KR200228751Y1 - 적외선 체온계 - Google Patents

Abstract

본 고안은 인체의 고막 부위에서 방출되는 적외선 에너지를 전기적 신호로 변환하여 체온을 측정하는 적외선 체온계에 관한 것이다.

TO-46 캡(240)으로 패키징된 적외선센서(230)를 열전도부(210) 선단 내측에 가이드부시(280) 및 플랜지(290)를 이용하여 안치고정하므로서 도파관(30) 사용시 발생하는 적외선 손실 및 온도 불균형을 제거하고 또한 탐침(160)의 선단 소경 내측 일단에 형성되어 있는 단열공간(330)과 센서하우징(190)을 구성하는 열전도부(210) 및 열방산부(200)의 열확산을 통해 외이도 표면에서 전달되는 열을 이중적으로 차단하여 적외선센서(230)에서 발생될 수 있는 온도 불균형을 최소화할 수 있다.

이로서 보다 정확한 온도 측정을 할 수 있으며 아울러 사용자 신뢰성 증대의 효과가 있다.

Description

적외선 체온계{Infrared Clinical Thermometer}

본 고안은 인체의 고막 부근에서 방출되는 적외선 에너지를 전기적 신호로 변환하여 체온을 측정하는 적외선 체온계에 관한 것으로, 특히 온도검출부의 내부 구조를 개선하여 적외선 에너지 손실 및 온도 불균형을 최소화하여 정확한 온도 측정을 할 수 있는 구조에 대한 것이다.

일반적으로 체온계는 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있다. 접촉식 체온계에는 알콜 및 수은 체온계와 서미스터(Thermistor), 열전쌍(Thermocouple) 등의 온도 센서를 이용한 전자식 체온계가 널리 사용되고 있다. 이들 체온계는 측정 대상물의 표면과 접촉시켜 열적 평행상태에 도달하였을 때 온도를 측정하므로 2∼3분 정도의 비교적 오랜 시간이 소요되며 실제 가정이나 병원에서 사용시 겨드랑이, 구강, 항문 등에 삽입하여 측정하므로 피측정자에게 불쾌감을 줄 수 있으며 특히, 알콜 및 수은 체온계는 파괴시 큰 위험이 있는 문제점이 있다.

이에 반해 비접촉식 체온계는 귀속의 고막 부위에서 발생되는 적외선을 검출하여 소정의 전기적 신호로 변환하여 온도를 측정하는 방식이므로 인체의 체온을 보다 정확, 신속 및 편리하게 측정할 수 있다. 고막 부위를 측정하는 이유는 의학적으로 고막은 뇌의 시상하부와 같은 혈액을 공유하므로서 인체의 핵심 체온(Core Temperature)을 가장 정확하게 반영하기 때문이다. 이러한 비접촉식 적외선 체온계의 측정 원리는 다음과 같다.

절대 영도(0K)가 아닌 모든 물체는 온도에 따라 일정 파장 영역을 가지는 적외선 에너지를 방출하며 이 원리는 스테판-볼쯔만 공식으로 나타내어 진다.

E는 방사되는 적외선 에너지이고, k는 스테판-볼쯔만 상수, ε은 측정 대상체의 적외선 방사율, T는 측정 대상체의 표면온도이다. 즉, 고막의 온도를 측정할때 위 식에 따라 고막의 온도 4제곱에 비례하는 적외선 에너지가 방사된다. 이러한 에너지를 검출하여 소정의 전기적 신호로 변환하는 적외선센서와 출력된 신호를 증폭 및 연산 처리하는 회로를 사용함으로서 인체의 체온을 측정할 수 있게 된다.

상기와 같은 원리를 이용한 종래의 적외선 체온계의 탐침(Probe) 구조를 도1에 나타내었다. 탐침(10)은 일반적으로 내부가 비어 있는 원추형으로 합성 수지로 이루어져 있으며 탐침(10) 내부에는 귀속 고막 부위에서 발생되는 적외선을 적외선센서(20)까지 인도하는 도파관(Wave Guide, 30)과 적외선을 검출하여 소정의 전기적 신호를 출력하는 적외선 센서(20) 그리고 적외선 센서의 온도 변화를 억제하는 히트싱크(Heat Sink, 40)로 구성된다. 캡(Cap, 50)내에는 온도에 따라 소정의 기전력을 발생시키는 열전퇴소자(Thermopile)가 구비되어 있다. 도파관(30)은 비교적 열전도성이 우수한 금속 재료로 이루어져 있으며 중공(中空) 원통형이다. 그리고 도파관(30)의 내부는 경면(鏡面)으로 가공되며 일반적으로 적외선에 대해 높은 표면 반사율을 가지도록 금으로 코팅되어 있다. 히트싱크(40)는 높은 열전도율을 가지는 동, 황동 혹은 알루미늄 재질로 이루어져 탐침(10)이 외이도(外耳道) 속으로 삽입될 때 외이도 표면에서부터 탐침(10)을 통하여 적외선 센서(20)로 전달되는 열이 최소화되도록 열을 확산시키는 역할을 한다.

이러한 종래 기술에서의 탐침 구조는 외이도에 탐침(10)을 삽입하기 위해 비교적 긴 도파관(30)을 사용하고 있다. 도파관(30)은 외이도 내 고막 부근에서 발생된 적외선을 적외선센서(20)로 인도하는 역할을 하므로 도파관(30) 입구로 전달되는 적외선의 손실을 최소화하기 위해 도파관(30) 내부를 경면으로 가공하며 또한적외선에 대한 표면 반사율이 매우 높도록 금 코팅을 이용하고 있다. 그러나, 입사되는 적외선이 도파관(30)의 길이 방향과 평행하게 입사되지 않는 이상 적외선은 도파관 내부 표면과 불가피하게 수∼수십회 이상 충돌하게 되므로서 실질적으로 적외선센서(20)에 도달하는 적외선의 강도는 현저히 저하되게 된다. 따라서, 적외선센서(20)의 검출능이 저하되어 정확한 체온 측정이 어렵게 된다.

상기와 같은 도파관(30) 내부 표면에서의 적외선 손실이외에도, 외이도에 탐침(10)을 삽입시 탐침(10)과 외이도 표면이 불가피하게 접촉하게 되며 외이도 표면의 열이 탐침(10)을 통하여 도파관(30)쪽으로 전달되어 도파관(30)의 온도가 상승하게 되어 도파관(30) 일단(一端)에 온도 불균형이 발생하게 된다. 이러한 온도 불균형으로 도파관(30)에서도 적외선이 발생하여 적외선 센서(20)에 전달되므로서 고막 온도에 해당하는 적외선 에너지 이외에 도파관(30) 온도에 기인하여 생성되는 적외선 에너지가 포함되어 상호 구별이 곤란하여 정확한 온도 측정이 더욱 어렵게 된다.

도파관(30) 온도 상승으로 인한 체온 측정의 문제점을 해결하고자 온도 센서(60)를 도파관(30) 외측 표면 일단에 부착하므로서 도파관(30)의 온도를 보상하여 정확한 온도 측정을 하고자 하였으며 이 탐침 구조의 모식도를 도2에 나타내었다.

온도 센서(60)는 일반적으로 서미스터 또는 열전쌍을 사용하고 있으며 도파관(30)의 외측 표면 일단에 에폭시 수지를 이용하여 접착 고정되며 배선을 통하여 온도 센서(60)에서 전달된 신호는 적외선센서(20)의 신호와 함께 처리되어도파관(30)의 온도를 보상하게 된다. 그러나, 부가적인 온도 센서(60)을 사용하고 또한 보상을 위한 회로 부품이 더 필요하므로 제조 단가가 상승하며 온도 센서(60)의 부착시 접착 상태가 도파관(30) 온도 측정에 영향을 주므로 정밀한 에폭시 양의 조절과 일정한 접착력을 요구하므로서 제조가 더욱 까다로와지는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래 적외선 체온계의 문제점을 개선하고자 안출한 것이며 체온 측정의 정확도가 우수한 적외선 체온계를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래예에 관한 적외선 체온계 탐침의 구조를 도시한 단면 모식도

도2는 종래예에 관한 온도 센서를 사용한 적외선 체온계 탐침의 구조를 도시한 단면 모식도

도3은 본 고안 적외선 체온계의 외관 사시도

도4는 본 고안 적외선 체온계의 온도검출부의 단면도

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 본체 160 : 탐침 190 : 센서하우징

200 : 열방산부 210 : 열전도부 230 : 적외선센서

240 : 캡 280 : 가이드부시 290 : 플랜지

300 : 증폭부 320 : 연산부 330 : 단열공간

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안 적외선 체온계는, 본체에 체결되는 탐침; 상기 탐침에 밀착고정되는 센서하우징; 상기 센서하우징 선단 내측에 안치고정되는 적외선센서; 상기 적외선센서의 리드선을 개별적으로 격리하는 가이드부시; 상기 가이드부시를 압착고정하고 리드선 배선을 위한 복수개의 홀이 형성된 플랜지로 구성된 온도검출부를 구비함을 특징으로 한다.

첨부 도면을 참조하여 본 고안의 가장 적합한 실시예를 자세히 설명한다.

도3은 본 고안 적외선 체온계의 외관을 도시한 것이며 적외선 체온계(100)의 본체(110) 상부면에는 사용자가 체온을 측정하고자 할 때 체온계를 온시키고 측정을 개시하는 작동버튼(120)과 섭씨-화씨 전환, 측정값 기억 등의 부가 기능을 선택하여 실행시키는 메뉴버튼(130)이 구비되어 있다. 본체(110)의 선단측에는 온도검출부(140)가 형성되어 있으며 측정된 온도를 사용자에게 보여주는 액정표시부(150)가 마련되어 있다.

도4는 온도검출부(140)의 단면을 도시한다. 온도검출부(140)에는 탐침(160)이 구비되어 있으며 체온 측정시 외이도로 삽입이 적절하도록 적당한 길이를 가지는 중공 원추 모양의 형상을 가지고 있으며 그 재질은 합성수지이다. 본체(110)에 연결하기 위해 탐침(160) 대경(大徑) 부분 반경 방향에 수직하게 돌출되어 있는 연결부(170)의 반경 방향 외측 일단에 나사선(180)을 형성하여 본체(110)에 고정시킨다.

탐침(160) 내측의 중공 원통형 공간내에 센서하우징(190)이 탐침(160)과 동심(同心)으로 배치되고 탐침(160)의 축방향으로 신장되어 있으며 소경(小徑) 부분과 대경 부분으로 나뉘는 동심형으로 이루어져 있다. 센서하우징(190)은 본체(110)의 선단측에 배치된 대경의 열방산부(200)와 이 열방산부(200)의 일단으로부터 탐침(160)의 선단측 부근까지 신장된 소경의 열전도부(210)를 구비하고 있다. 센서하우징(190)은 열전도성이 우수한 금속 재질이며 동, 황동 혹은 알루미늄 등을 가공하여 구성한다. 센서하우징(190)은 열방산부(200)의 외경 안쪽 일단을 나사(220)로서 본체(110)에 견고하게 고정하며 적어도 2개 이상을 사용하여 체결하는 것이 바람직하다.

고막 부근에서 발생되는 적외선을 검출하여 소정의 신호를 출력하는 적외선센서(230)는 열전도부(210)의 선단 내측에 안치된다. 열전도부(210)의 최선단측에서부터 센서하우징(190)의 축방향으로 캡(240) 높이 만큼 길이의 일단의 내경을캡(240) 외경가 거의 일치하도록 함으로서 형성된 단차(250)에 스템(260)이 걸리도록함으로서 적외선센서(230)는 안정적으로 안치고정된다. 적외선센서(230)에서 출력되는 신호를 전달하는 복수개의 리드선(270)은 상호 접촉되어 단락되지 않도록 가이드부시(Guide Bush, 280)에 의해 각각 격리된다. 리드선(270)을 격리시키는 가이드부시(280)의 종단면 형상은 리드선(270)의 개수에 따라 선택할 수 있으며, 일예로 적외선센서(230)의 캡(240) 내부에 열전퇴소자 및 보상온도소자가 배치될 경우 일반적으로 4개의 리드선(270)이 스템(260)에서 돌출되므로 ＋자형 종단면을 가지는 4개의 격벽을 가진 가이드부시(280)를 사용함이 바람직하다. 가이드 부시(280)는 전기 절연성이 좋은 합성수지 재질로 이루어지며 플랜지(290)를 열방산부(200)의 내경측 일단에 나사(220)를 이용하여 체결하므로서 센서하우징(190) 내에 안치고정된다. 플랜지(290)는 리드선(270)의 배선을 증폭부(300)로 연결하기 위한 복수개의 홀(310)을 구비하고 있으며 적외선센서(230)의 리드선(270) 개수만큼 형성하는 것이 바람직하다.

본 고안 적외선 체온계(100)를 사용하여 체온 측정시 사용자는 본체(110)를 한쪽 손으로 쥐고 온도검출부(140)를 외이도로 삽입한 후 작동버튼(120)을 눌러 측정을 개시한다. 귀속 고막 부근에서 발생된 적외선은 직접 적외선센서(230)로 전달되며 소정의 전기적 신호로 변환되어 리드선(270) 배선을 통하여 적외선 체온계(100) 본체(110) 내부에 구비되어 있는 증폭부(300)에 전달되며 일정하게 증폭된 신호는 다시 연산부(320)로 입력되어 마이콤에 의해 연산되어 온도값이 액정표시부(150)에 표시된다.

도4에 도시한 바와 같이 본 고안 적외선 체온계의 온도검출부(140)에는 종래 기술에서 적용된 적외선을 인도하는 도파관(30)이 사용되지 않는다. 종래 적외선 체온계에 일반적으로 사용되었던 적외선센서(20)는 TO-5 캡(50)으로 패키징되어 있으며 캡(50)의 직경은 약 8.5mm로 비교적 크므로 탐침(10)의 선단측에 배치시킬 경우 탐침(10) 선단측의 직경이 상당히 증가되어 외이도 삽입시 매우 큰 어려움이 발생하게 된다. 일반적으로 성별 및 연령에 따라 외이도의 내경은 상호 차이가 있으나 평균적으로 8 ±0.5mm 정도의 범위를 가지고 있다. 따라서, 불가피하게 직경이 작고 비교적 긴 도파관(30)을 사용하여 탐침(10) 선단부 직경을 외이도 크기에 맞추고 있다. 이와 달리 본 고안에서는 TO-46 캡(240)으로 패키징된 적외선센서(230)를 사용하고 있으며 캡(240)의 직경이 약 4.5mm로 센서하우징(190) 및 탐침(160)을 포함하더라도 외이도 삽입에 적합한 크기의 온도검출부(140)를 마련할 수 있다.

상기와 같이 적외선센서(230)를 탐침(160) 선단측에 배치시키므로서 고막 부근에서 발생된 적외선이 도파관(30)과 같은 광학계를 거치지 않기 때문에 거의 손실이 없이 적외선센서(230)로 입사(入射)되게 되며 아울러 실제 측정시 도파관(30) 부근에서 발생되는 온도 불균형을 원천적으로 제거할 수 있으므로 측정 오차를 상당히 감소시킬 수 있다.

본 고안 적외선 체온계의 온도검출부(140) 내부 구조에서 적외선센서(230)가 탐침(160)의 선단측에 배치되어 있으므로 사용자가 측정을 위해 온도검출부(140)를 외이도로 삽입시 불가피하게 탐침(160) 선단측 표면이 외이도 표면과 접촉하게 되어 외이도 표면 열이 적외선센서(230)로 전도되어 적외선센서(230)의 온도 불균형을 유발하여 체온 측정시 오차를 야기할 수 있다. 그러나, 적외선센서(230)와 인접한 탐침(160)의 소경 부분 내측 일단의 직경을 대경 부분 내측 직경보다 크게 하므로서 탐침(160)과 열전도부(210) 선단측 사이에는 탐침(160)과 동심의 원통형 단열 공간(330)이 구비된다. 외이도 표면에서 전달되는 열의 일부는 탐침(160)을 통과하며 적외선센서(230)로 전달되기 이전에 일차적으로 단열공간(330)에서 차단되며 일부 통과된 열은 열전도부(210)를 통하여 체적이 큰 열방산부(200)쪽으로 확산되어 이차적으로 제거되므로 외이도 표면 열의 적외선센서(230)에 대한 영향이 최소화된다. 이로서 적외선센서(230)의 온도 상승이 발생되지 않도록하여 보다 정확한 체온 측정을 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안 적외선 체온계는 TO-46 캡(240)으로 패키징된 적외선센서(230)를 열전도부(210) 선단 내측에 가이드부시(280) 및 플랜지(290)를 이용하여 안치고정하므로서 도파관(30) 사용시 발생하는 적외선 손실 및 온도 불균형을 제거하고 또한 탐침(160)의 선단 소경 내측 일단에 형성되어 있는 단열공간(330)과 센서하우징(190)을 구성하는 열전도부(210) 및 열방산부(200)의 열확산을 통해 외이도 표면에서 전달되는 열을 이중적으로 차단하여 적외선센서(230)에서 발생될 수 있는 온도 불균형을 최소화하여 보다 정확한 온도 측정을 할 수 있으며 아울러 사용자 신뢰성 증대의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 외이도 고막 부위에서 발생되는 적외선을 검출하여 인체의 체온을 측정하는 적외선 체온계에 있어서, 본체(110)에 체결되는 탐침(160); 상기 탐침(160)에 밀착고정되는 센서하우징(190); 상기 센서하우징(190) 선단 내측에 안치고정되는 적외선센서(230); 상기 적외선센서(230)의 리드선(270)을 개별적으로 격리하는 가이드부시(280); 상기 가이드부시(280)를 압착고정하고 리드선(270) 배선을 위한 복수개의 홀(310)이 형성된 플랜지(290)로 구성된 온도검출부(140)를 구비함을 특징으로 하는 적외선 체온계.
2. 제1항에 있어서, 상기 탐침(160)은 선단 내측에 동심 원통형의 단열공간(330)을 구비함을 특징으로 하는 적외선 체온계.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서하우징(190)은 열전도부(210) 및 열방산부(200)을 구비함을 특징으로 하는 적외선 체온계.
4. 제1항에 있어서, 상기 적외선센서(230)는 TO-46 캡(240)으로 패키징되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온계.