 센서(13)는 프로브컵(11)과 직접 접촉되어 있지 않고 금도금 처리되어 있는 황동재질의 신주(12)내에 삽입되어 있어서, 이마 표면의 방사 적외선에 의한 센서(13)의 직접가열을 막을 수가 있고, 전단금속블록(17) 및 후단금속블록(18)은 신주(12)로 방사된 열을 신속히 후방으로 전달시킨다.

상기한 전단 금속블록(17)과 후단 금속블록(18)은 주석 합금재질로 되어 있어서 센서(13)로부터 방사되어 신주(12)로부터 전달된 전도열을 효과적으로 후단부로 방출할 수가 있으며, 센서(13)의 리드 및 연결도선이 관통하는 홀(19)을 제외하고는 열질량을 크게 하도록 다이캐스팅 구조의 내부가 채워져 있다.

상기한 센서(13)는 최대한 방사열로 인한 가열을 방지하기 위하여, 프로브컵(11)의 후단부로부터 약간 후퇴시킴으로써 방사열이 센서(13)로 전달되는 거리를 늘리도록 하였다.

상기한 센서(13)의 출력신호는 직류 드리프트가 작고 입력 옵셋 전류가 적은 쵸퍼 증폭기와 같은 증폭기(21, 30)를 통하여 수백배의 증폭이 이루어진 뒤에 컨트롤러(22)로 입력된다.

이와 같이 센서(13)로부터 입력되는 신호를 이용하여 컨트롤러(22)는 온도측정을 하여 메모리(24)에 저장하면서, 이와 같은 온도 측정횟수가 4회가 되었는지를판단하여(S260), 측정횟수가 4회가 된 경우에 가장 큰값을 측정온도로서 설정한다(S270).

이와 동시에 컨트롤러(22)는 부저(23)를 이용하여 측정종료 부저음을 동작시키고(SS280), 일정시간 경과후에 측정종료 부저음을 종료시킨다(S290).

다음에, 컨트롤러(22)는 다음과 같은 3차식의 다중선형회귀법을 이용하여 중심체온(Tc)을 산출한다(S300).

Tc = b₁Ts³+ b₂Ts²+ b₃TsTa + b₄Ts + b₅Ta

중심체온(Tc)은 이마에 분포된 측두동맥을 통해 흐르는 혈액의 온도를 말하는데, 동맥혈을 직접 채취하여 측정할 수 없으므로, 동맥혈을 통해 전도된 이마의 방사열을 이용하여 중심체온(Tc)의 값을 산출해야 한다.

이 경우에, 이마부위는 주변온도에 노출되어 있어서 중심체온이 일정하다 하더라도 주변온도에 따라서 이마표면의 온도값이 심한 차이를 나타내기 때문에 이마표면의 온도값과 주변 온도값의 관계를 설정하기 위한 수식이 필요하게 된다.

본 발명에서는 열역학적 모델링 방법을 사용하지 않고 직접 수집한 임상 데이터들을 기반으로 다중선형회귀법을 사용하여 상기한 바와 같은 실험적인 수식을 유도하여 사용한다.

상기한 수식에서 중심체온(Tc)의 계산을 위한 변수로서는 이마표면 온도(Ts)와 주변온도(Ta)를 이용하고 있으며, 다중선형회귀법에 의하여 각각의 계수가 다음과 같이 구해진다.

b₁=0.0025, b₂=-0.2003, b₃=0.0186 b₄=5.0984 b₅=-0.8156

다음에, 컨트롤러(22)는 산출된 중심체온(Tc)을 LCD(28)를 통해 디스플레이하고(S310), 일정시간 측정대기를 한 뒤에(S320), 재측정을 위한 준비를 한다(S330).

이상의 설명에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 피측정자의 이마의 관자놀이에 갖다대고 이마를 스캔하면서 체온을 측정함으로써 측정을 하기가 매우 편리하고, 오차가 발생되지 않으며, 측두동맥에서 방사되는 적외선을 측정하기 때문에 실제 체온에 근접한 체온을 측정할 수 있는 효과를 가진 이마형 적외선 체온계 및 그의 제어방법을 제공할 수가 있다. 이 발명의 이와 같은 효과는 비접촉식 체온계 분야에서 이 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 응용되어 이용될 수가 있다.

Claims (4)

1. 이마의 측두동맥으로부터 방사되는 적외선을 입력받아 전기신호로 출력하는 센서;

   상기 센서를 보호하는 신주;

   상기 신주로 유입되는 열을 후방으로 전달하는 전단금속블록 및 후방금속블록;

   상기 센서의 리드 및 연결도선이 관통하는 홀;

   적외선을 센서로 집중시킬 수 있도록 깔때기 모양으로 이루어지며, 접촉면의 감촉을 개선할 수 있도록 실리콘 재질로 이루어진 프로브컵;

   상기 센서와 관련된 구조물이 설치되어 있는 연결관을 포함하는 프로브; 및

   상기 센서로부터 출력되는 이마 표면온도(Ts) 중 최대값에 상응하는 전기신호 및 미리 측정된 주변온도 설정값(Ta)을 이용하여 사용자의 중심체온(Tc)을 산출하는 제어회로부를 포함하되,

   상기 중심체온은 Tc = b₁Ts³+ b₂Ts²+ b₃TsTa + b₄Ts + b₅Ta에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이마형 적외선 체온계
2. 삭제
3. 이마의 측두동맥으로부터 전달되는 적외선을 감지하여 체온을 측정하는 체온계로서,

   상기 이마의 주변온도 설정값(Ta)을 수신하는 단계;

   상기 체온계의 측정버튼이 온 되었는지 판단하는 단계;

   상기 측정버튼이 온 된 경우, 상기 이마로부터 방사되는 적외선을 전기신호로 변환하는 센서로부터 상기 적외선에 상응하는 전기신호를 수신하는 단계;

   상기 전기신호 중 최대값을 결정하는 단계-상기 최대값이 이마의 표면온도에 상응함-; 및

   상기 주변온도 설정값(Ta) 및 상기 이마의 표면온도(Ts)를 이용하여 사용자의 중심체온(Tc)을 산출하는 단계를 포함하되,

   상기 중심체온은 Tc = b₁Ts³+ b₂Ts²+ b₃TsTa + b₄Ts + b₅Ta에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이마형 적외선 체온계의 제어방법
4. 삭제