MX2011004364A

MX2011004364A - Termometro medico sin contacto con proteccion de radiacion parásita.

Info

Publication number: MX2011004364A
Application number: MX2011004364A
Authority: MX
Inventors: Jacob Fraden
Original assignee: Kaz Inc
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-07-20
Also published as: WO2010048505A1; KR20110089405A; JP2012507007A; EP2347233A1; JP2015166743A; CN102265125B; JP6389444B2; CA2762188C; US20110228811A1; CA2762188A1; US8834019B2; KR101622427B1; EP2347233A4; CN102265125A

Abstract

Un termómetro infrarrojo (IR, por sus siglas en inglés) sin contacto para medir la temperatura de la superficie de un objeto incluye un sensor de radiación IR fijo a un elemento de calentamiento y una protección térmica que tiene una superficie interior colocada dentro del campo de vista del sensor que tiene alta emisividad; un circuito electrónico que controla el elemento de calentamiento mantiene la temperatura del sensor y la protección sustancialmente cerca de una temperatura de superficie anticipada del objeto; el sensor de radiación IR además se acopla térmicamente a un sensor de temperatura de referencia; un sistema óptico colocado en la parte frontal de la protección enfoca la radiación térmica desde el objeto en la superficie del sensor, mientras la protección evita que la radiación difusa alcance el sensor; las señales desde los sensores de referencia e IR se utilizan para calcular la temperatura de la superficie de los objetos.

Description

TERMÓMETRO MÉDICO SIN CONTACTO CON PROTECCIÓN DE RADIACIÓN PARÁSITA REFERENCIA CRUZADA Esta solicitud reclama el beneficio bajo 35 U.S.C. § 1 19(e) de la Solicitud de Patente Provisional de E.U.A No. 61/197,023, presentada el 23 de Octubre, 2008, la cual es incorporada en la presente para referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con dispositivos para medir temperatura y más específicamente, con termómetros infrarrojos sin contacto para aplicaciones médicas incorporando protección para reducir los efectos de radiación parásita.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un termómetro infrarrojo (IR) o de radiación térmica es un dispositivo capaz de medir la temperatura sin hacer contacto físicamente con el objeto de medición. Así, tales termómetros son llamados frecuentemente termómetros "remotos" o "sin contacto". En un termómetro IR, la temperatura de un objeto es tomada detectando una intensidad de la radiación IR la cual es emanada naturalmente de la superficie del objeto, Para objetos entre 0 y 100 °C, esto requiere el uso de sensores IR para detectar radiación teniendo longitudes de onda desde aproximadamente 3 a 40 micrómetros. Típicamente, la radiación IR en este intervalo es referida como radiación térmica.

Un ejemplo de un termómetro IR es un termómetro médico de "oído instantáneo", el cual es capaz de realizar mediciones de temperatura sin contacto de la membrana timpánica y tejidos circundantes del conducto auditivo de un humano o animal. Termómetros de oído instantáneos son ejemplificados por la Patente de E.U.A. No. 4,797,840 para Fraden ("la Patente '840), la cual es incorporada para referencia en la presente en su totalidad. Otros ejemplos incluyen termómetros médicos para medir las temperaturas de la superficie de la piel (por ejemplo, un temperatura de la superficie de la piel de la frente) como es ejemplificado por la Patente de E.U.A. No. 6,789,936 para Kraus et al., la cual es incorporada en la presente para referencia en su totalidad.

Para medir la temperatura superficial de un objeto por sus emisiones de radiación IR, la radiación IR es detectada y convertida en señal eléctrica apropiada para procesamiento por circuitos electrónicos convencionales. La tarea de detectar la radiación IR es lograda por un detector o sensor IR.

Sensores IR térmicos convencionales generalmente incluyen un alojamiento con una ventana transparente infrarroja y por lo menos un elemento de detección el cual es sensible a un flujo de energía de radiación térmica F emanando de la superficie del objeto para pasar a través de la ventana IR del sensor IR. Las función del sensor IR es generar una señal eléctrica la cual es representativa del flujo IR neto F existente entre el elemento de detección y el objeto de medición. La señal eléctrica puede ser relacionada con la temperatura del objeto mediante procesamiento de datos apropiado como es por ejemplo descrito adicionalmente abajo.

El flujo térmico F es una función de dos temperaturas: una temperatura superficial Ts del elemento de detección y una temperatura superficial del objeto Ti, (medida en grados Kelvin). Teóricamente, la radiación térmica es conocida para ser gobernada por la ley de Planck. Sin embargo, para un intervalo espectral óptico amplio, el cual puede ser determinado por un sistema óptico del termómetro IR, la relación entre las dos temperaturas Ts, Tb y el flujo F puede ser aproximada por una parábola de cuarto orden. En física, esta aproximación es conocida como la ley de Stefan-Boltzmann: F = ¾¾^(G - ? ) , ( ) en donde eh y es son las emisividades superficiales del objeto y el elemento de detección, respectivamente, o es la constante de Stefan-Boltzmann, y A: es una constante óptica la cual puede ser determinada por medición durante la calibración del termómetro IR.

Para una diferencia relativamente pequeña entre la temperatura del objeto verdadero Th y la temperatura del sensor Tx , la ecuación (1) puede ser simplificada como: F « 4*¾e, (7 - 7 ) (2) Un propósito último de un termómetro IR es determinar la temperatura superficial del objeto Th) , la cual puede ser calculada como Thc de la ecuación (2) invertida: Idealmente, la temperatura calculada Thc debería ser igual a la temperatura verdadera Th . Prácticamente, estas temperaturas pueden diferir como el resultado de error. Puede ser observado a partir de la ecuación (3) que, para calcular la temperatura Thc , necesitan ser determinados dos valores: la magnitud del flujo IR F y la temperatura de la superficie del elemento de detección IR 7;. . La precisión del cálculo de la temperatura depende de la precisión de medición para todas las variables en el lado derecho de la ecuación (3). El primer sumando Ts puede ser medido con bastante precisión por varias técnicas conocidas en la técnica, por ejemplo, empleando un termistor o detector de temperatura RTD. El segundo sumando puede ser más problemático, especialmente debido a un valor impredecible y generalmente desconocido de la emisividad del objeto eh . Por ejemplo, en termometría médica, la emisividad eh es una emisividad de la piel que está definida por las propiedades de la piel y la forma. La emisividad de la piel puede, por ejemplo, estar en el intervalo desde 0.93 hasta 0.99. Para determinar cómo la emisividad afecta la precisión, una derivada parcial de la ecuación (2) puede ser calculada como: - ^e^ {?„- ??) (4) de,, La derivada parcial representa el error de medición debido a una emisividad desconocida eh de un objeto. La ecuación (4) muestra que el error esencialmente se aproxima a cero cuando la temperatura Ts del sensor se aproxima a la temperatura Th del objeto, esto es cuando Tb « Ts. Así, para minimizar los errores, es deseable mantener la temperatura Ts del sensor IR tan cercana como es práctico a la temperatura del objeto Th . Para un termómetro de oído instantáneo, por ejemplo, la Patente de E.U.A. No. 5,645,349 para Fraden enseña un elemento de detección calentado para llevar las temperaturas Ts , Th en la proximidad, la Patente de E.U.A. No. 7,014,358 emitida para Kraus et al. alternativamente enseña un elemento de calentamiento para calentar el alojamiento del sensor IR. La Patente de E.U.A. No. 5,645,349 y la Patente de E.U.A. No. 7,014,358 son cada una incorporadas para referencia en su totalidad en la presente.

Cuando la temperatura es medida desde una superficie, es importante dirigir el flujo de radiación IR asociado F hacia el sensor IR solamente desde la superficie medida, y no desde cualesquier objetos parásitos que pueden aparecer en el campo de visión del sistema óptico. La radiación IR desde objetos parásitos altera el flujo medido, y así contribuye a error.

Una manera de minimizar la probabilidad de recolectar flujo hacia arriba de objetos parásitos es angostar el campo de visión óptico del termómetro IR. Un método de usar lentes IR para angostar el campo de visión óptico es ejemplificado por la Patente de E.U.A. No. 5, 172,978 para Nomura et al. (termómetro radiante incluyendo un barril de lente montando un lente condensador en un extremo y un detector IR en el otro extremo) y la Patente de E.U.A. No. 5,655,838 de Ridley et al. (termómetro de radiación con lente de enfoque de múltiples elementos, ocular, divisor de haz y detector IR), cada uno de los cuales es incorporado para referencia en su totalidad en la presente.

Otro método para minimizar la probabilidad de recolectar flujo hacia arriba de objetos parásitos emplea espejos curvos para angostar el campo de visión. Este enfoque es ejemplificado por la Patente de E.U.A. No. 4,494,881 para Everest, la cual es incorporada para referencia en su totalidad en la presente.

Estos métodos resuelven exitosamente el problema de eliminar señales IR parásitas de objetos circundantes, pero permanecen ineficaces para prevenir adicionalmente radiación parásita de componentes interiores del termómetro IR que circundan el sensor IR. Esta fuente de radiación parásita no es afectada por esfuerzos para limitar el campo de visión óptico. Podría ser de beneficio significativo desarrollar un termómetro IR teniendo un sensor IR que no es afectado por radiación parásita de los componentes interiores del termómetro IR que rodea el sensor IR.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un termómetro infrarrojo (IR) sin contacto de conformidad con la presente invención incluye un sensor de radiación IR acoplado térmicamente a un elemento de calentamiento y un protector térmico teniendo una superficie interior colocada dentro del campo de visión del sensor, tal superficie interior tiene una emisividad alta. Un circuito electrónico controlando el elemento de calentamiento mantiene las temperaturas del sensor y protector sustancialmente cercanas a una temperatura superficial del objeto anticipada. El sensor de radiación IR está acoplado adicionalmente térmicamente a un sensor de temperatura de referencia. Un sistema óptico colocado enfrente del protector enfoca radiación térmica desde el objeto sobre la superficie del sensor, mientras que el protector evita que radiación parásita alcance el sensor desde las partes del termómetro. Las señales desde los sensores de temperatura de referencia e IR son usados para calcular la temperatura de la superficie del objeto.

El protector térmico está configurado para reducir la generación térmica parásita emanando de la superficie interior colocada dentro del campo de visión del sensor de radiación térmica, en parte manteniendo las temperaturas del sensor de radiación térmica y el protector térmico para ser sustancialmente iguales. Además, la superficie interior puede ser tratada para ser no-reflectante de radiación IR (por ejemplo, revistiendo la superficie con una pintura orgánica teniendo una emisividad de 0.9 o más alta).

El sistema óptico preferiblemente puede comprender un lente. Alternativamente, el sistema óptico puede comprender preferiblemente un espejo curvo.

El termómetro también puede comprender un obturador que es movible para proteger la superficie interior del protector térmico y sensor de radiación térmica de radiación térmica emanando externamente desde el protector (por ejemplo, radiación térmica emanando desde el objeto). Cuando está protegido, una salida de línea base del sensor de radiación térmica puede ser obtenida para calibrar el sensor. En el termómetro comprendiendo el espejo curvo, el espejo curvo es preferiblemente girable configurado como el obturador movible.

El termómetro también es preferiblemente provisto con un iluminador para iluminar por lo menos una porción del campo de visión del sensor de radiación térmica sobre la superficie del objeto. En el termómetro comprendiendo el espejo curvo, el iluminador puede proyectar preferiblemente un haz de luz que sale de una superficie auxiliar del espejo curvo hacia la superficie del objeto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Lo anterior y otras características de la presente invención serán evidentes más fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada y dibujos de modalidades ilustrativas de la invención en los cuales: La Fig. 1 proporciona una vista en sección transversal de un termómetro IR de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Fig. 2 ilustra una parte óptica de un termómetro IR de conformidad con otra modalidad de la presente invención; La Fig. 3 proporciona una vista esquemática de un protector de sensor de conformidad con otra modalidad de la presente invención; La Fig. 4 ilustra una disposición de obturador en combinación con una parte óptica de un termómetro remoto de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Fig. 5 ilustra otra disposición de obturador de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Fig. 6 ilustra un espejo inclinado incluido en una parte óptica de un termómetro IR de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Fig. 7 muestra un iluminador operable con el espejo inclinado de la FIG. 6; La Fig. 8 ¡lustra una vista esquemática de un termómetro IR de conformidad con la presente invención un iluminador provisto en una superficie externa de un alojamiento de termómetro; y La Fig. 9 proporciona una vista en sección transversal de un sensor para un termómetro IR de conformidad con la presente invención teniendo un lente de enfoque.

Números de referencia similares son usados en las figuras de ilustración para denotar componentes similares del termómetro.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un termómetro IR es descrito que incluye un protector térmico teniendo una superficie que está cubierta por el campo de visión del sensor. La superficie preferiblemente incluye un revestimiento de emisividad-alta que minimiza radiación parásita desde el protector. Par el propósito de ilustrar los principios de la presente invención, varias modalidades no-limitantes del termómetro IR y protector térmico son descritas a continuación. En consecuencia, la invención está limitada solamente por el alcance de las reivindicaciones y sus equivalentes.

La Fig. 1 muestra una vista en sección transversal, esquemática de un termómetro remoto. El termómetro de la Fig. 1 incluye un alojamiento 3 que contiene un sensor infrarrojo 7, varios componentes ópticos los cuales son descritos adicionalmente en la presente, un tablero de circuito 13 con un circuito electrónico 14, una fuente de energía 17, un botón de control 15 y una pantalla 16. Los componentes ópticos incluyen una abertura 9 que admite radiación IR hacia dentro del sensor 7, un lente 5 y un protector térmico 10. El sensor 7 también puede contener preferiblemente un filtro óptico (no ilustrado) en la proximidad a la abertura 9. El sensor 7 está colocado en el interior y acoplado térmicamente a un protector térmico 10 que durante operación está en equilibrio térmico con el sensor 7.

Como es mostrado adicionalmente en la Fig. 1 , el sensor 7 incorpora un elemento de detección IR 8 que está acoplado térmicamente a un sensor de temperatura de referencia 30. Un elemento de calentamiento 12 está acoplado al protector térmico 10 y también está acoplado térmicamente al sensor 7 y todos sus componentes internos, incluyendo el elemento de detección 8 y el sensor de referencia 30. En esta manera, estos componentes pueden ser llevados a un equilibrio térmico con cada otro. El lente de enfoque 5 está provisto en la proximidad hacia una abertura de recepción de radiación IR 4 del alojamiento 3, y está configurado para converger casi paralelo a los rayos IR 18 desde un campo de visión 2 de un objeto 1 para ser dirigido hacia la abertura 9 de tal manera que los rayos IR 18 son enfocados sobre y absorbidos por el elemento de detección 8.

El botón 15 de la Fig. 1 es accionado para iniciar una medición de la temperatura del objeto 1 activando el circuito 14 para procesar datos recibidos desde el elemento de detección 8 y el sensor de referencia 7. El circuito 14 también opera para controlar la cantidad de energía suministrada hacia el elemento de calentamiento 12 de conformidad con un algoritmo predeterminado [por ejemplo, un algoritmo correctivo de Derivada-lntegral-Proporcional (PID)] y para proporcionar una salida hacia la pantalla para indicar una temperatura medida de conformidad con los datos procesados. El circuito 14 incluye un amplificador, un multiplexor, un microcontrolador con un controlador de pantalla y transmisor de salida que controla corrientes eléctricas hacia el elemento de calentamiento 12. El circuito 14 es de diseño bien conocido en la técnica como es ejemplificado por la "Patente 840".

La superficie interior 11 del protector térmico 10 está configurada para estar en el campo de visión del elemento de detección 8. El protector térmico 10 está fabricado preferiblemente usando un metal con buena conductividad térmica (por ejemplo, cobre o aluminio), e incluye preferiblemente una superficie interna 1 1 revestida con un revestimiento absorbente de calor (no reflectante) 19, tal como pintura orgánica teniendo una emisividad mayor que 0.9, por ejemplo KRYLON. La superficie exterior del protector 10 puede ser cubierta por una capa aislante térmica (no mostrada), y/o hecha reflectante en el intervalo espectral IR. La capa aislante puede ser una espuma de uretano y la propiedad reflectante puede ser lograda puliendo la superficie exterior del protector 10. El protector 10 es dimensionado para evitar sustancialmente cualquier radiación parásita desde una superficie interior e del alojamiento 3 de alcanzar la abertura 9. Como un resultado, solamente los rayos IR 18 pasando a través del dispositivo óptico de enfoque (lente 5) y los rayos IR emanando desde la superficie interior 1 1 del protector 10 son capaces de alcanzar el elemento de detección 8.

Una modalidad preferida de la presente invención funciona como sigue. Los rayos IR son emanados naturalmente desde la superficie del objeto 1 (por ejemplo, una superficie de la piel humana). Los rayos IR 18 son recibidos por el dispositivo óptico de enfoque (lente 5). El elemento de detección 8 está colocado en o cerca del punto focal del lente 5. Como un resultado, una porción sustancial de la energía IR térmica radiada desde el campo de visión 2 hacia el lente 5 es enfocada sobre el elemento de detección 8, el cual convierte el flujo IR térmico en una señal eléctrica. Para calcular una temperatura superficial de la superficie en el campo de visión 2 (por ejemplo, usando la ecuación (3) o una aproximación o variante de la misma), una temperatura de referencia (esa del elemento de detección 8) también debe ser medida. Esto puede ser logrado por el sensor de referencia 30 que está acoplado térmicamente al elemento de detección IR 8. Tales disposiciones acoplando un elemento de detección con un sensor de referencia son bien conocidas en la técnica.

Además, de conformidad con la presente invención, el protector térmico 10 está provisto y configurado para circundar los rayos IR 18 radiados desde el campo de visión 2 en tal manera para prevenir sustancialmente cualesquier rayos parásitos de alcanzar el elemento de detección 8.

Para mejorar adicionalmente la precisión de la medición, la temperatura del elemento de detección 8 es controlada preferiblemente para ser sustancialmente igual a una temperatura superficial anticipada del objeto 1 dentro del campo de visión 2. Por ejemplo, si el objeto 1 es una frente humana, su temperatura superficial puede estar en el intervalo desde 31 hasta 38 °C para el grupo incluyendo pacientes saludables y con fiebre. En este caso, la temperatura para el elemento de calentamiento 12 es preferiblemente establecida cerca de 34-35 °C. Para alcanzar y mantener esta temperatura, el sensor de referencia 30 monitorea la temperatura del elemento de detección 8 y proporciona retroalimentación al circuito 14 el cual, a su vez, proporciona energía al elemento de calentamiento 12. En efecto, esta disposición funciona termostáticamente. Además, el protector térmico 10 es mantenido preferiblemente en o cerca de la misma temperatura controlada, la cual puede ser significativamente diferente de las temperaturas del alojamiento 3 y la superficie interior 6.

Manteniendo la temperatura de la superficie interna 11 del protector 10 cercana a esa del elemento de detección 8, de conformidad con la ecuación (2), poca o ninguna radiación IR es emanada desde la superficie 1 1 hacia el elemento de detección 8. Como un resultado, el protector térmico 10 efectivamente se torna térmicamente "invisible" hacia el elemento de detección 8.

El lente 5 puede ser fabricado de cualquier material transmisor IR apropiado, incluyendo por ejemplo, germanio, silicio y seleniuro de zinc. Las superficies del lente 5 pueden ser revestidas preferiblemente con revestimientos a nti reflectantes para el intervalo espectral desde 4 hasta 15 micrómetros de longitud de onda. Tales revestimientos son bien conocidos en la técnica y generalmente comprenden múltiples capas finas (5-40 nm) de nitruros metálicos, tal como nitruro de titanio, nitruro de niobio y otros depositados en vacío sobres ambos lados del lente. En aplicaciones de costo bajo, por ejemplo, el lente 5 puede ser un lente de Fresnel moldeado de una hoja de polietileno de alta densidad (HDPE) teniendo un espesor en el intervalo desde 0.2 hasta 0.6 mm.

Alternativamente a la configuración ilustrada en la Fig. 1 , el lente 5 puede ser instalado dentro del protector 10, o construido dentro del alojamiento del sensor IR 7 como es ¡lustrado en la Fig. 9. En la Fig. 9, un espacio interno 56 del sensor 7 contiene por lo menos un elemento de detección IR 8 que es acoplado térmicamente a un sensor de temperatura de referencia 30. El elemento de detección 8 es colocado en o cerca del punto focal del lente 55 (ilustrado como un lente de Fresnel) que es incorporado dentro del extremo frontal del sensor 7.

En otra modalidad de la presente invención, el dispositivo óptico de enfoque es provisto en la forma de un espejo de enfoque 20 como es mostrado en la Fig. 2. El espejo 20 como es ilustrado en la Fig. 2 tiene una superficie reflectante parabólica 23 colocada con referencia a un eje óptico 22 de tal manera que una reflexión de los rayos IR 18 es redirigida hacia la abertura 9. El elemento de detección 8 es colocado en o cerca de un punto focal del espejo 20. Una ventana protectora 21 puede ser empleada preferiblemente enfrente del espejo 20 en la trayectoria de los rayos IR 18, La ventana puede ser fabricada de un material apropiado teniendo transparencia relativa alta en el intervalo espectral IR (por ejemplo, tal como HDPE, silicio, y similares.). Para una mejor reflectividad, la superficie del espejo 23 puede ser revestida con oro, aluminio u otro metal reflectante IR apropiado. Como en la Fig. 1 , el protector térmico 10 es configurado para estar en el campo de visión del elemento de detección 8 y está dimensionado para evitar sustancialmente cualquier radiación parásita desde el interior del alojamiento 3 de alcanzar la abertura 9.

En la Fig. 2, el elemento de calentamiento 12 es intercalado entre el sensor 7 y el protector térmico 10. Tal elemento de calentamiento 12 puede ser fabricado en la forma de una película flexible hecha de poliimida con conductores de cobre integrados. Alternativamente, el elemento de calentamiento 12 puede estar en otra posición en este ensamblaje siempre que sea mantenido buen acoplamiento térmico del ensamblaje. Por ejemplo, en la Fig. 3, el elemento de calentamiento 12 incluye dos resistencias 25, 125 las cuales están acopladas térmicamente al protector térmico 10 y sujetadas hacia sus paredes exteriores, por ejemplo, por un tubo de encogimiento 28 mostrado por una línea discontinua para claridad. Las resistencias están interconectadas por el cable 27 y conectadas hacia el tablero de circuito 13 por terminales 26 y 126. Las resistencias 25, 125 pueden estar provistas en números alternativos (por ejemplo, una resistencia solamente o cuatro resistencias separadas circunferencialmente alrededor del protector térmico 10) y pueden ser provistas en una variedad de formas incluyendo resistencias discretas, resistencias de película y resistencias impresas.

Para medición precisa de temperatura, puede ser deseable establecer una línea de base térmica de la respuesta del elemento de detección IR 8. La línea de base es establecida bajo condiciones donde ningún flujo IR desde algún objeto externo alcanza el elemento de detección 8. Esto puede ser logrado por varios métodos. Un método preferido incluye el uso del obturador 31 como es mostrado en la Fig. 4.

Para establecer una línea de base, el obturador 31 es establecido en una primera posición 34 la cual bloquea sustancialmente rayos IR externos de ingresar al espacio interno 37 del protector térmico 10 para alcanzar el sensor 7. Una superficie 32 que se orienta hacia un espacio interior 37 es revestida con aluminio u oro para ser altamente reflectante en el intervalo espectral IR (esto es, teniendo un coeficiente de reflectividad siendo no menor que 0.9). Después una salida de línea de base del elemento de detección 8 es establecida desde las mediciones de temperatura hechas por esta configuración, y cuando una medición de temperatura del objeto 1 va a ser realizada, el obturador 31 es movido en una dirección 36 hacia una segunda posición 35, fuera de la trayectoria de los rayos IR. Esta acción abre el espacio 37 para permitir radiación externa IR desde el campo de visión 2 del objeto para alcanzar el sensor 7. Después de que la medición de temperatura del objeto 1 está completa, el obturador 31 regresa hacia la posición cerrada que es la primera posición 34. El obturador 31 es movido preferiblemente por un mecanismo obturador 33 que es controlado por la operación del botón 15 o el circuito 14. Tales mecanismos obturadores son bien conocidos en la técnica (véase, por ejemplo, la Patente '840). Como una alternativa para la configuración de la Fig. 4, el obturador 31 puede ser colocado dentro de una ranura 38 que, por ejemplo, es cortado dentro de una pared lateral del protector 10 como es mostrado en la Fig. 5 para moverse a lo largo de la dirección 39.

Una modalidad alternativa de la presente invención, una línea de base del elemento de detección 8 puede ser establecida usando un espejo inclinado girable 20 como es mostrado en la Fig. 6. En una primera posición 41 , el espejo 20 es girado a lo largo de la dirección 42 para cerrar ópticamente un espacio interior del protector térmico 10. En esta posición, sustancialmente ningún rayo IR puede alcanzar el sensor 7. Cuando una medición de temperatura del objeto 1 es realizada, el espejo 20 gira hacia una segunda posición 40 (mostrada por una línea discontinua para claridad) que permite que los rayos IR lleguen desde una ventana 21 y alcancen el elemento de detección IR 8. Después de la medición, el espejo 20 regresa hacia la primera posición 41. Un mecanismo para afectar la rotación del espejo puede ser de un diseño convencional controlado por el circuito electrónico 14 y no es descrito adicionalmente en la presente.

Para una mejor identificación del campo de visión 2, es preferible iluminar el área desde la cual la temperatura va a ser medida. Una manera de lograr esto es mostrada en la Fig. 7. Una fuente de luz 44 (por ejemplo, una lámpara, LED o diodo láser) es colocada fuera del protector 10 adyacente al espejo 20. Una superficie 45 del espejo 20 es colocada en un ángulo para reflejar luz desde la fuente de luz 44 para formar un haz de luz 43 hacia el campo de visión 2 a través de la ventana 21 cuando el espejo 20 está en la primera posición 41 . El haz de luz 43 está alineado para iluminar la misma porción del campo de visión 2 desde la cual la temperatura será medida cuando el espejo gira hacia la segunda posición 40. En ese momento, la fuente de luz 44 preferiblemente extingue la iluminación.

Un método alternativo para iluminar el campo de visión 2 es ilustrado en la Fig. 8. Aquí, un iluminador 50 (por ejemplo, un LED de haz angosto) es colocado externamente sobre el alojamiento 3 en la proximidad hacia la ventana IR 21. Un haz 51 generado por el iluminador 50 es dirigido hacia el campo de visión 2, y casi se superpone con éste para formar un punto iluminado 52.

Después un valor para la temperatura superficial para el campo de visión 2 es calculado, éste es desplegado preferiblemente directamente sobre la pantalla 16 y/o usado como una entrada para procesamiento de datos adicional. Un ejemplo de procesamiento de datos adicional en termometría médica es calcular una temperatura interna (centro) de un paciente de la temperatura de la piel por medio de un algoritmo convencional conocido en la técnica, el cual entonces puede ser desplegado en la pantalla 16.

Con referencia a la Fig. 8, un proceso de medición de temperatura ejemplificante de conformidad con la presente invención, por ejemplo, contiene los siguientes pasos: 1. Elevar la temperatura del elemento de calentamiento 12 para mantener una temperatura del sensor infrarrojo 7 sustancialmente en un nivel constante de aproximadamente 34 °C. El protector térmico 10 asegura que radiación térmica es recibida solamente desde el dispositivo de enfoque. 2. Encender la fuente de luz 44, dirigiendo el haz de luz 51 hacia el campo de visión 2 del objeto 1. 3.- Activar el botón 15 para iniciar el ciclo de medición. 4. Apagar el elemento de calentamiento 12 para evitar su interferencia con el proceso de medición de radiación térmica. 5. Procesar las señales provistas por el elemento de detección 8 y el sensor de referencia 30 en el circuito 14 para calcular la temperatura superficial del objeto. 6. Proporcionar la temperatura superficial calculada en la pantalla 16.

Aunque la invención ha sido mostrada y descrita particularmente con referencia a varias modalidades preferidas de la misma, será entendido por aquellos expertos en la técnica que varios cambios en la forma y detalles pueden ser hechos en la misma sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. En consecuencia, la invención está limitada solamente por el alcance de las reivindicaciones y sus equivalentes.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1 - Un termómetro de radiación térmica para medir una temperatura superficial de un objeto, el termómetro comprendiendo: un sensor de radiación térmica; un dispositivo óptico configurado para recibir radiación térmica emanada por el objeto y dirigiendo la radiación térmica hacia el sensor de radiación térmica; un sensor de temperatura de referencia acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica; un protector térmico incluyendo una superficie exterior y una cavidad interna configurada para recibir el sensor de radiación térmica y acoplando térmicamente el sensor de radiación térmica al protector térmico, de tal manera que la cavidad interior del protector térmico está dentro de un campo de visión del sensor de radiación térmica; un circuito electrónico acoplado eléctricamente al sensor de radiación térmica y hacia el sensor de temperatura de referencia, el circuito eléctrico siendo configurado para procesar señales generadas por el sensor de radiación térmica y el sensor de temperatura de referencia para calcular la temperatura superficial del objeto, y un alojamiento configurado para encerrar y colocar de manera fija el sensor de radiación térmica, el dispositivo óptico y el protector térmico con relación a cada otro; en donde el protector térmico está configurado adicionalmente dentro del alojamiento para proteger sustancialmente el sensor de radiación térmica de radiación térmica parásita emanando desde las superficies interiores del alojamiento.

2 - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un elemento de calentamiento acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica y hacia el protector térmico.

3. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende adicionalmente: un circuito electrónico acoplado eléctricamente al elemento de calentamiento y al sensor de temperatura de referencia, el circuito eléctrico siendo configurado para procesar señales generadas por el sensor de temperatura de referencia para controlar una cantidad de energía suministrada hacia el elemento de calentamiento de conformidad con un algoritmo predeterminado.

4. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el circuito electrónico está configurado para controlar la cantidad de energía aplicada de tal manera que una temperatura del sensor de radiación térmica está sustancialmente dentro de un intervalo de temperaturas superficiales anticipadas del objeto.

5. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el elemento de calentamiento está sobre una superficie exterior del protector térmico.

6. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sensor de radiación térmica comprende: un alojamiento; una abertura en el alojamiento configurada para recibir la radiación térmica dirigida por el dispositivo óptico; y una cavidad interior incluyendo un elemento de detección térmica colocado para detectar la radiación térmica recibida por la abertura, en donde el elemento de detección térmica está acoplado térmicamente al sensor de temperatura de referencia.

7. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el dispositivo óptico comprende un lente colocado dentro de la abertura en el alojamiento del sensor de radiación térmica.

8. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el lente es un lente de Fresnel.

9. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo óptico es colocado dentro del campo de visión a una distancia desde el sensor de radiación térmica que es sustancialmente igual a una distancia focal del dispositivo óptico.

10. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el dispositivo óptico comprende un lente. 1 1. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el lente comprende polietileno de alta-densidad (HDPE). 12. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el dispositivo óptico comprende un espejo. 13. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el espejo es girable entre una posición cerrada que cierra la cavidad interior del protector térmico hacia la radiación térmica emanada por el objeto y una posición abierta que abre la cavidad interior del protector térmico hacia la radiación térmica emanada por el objeto. 14. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el espejo incluye una superficie reflectante parabólica para dirigir la radiación hacia el sensor de radiación térmica cuando el espejo curvo está en la posición abierta. 15. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende adicionalmente un iluminador para iluminar sustancialmente por lo menos una porción del campo de visión sobre la superficie del objeto, en donde el espejo incluye una superficie reflectante en ángulo para dirigir un haz de luz del iluminador hacia la superficie del objeto cuando el espejo curvo está en la posición cerrada. 16. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un iluminador para iluminar sustancialmente por lo menos una porción del campo de visión sobre la superficie del objeto. 17. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un obturador teniendo una superficie interna movible dentro y fuera del campo de visión; y un dispositivo de control de obturador para mover la superficie interna dentro y fuera del campo de visión; en donde la superficie interna es colocada adyacente a la cavidad interior cuando el obturador está dentro del campo de visión. 18. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque el obturador es movible entre una posición cerrada que cierra la cavidad interior del protector térmico hacia la radiación térmica emanada por el objeto y una posición abierta que abre la cavidad interior del protector térmico hacia la radiación térmica emanada por el objeto. 19. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque la superficie interna del obturador es sustancialmente reflectante dentro de un intervalo espectral de 4 a 15 µ?t?. 20. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: un aislante térmico colocado adyacente a la superficie exterior. 21 . - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque una superficie de la cavidad interna del protector térmico es sustancialmente no reflectante dentro de un intervalo espectral de 4 a 15 pm. 22. - El termómetro de radiación térmica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: una ventana protectora fijada en el alojamiento, la ventana protectora configurada para recibir la radiación térmica emanada por el objeto y transmitir la radiación térmica hacia el dispositivo óptico. 23. - Un termómetro de radiación térmica para medir una temperatura superficial de un objeto, el termómetro comprendiendo: un sensor de radiación térmica; un lente configurado para recibir la radiación térmica emanada por el objeto y dirigir la radiación térmica hacia el sensor de radiación térmica; un protector térmico configurado para rodear el sensor de radiación térmica de tal manera que una cavidad interior del protector térmico está dentro de un campo de visión del sensor de radiación térmica, el protector térmico estando adicionalmente acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica; un sensor de temperatura de referencia acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica; un elemento de calentamiento acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica y al protector térmico; un circuito electrónico configurado para recibir señales desde el sensor de radiación térmica y el sensor de temperatura de referencia, para activar y desactivar el elemento de calentamiento, y para operar el obturador movible; y un alojamiento configurado para encerrar y colocar el sensor de radiación térmica, el lente, el protector térmico, el sensor de temperatura de referencia, el elemento de calentamiento y el circuito electrónico, en donde el protector térmico está configurado adicionalmente dentro del alojamiento para proteger sustancialmente el sensor de radiación térmica de radiación térmica parásita emanando desde las superficies interiores del alojamiento. 24.- Un termómetro de radiación térmica para medir una temperatura superficial de un objeto, el termómetro comprendiendo: un sensor de radiación térmica; un espejo para recibir radiación térmica emanada por el objeto y dirigiendo la radiación térmica hacia el sensor de radiación térmica; un protector térmico configurado para rodear el sensor de radiación térmica de tal manera que una cavidad interior del protector térmico está dentro de un campo de visión del sensor de radiación térmica, el protector térmico estando adicionalmente acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica; un sensor de temperatura de referencia acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica; y un elemento de calentamiento acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica y hacia el protector térmico; un circuito electrónico configurado para recibir señales desde el sensor de radiación térmica y el sensor de temperatura de referencia, para activar y desactivar el elemento de calentamiento, y para operar el obturador movible; y un alojamiento configurado para encerrar y colocar el sensor de radiación térmica, el espejo, el protector térmico, el sensor de temperatura de referencia, el elemento de calentamiento y el circuito electrónico, en donde el protector térmico está configurado adicionalmente dentro del alojamiento para proteger sustancialmente el sensor de radiación térmica de radiación térmica parásita emanando desde las superficies interiores del alojamiento. 25. - Un método para medir remotamente una temperatura superficial de un objeto por un termómetro de radiación térmica comprendiendo un sensor de radiación térmica, el método comprendiendo los pasos de: proporcionar el sensor de radiación térmica con un protector térmico que está acoplado térmicamente al sensor de radiación térmica, el protector térmico incluyendo una superficie interior dentro de un campo de visión del sensor de radiación térmica y siendo configurado para proteger sustancialmente el sensor de radiación térmica de radiación térmica parásita emanando desde las superficies interiores de un alojamiento del termómetro de radiación térmica; recibir radiación térmica emanada del objeto sobre el sensor de radiación térmica; determinar un flujo térmico F de la radiación térmica emanada desde el objeto de conformidad con una señal de salida del sensor de radiación térmica; calcular la temperatura superficial del objeto como una función del flujo térmico y el sensor de temperatura; y desplegar la temperatura calculada del objeto en una pantalla del termómetro de radiación térmica. 26. - Un método para medir remotamente una temperatura superficial, comprendiendo además el paso de calentar o enfriar el sensor de radiación térmica para alcanzar una temperatura del sensor que está sustancialmente dentro de un intervalo de temperaturas superficiales anticipadas del objeto.