KR100626189B1 - 가열 가능한 탐침 헤드를 구비한 적외선 온도계 및 보호 캡 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열 가능한 탐침 헤드를 구비한 적외선 온도계, 특히 귀에서 환자의 체온을 측정하는 체온계와 가열 가능한 보호 캡에 관한 것이다. 탐침 헤드는 이것의 전방 단부에 복사선 유입 영역을 구비한다. 가열 부재 또한 그곳에 배치되어 있다. 가열 부재는 탐침 헤드 위에 끼워 맞춤 되도록 되어 있거나 탐침 헤드의 전방 단부에 고정되도록 되어 있는 보호 캡에 연결된다.

Description

가열 가능한 탐침 헤드를 구비한 적외선 온도계 및 보호 캡{INFRARED THERMOMETER WITH A HEATABLE MEASURING TIP AND PROTECTIVE CAP}

본 발명은 가열 가능한 탐침 헤드를 구비한 적외선 온도계, 구체적으로 환자의 체온을 귀속에서 측정하는 체온계와 가열 가능한 보호 캡에 관한 것이다.

US-A-3,491,596으로부터 가열 가능한 탐침 헤드를 구비한 귀 측정용 온도계(ear thermometer)가 공지되어 있다. 탐침 헤드는 전방 단부에 열 감지 소자로서 기능하는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)와 가열 부재를 수용하는 공동을 구비한다. 이 공동의 벽은 양호한 열전도성 재료, 예컨대 구리와 같은 재료로 만들어진다. 전계효과 트랜지스터는 공동 벽과 열적으로 연결되어 있다. 외부로부터 탐침 헤드에 도달하는 복사 열에너지가 전계효과 트랜지스터로 전달되면 이 전계효과 트렌지스터가 응답해서 그 에너지에 상응하는 온도 측정신호를 발생시킨다. 전계효과 트랜지스터는 가열 부재에 의해 대략 체온에 상응하는 온도로 예비 가열된다. 이것은 가열되지 않는 열감지 소자에 비해 응답시간을 단축시키기 위한 것이다.

US-A-4,602,642로부터 도파관이 탐침 헤드의 전방 단부로부터 탐침 헤드의 내부로 연장된 탐침 헤드를 구비한 귀 측정용 온도계가 공지되어 있다. 도파관은 그 후방 단부에서 서모파일(thermopile) 적외선 감지기가 배치된 금속 하우징에 고정된다. 금속 하우징과, 이 금속 하우징과 양호한 열전도 관계로 연결된 적외선 감지기는 발열 저항체와 제어 장치에 의해 대략 체온에 상응하는 온도로 가열될 수 있다. 그러나, 체온계의 넓은 부분을 가열하기 위해서는 비교적 긴 가열 기간과, 그에 상응하는 많은 양의 에너지를 필요로 한다.

이관(耳管) 내에 삽입할 수 있는 탐침 헤드를 가열함으로써 탐침 헤드와 이관 사이에서의 열 흐름을 상당히 피하게되는데, 다시 말하자면 탐침 헤드와 이관은 온도 측정 동안에 열평형 상태에 있게 된다. 이러한 방식에 의하면, 그렇지 않은 경우에 이관 내로 도입된 탐침 헤드의 온도가 이관보다 더 낮기 때문에 이관이 냉각됨으로써 온도 측정치가 너무 낮아지는 오류를 피할 수 있다. 이러한 측정 오차는 탐침 헤드와 이관 사이의 최초 온도차와 냉각 기간 또는 측정 과정의 지속 시간에 의존할 뿐만 아니라, 이관 내부에서의 탐침 헤드의 각각의 위치 또는 정렬 상태에 의해 영향받는다.

탐침 헤드가 이관의 벽을 직접 향하게 되면, 차가운 탐침 헤드에 의해 방사되는 적외선 복사선이 이관의 벽(반사율이 약 3 내지 5 %)에 의해 부분적으로 반사되어 탐침 헤드에 의해 감지되는데, 그 결과로 이관의 냉각된 벽에 의해 방사되는 적외선 복사선뿐만 아니라 탐침 헤드 자체로부터 방사되어 이관의 벽에 의해 반사된 적외선 복사선도 측정되므로, 그에 따라 온도가 상당히 낮게 측정된다. 그러나, 이와 반대로 탐침 헤드가 고막을 적절히 향하게 되면, 차가운 탐침 헤드에 의해 방사되는 복사선은 탐침 헤드 내로 다시 모이기 전에 먼저 이관 내에서 수회 반사되어 그에 상응하는 손실이 생기며, 따라서 측정 결과의 부정확도가 그 만큼 낮아진다.

가열되지 않는 탐침 헤드를 구비한 적외선 온도계의 또 다른 단점은 탐침 헤드가 이관 내에 도입될 때의 주위 온도와 이관 온도 사이의 차이에 따라 탐침 헤드 위에 장착된 보호 캡의 온도가 비교적 크게 변화할 수 있다는 것이다. 또한, 이 때문에 보호 캡에 의해 방사되는 복사 에너지가 변하게 되어 그에 상응하는 측정 오차가 발생한다. 그러나, 탐침 헤드가 가열된다면, 보호 캡의 온도는 탐침 헤드의 온도에 의해 결정되기 때문에 측정 과정 동안 거의 변화하지 않는다.

본 발명의 목적은 필요한 가열 에너지가 예컨대 온도계 내의 전지로부터 얻을 수 있을 정도로 적은 가열 가능한 탐침 헤드를 구비한 적외선 온도계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 탐침 헤드 및/또는 당업계에 공지된 방식으로 탐침 헤드 위에 끼워맞춰지는 보호 캡을 그 탐침 헤드 및/또는 보호 캡의 전방 구역만이 이관의 통상의 온도에 대략 상응하는 온도로 가열될 수 있는 방식으로 구성함으로써 달성된다.

본 발명에서 개시된 적외선 온도계의 탐침 헤드의 구성은 탐침 헤드에 장착된 적외선 센서가 단지 한정된 시계(視界)를 갖는다는 점을 이용한다. 따라서, 적외선 센서의 시계에 놓인 이관 부분과 열적으로 상호 작용하는 탐침 헤드 부분만이 이관과 동일한 온도를 나타내게 하면 된다. 따라서, 본 발명에 따라 구성된 탐침 헤드에서는 실제로 단지 탐침 헤드의 전방 단부만이, 즉 특히 탐침 헤드의 전방 표면만이 가열될 수 있도록 설계되었다. 이런 비교적 좁은 구역은 에너지 효율이 높은 방식으로 가열하는 데에 도움이 되며, 상기 구역은 탐침 헤드의 가열되지 않는 부분과 열적으로 단열되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 적외선 온도계는 그 탐침 헤드의 전방 단부에 복사선 유입 영역과 전기로 가열할 수 있는 것이 바람직한 가열 부재를 구비한다. 이 가열 부재는 탐침 헤드 내에 장착하거나, 탐침 헤드 위에 끼워 맞춰지는 보호 캡 내에 장착할 수 있다. 2개의 가열 부재를 마련해서 그 중 하나는 탐침 헤드에 설치하고 다른 하나는 탐침 헤드 위에 끼워 맞춰지는 보호 캡에 연결하는 것 또한 가능하다.

가열 부재는, 예컨대 탐침 헤드 전방 단부에 장착되는 하나 이상의 NTC 또는 PCT 저항체 또는 트랜지스터를 포함한다. 그러나, 가열 부재가, 예컨대 탐침 헤드의 전방 단부에 배치된 복사선 유입 창, 보호 캡 또는 탐침 헤드 자체에 도포되어 상기 복사선 유입 영역을 바람직하게는 환형으로 둘러싸는 트랙 형상의 전도성 금속 피막 또는 도전 플라스틱재로 만들어진 피막일 수도 있다.

본 발명의 적외선 온도계의 바람직한 실시예에 있어서, 복사선 유입 영역은 가열 부재에 의해 가열할 수 있는 적외선 투과성 창에 의해 형성된다. 이는 예컨대 양호한 열전도 관계를 이루며 적외선 투과성 창의 둘레를 걸쳐 연결되는 콘스탄탄(constantan)으로 이루어진 가열선에 의해 특히 간단히 이루어진다. 적외선 투과성 창은 예컨대 적외선 복사선을 투과시키고 성형이 용이한 칼코겐화 유리(chalcogenide glass)로 이루어질 수 있다. 특히 정교한 실시예에 있어서, 적외선 투과성 창은 반도체, 특히 실리콘으로 만들어지며, 이 경우 저항 가열 전도체 역할을 할 수 있는 도전 트랙이 도핑(doping)에 의해 형성된다. 가열 가능한 창을 구비한 상기 실시예의 이점은 가열 부재가 탐침 헤드의 전방 단부 전체, 즉 복사선 유입 영역을 포함한 탐침 헤드의 전방 표면 전체가 필요한 온도로 가열될 수 있게 하므로 이관 내의 열평형이 탐침 헤드에 의해 실질적으로 방해받지 않으며 이로 인한 온도 측정 오차가 최소화된다는 것이다.

본 발명의 적외선 온도계는 에너지 공급원, 예컨대 전지와 가열 부재에 연결되어 있는 가열 부재용 제어 장치를 더 포함한다. 이 제어 장치는 탐침 헤드의 온도를 결정 및/또는 조절하는 기능을 한다. 이를 위해서, 이 제어 장치는 탐침 헤드와 사용자의 이관 사이에서의 열흐름을 검출하는 열유속 센서 및/또는 바람직하게는 탐침 헤드의 전방 단부에 배치된 온도 센서에 연결된다. 그러나, 본 발명의 적외선 온도계의 바람직한 실시예에서, 가열 부재 자체가 센서로 사용되어 추가적인 센서를 마련하는 것을 대신한다. 제어 장치는 예컨대 전기 저항, 한계 전압 또는 순방향 전압 등과 같은 가열 부재의 측정 가능한 특성량으로부터 가열 부재의 온도와 그에 따른 탐침 헤드의 전방 단부의 온도를 측정한다.

특별한 편리성을 제공하는 본 발명의 적외선 온도계에 있어서, 제어 장치는 온도 측정을 실행하기 전과 후에 가열 부재의 작동과 정지 과정도 제어한다. 가열 사이클은 탐침 헤드가 사용자의 이관 내에 도입되자마자 자동적으로 시작되고, 마찬가지로 온도가 측정되면 자동적으로 정지되며, 삽입과 취출 동작은, 예컨대 제어 장치에 연결된 복사 온도 센서에 의해 측정되는 복사 온도의 변화에 의해, 또는 온도 센서에 의해 측정되는 탐침 헤드의 온도 변화에 의해, 또는 열유속 센서로부터의 상응하는 신호에 의해 검출할 수 있다. 이 방식에 따르면, 오차의 요인이 제거되며 충분히 높은 측정 정밀도가 항상 보장된다.

바람직하게는, 측정 정밀도를 최적화하기 위해서 탐침 헤드와 사용자의 이관 사이의 열흐름을 열유속 센서에 의해 측정하고, 이 열흐름을 최소화하도록 가열 출력을 제어한다. 열흐름을 처음부터 가능한 최소 수준으로 유지하기 위해, 이관과 접촉하는 탐침 헤드 영역의 열용량과 열전도율이 가능한 낮도록 탐침 헤드를 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 상기 영역의 표면이 플라스틱으로 만들어진다.

본 발명의 보호 캡에서, 특히 보호 캡의 전방 구역은 전기적 가열 부재에 의해 가열될 수 있다. 보호 캡은 당업계에 공지된 방식으로 원뿔형으로 형성되며, 그 전방 단부에 적외선 투과성 복사선 유입 영역을 구비한다. 가열 부재는 복사선 유입 영역을 환형으로 둘러싸는 금속 또는 도전 플라스틱재로 이루어진 트랙 형상의 전도성 코팅으로 형성된 것이 바람직하다. 가열 부재에 대한 에너지 공급은 바람직하게는 적외선 온도계의 전지를 이용하는 전기적 또는 전자기적 연결장치에 의해서 이루어진다. 본 발명의 온도계는 예컨대 보호 캡이 설치될 때 보호 캡의 트랙 형상의 전도성 피막과 전기적 연결을 형성하도록 알맞게 배치된 접점을 구비한다. 별법으로, 단락 권선(short circuit winding)으로서 구성된 가열 부재에 유도 에너지로 전달하기 위한 장치를 마련하는 것 또한 가능하다.

본 발명의 또 다른 특징과 이점을 첨부된 청구 범위뿐만 아니라 첨부된 도면에 도시된 적외선 온도계에 대한 본 발명의 탐침 헤드의 바람직한 실시 형태에 대해 후술하는 설명으로부터 분명해질 것이다. 도면은 개략적으로 나타내었으며, 도면에서 동일한 구성요소에는 동일한 참조 번호가 할당되었다.

도 1은 보호 캡이 설치된 상태의 환형 가열 부재를 구비한 본 발명의 탐침 헤드의 제1 실시도.

도 2는 보호 캡이 설치된 상태의 환형 가열 부재를 구비한 본 발명의 탐침 헤드의 제2 실시도.

도 3은 보호 캡이 설치된 상태의 가열 가능한 적외선 투과성 창을 구비한 본 발명의 탐침 헤드의 제3 실시도.

도 4는 가열 가능한 적외선 투과성 창을 구비한 본 발명의 탐침 헤드의 제4 실시도.

도 5는 도 3에 단지 개략적으로 도시된 탐침 헤드의 상세도.

도 6은 가열 부재를 구비한 보호 캡의 횡단면도와 평면도.

도 1에는 본 발명의 탐침 헤드(10)이 도시되어 있으며, 이 탐침 헤드의 탐침 헤드 하우징(14)는 복사선 유입부(12)의 방향으로 원뿔형으로 테이퍼지며, 그 전방 단부에 복사선 유입부(12)를 둘러싸는 환형 가열 부재(16)가 위치하고 있다. 가열 부재(16)는 바람직하게는 전기로 가열할 수 있다. 적외선 도파관(18)이 복사선 유입부(12)에서부터 탐침 헤드 하우징(14)을 통과해 적외선 센서(도시 생략)까지 길이방향으로 연장되며, 이 센서는 검출된 적외선 복사선을 전자적 측정 장치(도시 생략)에 의한 평가 및 결합된 표시 장치에 의한 표시에 적합한 전기적 출력 신호로 변환한다. 적외선 도파관(18)의 전방 단부에는 적외선 투과성 창(20)이 마련된다. 단열을 목적으로, 적외선 도파관(18)과 탐침 헤드 하우징(14)의 사이에 공간(22)이 유지된다. 오염이나 손상으로부터 창을 보호하기 위해, 탐침 헤드의 전방 단부에 비해 다소 오목하게 형성되어 있다. 탐침 헤드 하우징의 형상과 일치하는 교환 가능한 보호 캡(24)이 당업계에 공지된 방식으로 탐침 헤드(10)에 끼워 맞춰진다.

도 2에서 도시된 본 발명의 탐침 헤드(10)는 전기로 가열 가능한 환형 가열 부재(16)가 탐침 헤드 하우징(14)과 적외선 도파관(18) 사이의 공간(22)을 완전히 덮을 수 있도록 폭 방향으로 확장되어 있다는 점만이 도 1의 실시예와 다르다. 환형 가열 부재(16)의 내경은 적외선 도파관(18)의 내경과 대략적으로 일치한다. 이러한 방식으로 가열 부재는 복사선 유입부(12)를 제외한 탐침 헤드의 전방 단부를 덮는다.

도 3에 도시된 본 발명의 탐침 헤드는 적외선 투과성 창(20)이 적외선 도파관(18)의 전방 단부가 아니라 복사선 유입부(12)를 폐쇄한다는 점에서 도 1의 실시예와 다르다. 가열 부재(16)는 양호한 열전도 관계가 형성되도록 창(20)에 연결되어 있다. 바람직하게는, 창은 적절한 열전도성 물질, 예컨대 실리콘으로 만들어진다.

도 5는 도 3에 단지 개략적으로 도시된 가열 부재(16)의 상세도이다. 이 가열 부재는 가열선(16')에 의해 가열될 수 있고 창(20)을 둘러싸는 프레임(26)을 포함하며, 이 프레임의 온도는 온도 센서(28)에 의해 측정된다. 프레임은 창(20)을 특히 균일하게 가열시킬 뿐만 아니라 손상으로부터 창(20)을 보호한다. 프레임은 예컨대 알루미늄 또는 열전도 특성이 비교적 양호한 물질로 만들어지며, 탐침 헤드 하우징(14)에 대해 단열되어 있다.

도 4에 도시된 탐침 헤드는 탐침 헤드의 전방 단부가 도시 생략된 가열 부재에 의해 직접 가열될 수 있는 돔형상의 적외선 투과성 창(20)내에서 종결된다는 점이 도 1의 실시예와 다르다. 이 창(20)은 창의 온도를 결정하는 온도 센서를 더 포함하며, 마찬가지로 도시 생략되었다. 예컨대, 가열 부재는 창에 도포된 금속 또는 도전 플라스틱재로 이루어진 전도성 트랙이다. 그러나, 창은 바람직하게는 실리콘으로 만들어지며, 따라서 창의 상응 구역을 도핑함으로써 가열 부재를 창 내에 직접 합체시킬 수 있다. 창의 온도는 도핑된 구역의 전기 저항으로부터 측정할 수 있으므로 별도의 온도 센서가 필요 없다. 물론, 별법으로서 바람직하게는 가열 부재와 동일한 방식으로 구성된 온도 센서가 마련될 수 있다.

창은 이관 내로의 삽입이 용이하도록 바람직하게는 원뿔형으로 연장되는 측벽(20a)과 전방으로 돔형상을 이루는 전방 표면(20b)을 구비한다. 상기 가열 가능한 창(20)에 있어서, 이관의 측벽(20a)과의 접촉이나, 전방 표면(20b)과의 상응하는 접촉에서도 이관과 창(20) 사이에서 감지할 수 있는 열교환이 발생하지 않으며, 그 만큼 측정 결과의 부정확성의 수준이 낮아진다. 실질적으로 탐침 헤드(10)의 전방 구역 전체가 창(20)에 의해 기밀 밀봉된다는 것을 고려하면, 보호 덮게 없이 측정할 수도 있다.

모든 실시예에서, 가열 부재는 제어 장치(도시 생략)에 연결되어 있고, 이 제어 장치에는 탐침 헤드의 전방부와 사용자의 이관사이에서의 열흐름을 검출하기 위해 추가적인 온도 센서 및/또는 열유속 센서가 연결될 수 있다. 상기 제어 장치는 탐침 헤드가 이관 내에 삽입되었을 때 가열 사이클을 바람직하게는 자동적으로 시작하고, 탐침 헤드의 온도를 일정 수준에서 유지시키거나, 복사 온도 측정이 실시되는 동안 열흐름을 최소화하기 위해 상기 탐침 헤드의 온도를 조절하며, 탐침 헤드를 이관으로부터 꺼냈을 때 가열 사이클을 바람직하게는 자동적으로 종결하는 기능을 수행한다.

도 6에 도시된 가열 가능한 보호 캡은 당업계에 공지된 방식의 원뿔형으로 형성된 플라스틱 본체(30)와 그 전방 단부에 위치하는 복사선 유입 영역(32)을 포함한다. 증착법에 의해서 플라스틱 본체(30)의 내부에 도포되어 있는 금속 피막으로 이루어진 전도성 트랙(34)으로 구성된 가열 부재는 복사선 유입 영역(32)을 환형으로 둘러싼다. 전도성 트랙의 단부(36)는 접점을 형성하도록 확장되어 있다. 그러나, 탐침 헤드 자체에 가열요소가 장착된다면, 가열 가능한 보호 캡(24)을 대신하여 가열할 수 없는 통상적인 보호 캡을 사용하는 것 또한 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (15)

1. 가열 부재에 의해 가열될 수 있는 탐침 헤드와, 이 탐침 헤드의 전방 단부에 위치하는 복사선 유입 영역을 구비하는, 환자의 귀 속에서 체온을 측정하기 위한 적외선 온도계에 있어서,

   상기 가열 부재(16)는 상기 탐침 헤드(10)의 전방 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열 부재는 상기 탐침 헤드 위에 끼워 맞춰지는 보호 캡(24)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
3. 제1항에 있어서, 상기 가열 부재(16)는 상기 탐침 헤드(10)의 전방 단부에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 탐침 헤드(10)의 전방 단부에는 상기 가열 부재(16)에 의해 가열될 수 있는 적외선 투과성 창(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
5. 제4항에 있어서, 상기 적외선 투과성 창(20)은 반도체로 만들어지며, 저항 가열 전도체로 기능할 수 있는 도전 트랙이 도핑에 의해 상기 적외선 투과성 창에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 부재의 가열 출력을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어 장치에 연결된 온도 센서(28) 및 열유속 센서 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
8. 제6항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 가열 부재(16)의 정의된 특성량을 측정함으로써 탐침 헤드의 온도를 결정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
9. 제6항에 있어서, 상기 탐침 헤드의 온도가 변하는 상태에서 상기 제어 장치는 상기 가열 부재를 일정한 온도로 조절하는 기능 및 상기 가열 부재를 작동 및 정지시키는 기능 중 하나 이상의 기능을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 부재는 금속 또는 도전 플라스틱재로 된 트랙 형상의 전도성 피막(34)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
11. 제2항에 있어서, 상기 보호 캡에 연결되어 있는 가열 부재에 에너지를 공급하는 에너지 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
12. 제11항에 있어서, 상기 에너지 공급 장치는 전기적 연결 장치 또는 전자기적 전달 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
13. 전방 단부에 복사선 유입 영역을 구비하고, 탐침 헤드 위에 끼워 맞춰지도록 구성된 적외선 온도계를 위한 보호 캡에 있어서,

    가열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 캡.
14. 제13항에 있어서, 상기 가열 부재는 금속성 피막 및 도전 플라스틱재로 된 플라스틱 피막 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 캡.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 가열 부재는 전도성 트랙 형상으로 구성되어 상기 복사선 유입 영역을 환형으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 보호 캡.

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