RU169544U1 - MINIATURE RADIO THERMOMETER FOR NON-INVASIVE IDENTIFICATION OF TEMPERATURE ANOMALIES OF INTERNAL TISSUES - Google Patents
MINIATURE RADIO THERMOMETER FOR NON-INVASIVE IDENTIFICATION OF TEMPERATURE ANOMALIES OF INTERNAL TISSUES Download PDFInfo
- Publication number
- RU169544U1 RU169544U1 RU2016135081U RU2016135081U RU169544U1 RU 169544 U1 RU169544 U1 RU 169544U1 RU 2016135081 U RU2016135081 U RU 2016135081U RU 2016135081 U RU2016135081 U RU 2016135081U RU 169544 U1 RU169544 U1 RU 169544U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switch
- radiothermometer
- circulator
- temperature
- peltier element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/006—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on microwaves or longer electromagnetic waves, e.g. measuring temperature via microwaves emitted by the object
Abstract
Полезная модель относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермометрии, основанному на неинвазивном выявлении температурных аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения, в частности полезная модель относится к радиотермометру, предназначенному для мониторинга температуры внутренних тканей в процессе жизнедеятельности пациента. Полезная модель может быть использована для выявления температурных изменений и тепловых аномалий внутренних тканей биообъекта в диагностических комплексах для ранней диагностики онкологических заболеваний. Радиотермометр содержит последовательно соединенные антенну-аппликатор, контактирующую с биообъектом, переключатель, циркулятор, устройство амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала, программируемую аналоговую интегральную схему, усилитель Пельтье, элемент Пельтье. При этом ко второму входу переключателя подключена первая согласованная нагрузка, установленная на элементе Пельтье и имеющая тепловой контакт с ним, балансное плечо циркулятора подключено ко второй согласованной нагрузке, а управляющий выход программируемой аналоговой интегральной схемы соединен с управляющим входом переключателя. При этом элемент Пельтье, переключатель, циркулятор установлены на теплопроводящей плате и находятся с ней в тепловом контакте, а переключатель выполнен с возможностью подключать к входу циркулятора либо антенну-аппликатор, либо первую согласованную нагрузку. Также радиотермометр снабжен датчиком температуры, выполненным с возможностьюThe utility model relates to the field of medicine and medical technology, namely to the method of radiothermometry based on non-invasive detection of temperature anomalies of the internal tissues of biological objects by measuring the intensity of their own electromagnetic radiation, in particular, the utility model relates to a radiothermometer designed to monitor the temperature of internal tissues in the process vital activity of the patient. The utility model can be used to detect temperature changes and thermal anomalies of the internal tissues of a biological object in diagnostic complexes for early diagnosis of cancer. The radiothermometer contains a serially connected antenna applicator in contact with the biological object, a switch, a circulator, a device for amplitude detection and amplification of a microwave signal, a programmable analog integrated circuit, a Peltier amplifier, and a Peltier element. At the same time, the first matched load connected to the Peltier element and having thermal contact with it is connected to the second input of the switch, the balanced arm of the circulator is connected to the second matched load, and the control output of the programmable analog integrated circuit is connected to the control input of the switch. At the same time, the Peltier element, switch, circulator are installed on the heat-conducting board and are in thermal contact with it, and the switch is configured to connect either an applicator antenna or the first matched load to the circulator input. Also, the thermometer is equipped with a temperature sensor configured to
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Полезная модель относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермометрии, основанному на неинвазивном выявлении температурных аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения, в частности полезная модель относится к радиотермометру, предназначенному для мониторинга температуры внутренних тканей в процессе жизнедеятельности пациента. Полезная модель может быть использована для выявления температурных изменений и тепловых аномалий внутренних тканей биообъекта в диагностических комплексах для ранней диагностики онкологических заболеваний.The utility model relates to the field of medicine and medical technology, namely to the method of radiothermometry based on non-invasive detection of temperature anomalies of the internal tissues of biological objects by measuring the intensity of their own electromagnetic radiation, in particular, the utility model relates to a radiothermometer designed to monitor the temperature of internal tissues in the process vital activity of the patient. The utility model can be used to detect temperature changes and thermal anomalies of the internal tissues of a biological object in diagnostic complexes for early diagnosis of cancer.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известные медицинские модуляционные радиотермометры имеют достаточно большие размеры, в связи с чем не могут быть встроены в элементы одежды и не позволят осуществлять непрерывный мониторинг температуры внутренних тканей человека в процессе ее жизнедеятельности. Такие радиотермометры, как правило, состоят из нескольких блоков и в процессе обследования устанавливаются на специальной стойке рядом с пациентом.Known medical modulation radiothermometers are quite large, and therefore can not be built into the elements of clothing and will not allow continuous monitoring of the temperature of internal tissues of a person in the process of its life. Such radiothermometers, as a rule, consist of several blocks and are installed on a special rack next to the patient during the examination.
Известен компактный радиотермометр, который потенциально мог быть использован для мониторинга внутренней температуры внутренних тканей человека в процессе его жизнедеятельности (P. Stauffer et all. Utility of Microwave Radiometry for Diagnostic and Therapeutic Applications of Non-Invasive Temperature Monitoring // Conference paper: IEEE BenMAS 2014, At Philadelphia PA, DOI: 10.13140/2.1.3762.0487). Однако данное устройство является радиотермометром «полной мощности» и не содержит невзаимных элементов. Погрешность измерения такого радиотермометра резко возрастает при изменении входного импеданса исследуемых тканей. Подобные устройства можно использовать для исследования характера изменения температуры внутренних тканей во времени, предварительно проведя калибровку прибора в исследуемой области. Но поскольку входной импеданс тканей в разных частях тела существенно различается, то радиояркостная температура, измеренная в разных частях тела, также будет существенно различаться, что может вызвать сложности практического использования этого радиотермометра без специальной калибровки в каждой точке.A compact radio thermometer is known that could potentially be used to monitor the internal temperature of internal tissues of a person during his life (P. Stauffer et all. Utility of Microwave Radiometry for Diagnostic and Therapeutic Applications of Non-Invasive Temperature Monitoring // Conference paper: IEEE BenMAS 2014 , At Philadelphia PA, DOI: 10.13140 / 2.1.3762.0487). However, this device is a "full power" radio thermometer and does not contain non-reciprocal elements. The measurement error of such a radiothermometer increases sharply with a change in the input impedance of the studied tissues. Such devices can be used to study the nature of changes in the temperature of internal tissues over time, after calibrating the device in the studied area. But since the input impedance of tissues in different parts of the body varies significantly, the radio brightness temperature measured in different parts of the body will also vary significantly, which can cause difficulties in the practical use of this radiometer without special calibration at each point.
Поэтому для того чтобы результаты измерения не зависели от диэлектрической проницаемости исследуемых тканей, желательно использовать балансный нуль-радиометр со схемой компенсации отражений.Therefore, in order for the measurement results not to depend on the dielectric constant of the studied tissues, it is desirable to use a balanced null radiometer with a reflection compensation circuit.
Наиболее близким аналогом является нулевой модуляционный медицинский радиотермометр для неинвазивного выявления тепловых аномалий внутренних тканей (А.В. Вайсблат. Медицинский радиотермометр РТМ-01-РЭС // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001. №8. с. 11-23). Радиотермометр состоит из блока обработки информации (БОИ), который имеет габариты 342*257*135 мм3 и радиодатчика, который во время обследования находится в руке врача. Питание прибора осуществляется от сети 220 V, вес прибора в упаковке составляет 8.5 кг.The closest analogue is a zero modulation medical radiometer for non-invasive detection of thermal anomalies of internal tissues (A.V. Weissblat. Medical radiometer RTM-01-RES // Biomedical Technologies and Radioelectronics. 2001. No. 8. P. 11-23). The radiothermometer consists of an information processing unit (BOI), which has dimensions of 342 * 257 * 135 mm 3 and a radio sensor, which is in the doctor’s hand during the examination. The device is powered from a 220 V network, the weight of the device in the package is 8.5 kg.
В радиодатчике осуществляется прием, модуляция, фильтрация, усиление, детектирование СВЧ сигнала и последетекторное усиление, а синхронное детектирование, ограничение, накопление, усиление сигнала, поступающего с выхода синхронного детектора, осуществляется в блоке БОИ. Антенна аппликаторного типа непосредственно располагается на поверхности объекта для приема шумового сигнала, излучаемого тканями биообъекта (или человека). При отсутствии диссипативных потерь в антенне температура шумов на выходе антенны совпадает с шумовой температурой биообъекта Та (то есть с радиояркостной температурой биообъекта). В радиометре реализован принцип скользящего подшумливания.The radio sensor receives, modulates, filters, amplifies, detects the microwave signal and post-detector amplification, and synchronously detects, limits, accumulates, amplifies the signal coming from the output of the synchronous detector, in the BOI unit. The applicator type antenna is directly located on the surface of the object to receive a noise signal emitted by the tissues of the biological object (or person). In the absence of dissipative losses in the antenna, the noise temperature at the antenna output coincides with the noise temperature of the biological object T a (that is, with the radio brightness temperature of the biological object). The radiometer implements the principle of moving noise.
Принцип работы обеспечивается модуляцией сигналов посредством замыкания и размыкания электронного выключателя. В разомкнутом состоянии электронного выключателя на вход устройства усиления и амплитудного детектирования СВЧ сигнала поступает шумовой сигнал только от согласованной нагрузки, установленной на элементе Пельтье. Элемент Пельтье, который управляется напряжением, поступающим от усилителя Пельтье, нагревает или охлаждает нагрузку в зависимости от полярности напряжения, поступающего на элемент Пельтье, и, таким образом, меняет величину шумового сигнала, который поступает от нагрузки на вход устройства усиления и амплитудного детектирования СВЧ сигнала. Если электронный выключатель замкнут, на вход устройства усиления и амплитудного детектирования СВЧ сигнала поступает шумовой сигнал с выхода антенны. В результате после усиления СВЧ сигнала и его детектирования на выходе синхронного детектора образуется напряжение, пропорциональное разности шумового сигнала с выхода антенны и шумового сигнала, поступающего с выхода СВЧ нагрузки. С выхода синхронного детектора сигнал после усиления и необходимой обработки поступает на элемент Пельтье. В результате работы петли обратной связи сигналы, поступающие от биообъекта и от СВЧ нагрузки, выравниваются, в результате мощность шумового сигнала поступающего от биообъекта, совпадает с мощностью шумового сигнала поступающего со стороны СВЧ нагрузки. Для СВЧ нагрузки мощность шумов на его выходе определяется ее термодинамической температурой, поэтому, измерив температуру нагрузки, можно определить радиояркостную температуру биообъекта.The principle of operation is provided by the modulation of signals by closing and opening an electronic switch. In the open state of the electronic switch, the noise signal from the matched load installed on the Peltier element is received at the input of the amplification and amplitude detection device for the microwave signal. The Peltier element, which is controlled by the voltage from the Peltier amplifier, heats or cools the load depending on the polarity of the voltage supplied to the Peltier element, and thus changes the value of the noise signal that comes from the load at the input of the amplification device and the amplitude detection of the microwave signal . If the electronic switch is closed, a noise signal from the antenna output is received at the input of the amplification and amplitude detection device for the microwave signal. As a result, after amplification of the microwave signal and its detection, a voltage is generated at the output of the synchronous detector, proportional to the difference between the noise signal from the output of the antenna and the noise signal coming from the output of the microwave load. From the output of the synchronous detector, the signal, after amplification and necessary processing, is fed to the Peltier element. As a result of the feedback loop, the signals coming from the biological object and from the microwave load are aligned, as a result, the power of the noise signal coming from the biological object coincides with the power of the noise signal coming from the microwave load. For a microwave load, the noise power at its output is determined by its thermodynamic temperature, therefore, by measuring the load temperature, it is possible to determine the radio brightness temperature of the bioobject.
Описанная схема обеспечивает высокую точность измерения. Однако недостатком указанной схемы являются низкое быстродействие и невозможность использовать радиотермометр для мониторинга температуры в процессе жизнедеятельности человека из-за громоздкого блока обработки информации.The described circuit provides high measurement accuracy. However, the disadvantage of this scheme is the low speed and the inability to use a radiothermometer to monitor temperature during the life of a person due to the cumbersome information processing unit.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF A USEFUL MODEL
Задачей полезной модели является создание миниатюрного (носимого) радиотермометра для неинвазивного выявления температурных аномалий внутренних тканей с высокой точностью измерений.The objective of the utility model is the creation of a miniature (wearable) radiometer for non-invasive detection of temperature anomalies of internal tissues with high measurement accuracy.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности радиотермометра при регулировке нулевого баланса.The technical result of the utility model is to increase the reliability of the radiometer when adjusting the zero balance.
Технический результат достигается тем, что радиотермометр содержит последовательно соединенные антенну-аппликатор, контактирующую с биообъектом, переключатель, циркулятор, устройство амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала, программируемую аналоговую интегральную схему, усилитель Пельтье, элемент Пельтье, при этом ко второму входу переключателя подключена первая согласованная нагрузка, установленная на элементе Пельтье и имеющая тепловой контакт с ним, балансное плечо циркулятора подключено ко второй согласованной нагрузке, управляющий выход программируемой аналоговой интегральной схемы соединен с управляющим входом переключателя, при этом элемент Пельтье, переключатель, циркулятор установлены на теплопроводящей плате и находятся с ней в тепловом контакте, а переключатель выполнен с возможностью подключать к первому входу циркулятора либо антенну-аппликатор, либо первую согласованную нагрузку, при этом радиотермометр снабжен датчиком температуры, выполненным с возможностью измерения температуры первой согласованной нагрузки и передачи измеренной температуры на устройство обработки данных.The technical result is achieved by the fact that the radiothermometer contains a serially connected antenna applicator in contact with the biological object, a switch, a circulator, a device for amplitude detection and amplification of a microwave signal, a programmable analog integrated circuit, a Peltier amplifier, a Peltier element, and the first matched one is connected to the second input of the switch load installed on the Peltier element and having thermal contact with it, the balance arm of the circulator is connected to the second matched load In particular, the control output of the programmable analog integrated circuit is connected to the control input of the switch, while the Peltier element, switch, and circulator are installed on the heat-conducting board and are in thermal contact with it, and the switch is configured to connect either the applicator antenna or the antenna to the first input of the circulator the first matched load, while the thermometer is equipped with a temperature sensor configured to measure the temperature of the first matched load and transmission measured second temperature to the data processing device.
Кроме того, устройство амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала включает последовательно соединенные малошумящий усилитель с полосно-пропускающими фильтрами, амплитудный детектор, последетекторный усилитель.In addition, the device for amplitude detection and amplification of a microwave signal includes a series-connected low-noise amplifier with bandpass filters, an amplitude detector, and a post-detector amplifier.
Кроме того, вторая согласованная нагрузка может быть установлена на теплопроводящей плате и находиться с ней в тепловом контакте.In addition, the second coordinated load can be installed on the heat-conducting board and be in thermal contact with it.
Кроме того, вторая согласованная нагрузка может быть установлена на элементе Пельтье и находиться с ним в тепловом контакте.In addition, the second coordinated load can be installed on the Peltier element and be in thermal contact with it.
Кроме того, датчик температуры установлен на элементе Пельтье или на первой согласованной нагрузке.In addition, a temperature sensor is mounted on the Peltier element or on the first matched load.
Кроме того, радиотермометр может быть дополнительно снабжен микроконтроллером, при этом датчик температуры соединен последовательно с микроконтроллером, управляющий выход которого подключен к управляющему входу программируемой аналоговой интегральной схемы.In addition, the thermometer can be additionally equipped with a microcontroller, while the temperature sensor is connected in series with the microcontroller, the control output of which is connected to the control input of a programmable analog integrated circuit.
Кроме того, микроконтроллер может быть выполнен со встроенным аналого-цифровым преобразователем или подключен к датчику температуры через внешний аналого-цифровой преобразователь.In addition, the microcontroller can be made with a built-in analog-to-digital converter or connected to a temperature sensor through an external analog-to-digital converter.
Кроме того, программируемая аналоговая интегральная схема может иметь динамическую конфигурацию структуры.In addition, the programmable analog integrated circuit may have a dynamic structure configuration.
Кроме того, программируемая аналоговая интегральная схема может иметь статическую конфигурацию структуры.In addition, the programmable analog integrated circuit may have a static structure configuration.
Кроме того, микроконтроллер выполнен с возможностью передачи данных на устройство обработки данных.In addition, the microcontroller is configured to transmit data to a data processing device.
Кроме того, микроконтроллер выполнен с возможностью получения питания от устройства обработки и индикации данных.In addition, the microcontroller is configured to receive power from a data processing and display device.
Кроме того, радиотермометр снабжен автономной системой электропитания для обеспечения питания переключателя, устройства амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала, программируемой аналоговой интегральной схемы, усилителя Пельтье, датчика температуры.In addition, the radiometer is equipped with an autonomous power supply system to provide power to the switch, the amplitude detection device and amplification of the microwave signal, programmable analog integrated circuit, Peltier amplifier, temperature sensor.
Кроме того, радиотермометр снабжен автономной системой электропитания для обеспечения питания переключателя, устройства амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала, программируемой аналоговой интегральной схемы, усилителя Пельтье, датчика температуры, аналого-цифрового преобразователя и микроконтроллера.In addition, the radiothermometer is equipped with an autonomous power supply system to provide power to the switch, the amplitude detection device and amplification of the microwave signal, programmable analog integrated circuit, Peltier amplifier, temperature sensor, analog-to-digital converter and microcontroller.
Использование программируемой аналоговой интегральной схемы (ПАИС) как в статически, так и в динамически конфигурируемых схемах позволяет отказаться от значительной части внешних навесных элементов, что в значительной степени повышает надежность готового продукта, кардинально снижая его стоимость и габариты.The use of a programmable analog integrated circuit (PAIS) in both statically and dynamically configurable circuits allows you to abandon a significant part of external attachments, which greatly increases the reliability of the finished product, dramatically reducing its cost and dimensions.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На Фиг. 1 представлена предлагаемая структурная схема выполнения заявляемого миниатюрного модуляционного радиотермометра.In FIG. 1 presents the proposed structural diagram of the inventive miniature modulation radio thermometer.
На Фиг. 2 представлена структурная схема варианта выполнения миниатюрного модуляционного радиотермометра с двумя СВЧ нагрузками, установленными на элементе Пельтье.In FIG. 2 is a structural diagram of an embodiment of a miniature modulation radiometer with two microwave loads mounted on a Peltier element.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИIMPLEMENTATION OF A USEFUL MODEL
Конструкция предлагаемого миниатюрного (носимого) радиотермометра подробно поясняется на Фиг. 1.The design of the proposed miniature (wearable) radiometer is explained in detail in FIG. one.
Заявленный радиотермометр содержит последовательно соединенные антенну-аппликатор (3), контактирующую с биообъектом, переключатель (25), имеющий два входа и один выход, один управляющий вход. Один из входов переключателя (25) соединен с выходом антенны (3), а второй вход соединен с первой согласованной нагрузкой (9), установленной на элементе Пельтье (10) и имеющей тепловой контакт с ним. Шумовой сигнал с выхода переключателя (25) поступает на вход циркулятора (26), обеспечивающего развязку между устройством усиления и амплитудного детектирования СВЧ сигнала (7) и антенной-аппликатором (3).The claimed radiothermometer contains a series-connected antenna-applicator (3) in contact with the biological object, a switch (25) having two inputs and one output, one control input. One of the inputs of the switch (25) is connected to the output of the antenna (3), and the second input is connected to the first matched load (9) installed on the Peltier element (10) and having thermal contact with it. The noise signal from the output of the switch (25) is fed to the input of the circulator (26), which provides isolation between the amplification and amplitude detection unit of the microwave signal (7) and the antenna applicator (3).
Циркулятор (26) работает в режиме вентиля и его баланское плечо нагружено на вторую согласованную нагрузку (27). С выхода циркулятора (26) шумовой сигнал поступает на устройство усиления и амплитудного детектирования СВЧ сигнала (7), содержащее последовательно соединенный малошумящий СВЧ усилитель с полосно-пропускающими фильтрами, амплитудный детектор и последетекторный усилитель.The circulator (26) operates in the valve mode and its balancer shoulder is loaded on the second agreed load (27). From the output of the circulator (26), the noise signal is fed to the amplification and amplitude detection device of the microwave signal (7), which contains a low-noise microwave amplifier with bandpass filters in series, an amplitude detector and a post-detector amplifier.
К выходу устройства амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала (7) подключается вход программируемой аналоговой интегральной схемы (ПАИС), выход которой соединен с входом усилителя Пельтье.The output of the device for amplitude detection and amplification of the microwave signal (7) is connected to the input of a programmable analog integrated circuit (PAIS), the output of which is connected to the input of the Peltier amplifier.
С выхода устройства усиления и амплитудного детектирования СВЧ сигнала (7) сигнал поступает на ПАИС (28), где осуществляется его фильтрация на частоте 1 кГц, усиление, синхронное детектирование, накопление и динамическое регулирование его амплитуды. Управляющий выход ПАИС (28) соединен с управляющим входом переключателя (25). Переключатель (25) управляется ПАИС с частотой 1 кГц и подключает к входу циркулятора (26) либо антенну-аппликатор (3), либо первую согласованную нагрузку (9).From the output of the amplification and amplitude detection device for the microwave signal (7), the signal is fed to the PAIS (28), where it is filtered at a frequency of 1 kHz, amplification, synchronous detection, accumulation, and dynamic regulation of its amplitude. The PAIS control output (28) is connected to the control input of the switch (25). The switch (25) is controlled by the PAIS with a frequency of 1 kHz and connects either the applicator antenna (3) or the first matched load (9) to the input of the circulator (26).
Таким образом, в зависимости от управляющего сигнала от ПАИС (28) на вход циркулятора (26) поступает либо шумовой сигнал от антенны-аппликатора Та, либо от первой согласованной нагрузки (9) Тr1. На выходе ПАИС (28) формируется напряжение, пропорциональное разности шумовой температуры Та антенны-аппликатора и шумовой температуры Тr1, поступающей на выход антенны-аппликатора от первой согласованной нагрузки (9), которое поступает после усилителя Пельтье (21) на элемент Пельтье (10):Thus, depending on the control signal from the PAIS (28), either a noise signal from the antenna applicator T a or from the first matched load (9) T r1 comes to the input of the circulator (26). At the output of the PAIS (28), a voltage is generated proportional to the difference between the noise temperature T a of the applicator antenna and the noise temperature T r1 supplied to the output of the applicator antenna from the first matched load (9), which comes after the Peltier amplifier (21) to the Peltier element ( 10):
где k - коэффициент усиления приемного тракта радиотермометра при разомкнутой обратной связи,where k is the gain of the receiving path of the radiometer with open feedback,
Та - шумовая температура с выхода антенны-аппликатора,T a - noise temperature from the output of the antenna applicator,
Тr1 - шумовая температура, поступающая на выход антенны-аппликатора от первой согласованной нагрузки.T r1 - noise temperature supplied to the output of the antenna applicator from the first matched load.
В зависимости от полярности напряжения, поступающего на элемент Пельтье (10), меняется его термодинамическая температура и, соответственно, температура первой согласованной нагрузки (9), которая установлена на нем. Это приводит к изменению шумовой температуры, поступающей на выход антенны-аппликатора с выхода первой согласованной нагрузки (9). Очевидно в результате действия обратной связи шумовая температура Тr1 первой согласованной нагрузки (9) приближается к шумовой температуре Та, поступающей с выхода антенны-аппликатора (3).Depending on the polarity of the voltage supplied to the Peltier element (10), its thermodynamic temperature and, accordingly, the temperature of the first matched load (9) that is installed on it change. This leads to a change in the noise temperature entering the output of the antenna applicator from the output of the first matched load (9). Obviously, as a result of the feedback, the noise temperature T r1 of the first matched load (9) approaches the noise temperature T a coming from the output of the antenna applicator (3).
Если антенна-аппликатор недостаточно хорошо согласована с биообъектом, то погрешность измерения температуры, связанная с отражения шумового сигнала от биообъекта, компенсируется шумовым сигналом, поступающим от второй согласованной нагрузки (27).If the applicator antenna is not well matched with the biological object, the temperature measurement error associated with the reflection of the noise signal from the biological object is compensated by the noise signal from the second matched load (27).
В представленной на Фиг. 1 заявленной схеме вторая согласованная нагрузка (27) установлена на теплопроводящее основание и соединена с балансным плечом циркулятора (26). Первая сторона элемента Пельтье установлена на теплопроводящее основание и имеет хороший тепловой контакт с ним, а первая согласованная нагрузка (9) установлена на стороне элемента Пельтье (10), противоположной основанию, и имеют хороший тепловой контакт с ним. Переключатель (25) и циркулятор (26) также имеют хороший тепловой контакт с общим теплопроводящим основанием, поэтому температура теплопроводящего основания, циркулятора, переключателя и второй согласованной нагрузки близки.In the embodiment of FIG. 1 of the claimed scheme, the second agreed load (27) is installed on the heat-conducting base and connected to the balanced arm of the circulator (26). The first side of the Peltier element is mounted on a heat-conducting base and has good thermal contact with it, and the first matched load (9) is installed on the side of the Peltier element (10) opposite to the base and have good thermal contact with it. The switch (25) and the circulator (26) also have good thermal contact with a common heat-conducting base, so the temperature of the heat-conducting base, circulator, switch, and the second matched load are close.
Температура первой согласованной нагрузки (9) измеряется с помощью датчика температуры (11), который может быть установлен на элементе Пельтье (10) или на первой согласованной нагрузке (9) и имеет хороший тепловой контакт с ними. Напряжение с датчика температуры (11) передается по схеме измерения, преобразующей его в цифровую форму, в частности, по последовательной шине поступает на микроконтроллер (12) и передается в устройство обработки и индикации данных. В частности, на персональный компьютер.The temperature of the first matched load (9) is measured using a temperature sensor (11), which can be installed on the Peltier element (10) or on the first matched load (9) and has good thermal contact with them. The voltage from the temperature sensor (11) is transmitted according to a measurement circuit that converts it to digital form, in particular, it is transmitted to the microcontroller (12) via a serial bus and transmitted to a data processing and display device. In particular, on a personal computer.
При этом микроконтроллер выполнен со встроенным аналого-цифровым преобразователем или подключен к датчику температуры через внешний аналого-цифровой преобразователь.In this case, the microcontroller is made with a built-in analog-to-digital converter or connected to a temperature sensor through an external analog-to-digital converter.
Микроконтроллер выполнен с возможностью передачи данных на устройство обработки и индикации данных как по проводному, так и по беспроводному каналу передачи данных.The microcontroller is configured to transmit data to a data processing and display device via both wired and wireless data transmission channels.
Возможен вариант выполнения датчика температуры с возможностью измерения температуры первой согласованной нагрузки (11) и передачи данных по беспроводному каналу передачи данных на устройство обработки и индикации данных.A possible embodiment of a temperature sensor with the ability to measure the temperature of the first matched load (11) and transmit data via a wireless data channel to a data processing and display device.
Для снижения погрешности рассогласования можно использовать схему, представленную на Фиг. 2. В этом варианте осуществления вторая согласованная нагрузка (27) установлена на стороне элемента Пельтье (10), противоположной теплопроводящему основанию, и имеет тепловой контакт с ним.To reduce the mismatch error, the circuit shown in FIG. 2. In this embodiment, the second matched load (27) is mounted on the side of the Peltier element (10) opposite the heat-conducting base and has thermal contact with it.
В этом случае температура второй согласованной нагрузки (27) близка к температуре первой согласованной нагрузки (9) и, следовательно, близка к температуре биообъекта Та. Поэтому погрешность рассогласования существенно снижается.In this case, the temperature of the second matched load (27) is close to the temperature of the first matched load (9) and, therefore, is close to the temperature of the biological object T a . Therefore, the error of the mismatch is significantly reduced.
Все составные части радиотермометра имеют общее заземление по СВЧ сигналу.All components of the radiometer have a common grounding by microwave signal.
В качестве ПАИС (28) может быть использована микросхема AN231E04 (Anadigm) QFN-44. При этом весь радиотермометр размещается в одном корпусе, размеры которого могут быть не более 25*30*20 мм, а вес не превосходить 150 г.As PAIS (28), the AN231E04 (Anadigm) QFN-44 chip can be used. In this case, the entire radiothermometer is located in one case, the dimensions of which can be no more than 25 * 30 * 20 mm, and the weight can not exceed 150 g.
Следует отметить, что остаточное напряжение, поступающее на элемент Пельтье, которое определяется разностью между температурой Тr1 и Та зависит от величины коэффициента усиления обратной связи. При уменьшении коэффициента усиления обратной связи растет время переходного процесса и возрастает остаточная ошибка в петле обратной связи, что приводит к увеличению погрешности измерения температуры за счет нестабильности коэффициента усиления малошумящего усилителя. При увеличении коэффициента усиления в петле обратной связи может происходить перегрузка усилителя Пельтье, что тоже отрицательно сказывается на функционировании прибора.It should be noted that the residual voltage supplied to the Peltier element, which is determined by the difference between the temperature T r1 and T a depends on the value of the feedback gain. With a decrease in the feedback gain, the transition time increases and the residual error in the feedback loop increases, which leads to an increase in the temperature measurement error due to the instability of the gain of the low-noise amplifier. With an increase in the gain in the feedback loop, an overload of the Peltier amplifier can occur, which also affects the functioning of the device.
ПАИС в отличие от традиционной схемы синхронного детектирования, реализованного в схеме прототипе, имеет статическую и динамическую конфигурации структуры.PAIS, in contrast to the traditional synchronous detection scheme implemented in the prototype scheme, has a static and dynamic structure configuration.
В статически программируемых схемах конфигурационные данные загружаются при включении ПАИС и остаются неизменными во время ее работы. В статически программируемых схемах при подаче напряжения питания на микросхему конфигурационная память ПАИС очищается, после чего конфигурационная логика автоматически загружает данные из EPROM. После завершения загрузки данных ПАИС автоматически активирует аналоговую структуру.In statically programmable circuits, configuration data is loaded when PAIS is turned on and remains unchanged during its operation. In statically programmable circuits, when the supply voltage is supplied to the microcircuit, the PAIS configuration memory is cleared, after which the configuration logic automatically downloads data from EPROM. After the data download is complete, PAIS automatically activates the analog structure.
В динамически конфигурируемой схеме схема позволяет изменять полностью или частично функциональную структуру в реальном времени в работающем устройстве.In a dynamically configurable circuit, the circuit allows you to change the fully or partially functional structure in real time in a working device.
Конфигурационные интерфейсы устройств с динамической конфигурацией (AN220E04, AN221E04, AN221E02 и AN231E04) содержат специальные функции, которые позволяют загружать реконфигурационные данные «на лету» без необходимости перезагружать устройство.Dynamic device configuration interfaces (AN220E04, AN221E04, AN221E02, and AN231E04) contain special functions that allow you to load reconfiguration data on the fly without having to reboot the device.
В приложениях, требующих динамического переконфигурирования аналоговой структуры в процессе работы, необходимо использовать внешний микроконтроллер, позволяющий выполнять вычисления новых значений схемы, собирать эти значения в блок конфигурационных данных и передавать его в ПАИС.In applications that require dynamic reconfiguration of the analog structure during operation, it is necessary to use an external microcontroller that allows you to calculate new values of the circuit, collect these values into a block of configuration data and transfer it to the PAIS.
В варианте осуществления полезной модели, в котором ПАИС имеет статически конфигурируемую структуру, коэффициент усиления обратной связи усилителя и полоса пропускания, а также все другие параметры схемы в процессе измерения оставались постоянными и изменялись только в процессе отработки схемы.In an embodiment of the utility model, in which the PAIS has a statically configurable structure, the amplifier feedback gain and bandwidth, as well as all other parameters of the circuit during the measurement process, remained constant and changed only during the processing of the circuit.
При динамическом конфигурировании схемы ПАИС имеется возможность динамического изменения, коэффициента усиления петли обратной связи, полосы частот селективного усилителя и величины постоянной времени линии задержки. Возможность оперативной перестройки всех параметров приемного устройства позволяет оптимизировать переходной процесс и за счет этого снизить время измерение, тем самым повысить надежность работы устройства и его быстродействие.When dynamically configuring a PAIS circuit, it is possible to dynamically change the gain of the feedback loop, the frequency band of the selective amplifier and the time constant of the delay line. The ability to quickly reconfigure all parameters of the receiving device allows you to optimize the transient process and thereby reduce the measurement time, thereby increasing the reliability of the device and its speed.
Питание радиотермометра может осуществляться от устройства обработки и индикации данных, например, персонального компьютера, поступающего по USB разъему к микроконтроллеру. При беспроводном интерфейсе питание переключателя, устройства амплитудного детектирования и усиления СВЧ сигнала, программируемой аналоговой интегральной схемы, усилителя Пельтье, датчика температуры, микроконтроллера обеспечивается автономной системой электропитания, расположенной в корпусе устройства и подключенной ко всем вышеперечисленным элементам.The power of the radiometer can be carried out from a data processing and display device, for example, a personal computer, coming through a USB connector to the microcontroller. With a wireless interface, the power of the switch, the amplitude detection device and amplification of the microwave signal, programmable analog integrated circuit, Peltier amplifier, temperature sensor, microcontroller is provided by an autonomous power supply system located in the device’s case and connected to all of the above elements.
В качестве подложек для микрополосковых линий могут быть использованы диалектические основания из материала Rodgers толщиной от 0.2 до 0.5 мм. Переключатель может быть реализован на микросхеме MASW-007107, а усилитель Пельтье на микросхеме ALM2402-Q1(TI) DRR-12, в качестве циркулятора возможно использовать Циркулятор 3СММ41.As substrates for microstrip lines, dialectic bases made of Rodgers material with a thickness of 0.2 to 0.5 mm can be used. The switch can be implemented on the MASW-007107 chip, and the Peltier amplifier on the ALM2402-Q1 (TI) DRR-12 chip, it is possible to use the 3CMM41 Circulator as a circulator.
Все управляющие сигналы в радиотермометре вырабатывает микроконтроллер (12). На его выходную шину поступает измеренный сигнал биообъекта. Микроконтроллер обеспечивает взаимодействие всех составных частей миниатюрного радиотермометра на программном и аппаратном уровнях и обеспечивает прием от составных частей миниатюрного радиотермометра измеренных данных, необходимую обработку, упаковку и передачу информации в удаленное устройство обработки и индикации данныхAll control signals in the radiometer are generated by the microcontroller (12). The measured signal of the bioobject enters its output bus. The microcontroller ensures the interaction of all the components of the miniature thermometer at the software and hardware levels and provides the reception of the measured data from the components of the miniature radiometer, the necessary processing, packaging and transmission of information to a remote data processing and display device
Таким образом, заявленная полезная модель позволит улучшить надежность радиотермометра и уменьшить его габариты, обеспечив тем самым возможность проводить измерение температуры внутренних тканей в процессе жизнедеятельности пациента и встраивать прибор в элементы одежды.Thus, the claimed utility model will improve the reliability of the radiometer and reduce its dimensions, thereby providing the ability to measure the temperature of internal tissues during the life of the patient and embed the device in clothing items.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант ее осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченной по объему только нижеследующей формулой полезной модели.A utility model has been disclosed above with reference to a specific embodiment. For specialists, other embodiments of the utility model that do not change its essence, as disclosed in the present description, may be obvious. Accordingly, a utility model should be considered limited in scope only by the following utility model formula.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135081U RU169544U1 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | MINIATURE RADIO THERMOMETER FOR NON-INVASIVE IDENTIFICATION OF TEMPERATURE ANOMALIES OF INTERNAL TISSUES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135081U RU169544U1 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | MINIATURE RADIO THERMOMETER FOR NON-INVASIVE IDENTIFICATION OF TEMPERATURE ANOMALIES OF INTERNAL TISSUES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU169544U1 true RU169544U1 (en) | 2017-03-22 |
Family
ID=58449859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135081U RU169544U1 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | MINIATURE RADIO THERMOMETER FOR NON-INVASIVE IDENTIFICATION OF TEMPERATURE ANOMALIES OF INTERNAL TISSUES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU169544U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2779996C1 (en) * | 2021-04-27 | 2022-09-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Method for studying the heating of a frozen section of a biological object in a radio-proof chamber using uhf radiation in an experiment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5176146A (en) * | 1989-07-27 | 1993-01-05 | Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale | Method for the measurement of temperatures by microwave radiometry, with automatic calibration of the measurement, and device for operating this method |
| EA012029B1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Макена Рус" | Method for diagnosing of human's pathological conditions |
| US20110176578A1 (en) * | 2008-06-16 | 2011-07-21 | Paul Zei | Devices and Methods for Exercise Monitoring |
| WO2013158232A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-24 | The Penn State Research Foundation | System and method for combined microwave heating and radiometry for characterizing biological tissues |
-
2016
- 2016-08-29 RU RU2016135081U patent/RU169544U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5176146A (en) * | 1989-07-27 | 1993-01-05 | Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale | Method for the measurement of temperatures by microwave radiometry, with automatic calibration of the measurement, and device for operating this method |
| EA012029B1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-06-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Макена Рус" | Method for diagnosing of human's pathological conditions |
| US20110176578A1 (en) * | 2008-06-16 | 2011-07-21 | Paul Zei | Devices and Methods for Exercise Monitoring |
| WO2013158232A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-24 | The Penn State Research Foundation | System and method for combined microwave heating and radiometry for characterizing biological tissues |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Вайсблат А.В. Медицинский радиотермометр, Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2001, No 8, cc.11-23. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2779996C1 (en) * | 2021-04-27 | 2022-09-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Method for studying the heating of a frozen section of a biological object in a radio-proof chamber using uhf radiation in an experiment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2617276C1 (en) | Radiothermometer | |
| US20220000384A1 (en) | Digital range gated radio frequency sensor | |
| Vesnin et al. | Research of a microwave radiometer for monitoring of internal temperature of biological tissues | |
| An et al. | Flexible non-constrained RF wrist pulse detection sensor based on array resonators | |
| Vesnin et al. | Portable microwave radiometer for wearable devices | |
| Anderson et al. | Body coupled communication: The channel and implantable sensors | |
| Ganesh et al. | Design of a low cost smart chair for telemedicine and IoT based health monitoring: An open source technology to facilitate better healthcare | |
| An et al. | Wrist pulse detection system based on changes in the near-field reflection coefficient of a resonator | |
| Sun et al. | Design and implementation of portable ecg and body temperature monitor | |
| RU169544U1 (en) | MINIATURE RADIO THERMOMETER FOR NON-INVASIVE IDENTIFICATION OF TEMPERATURE ANOMALIES OF INTERNAL TISSUES | |
| JP2023553461A (en) | Optimization of composite electrodes | |
| CN208892553U (en) | Wireless body temperature measuring device | |
| WO2018044197A1 (en) | Miniature radiometric thermometer for the non-invasive detection of temperature anomalies in internal tissues | |
| Issac et al. | Self-balanced near-field microwave radiometer for passive tissue thermometry | |
| Streeter et al. | Correlation radiometry for subcutaneous temperature measurements | |
| Land | An efficient, accurate and robust radiometer configuration for microwave temperature measurement for industrial and medical applications | |
| CN113288080B (en) | Non-contact vital sign detection system based on phase comparison | |
| CN106253940B (en) | A kind of Terahertz Active Imaging transceiver of integrated on-chip antenna | |
| RU2485462C2 (en) | Radiometer for measurement of depth temperatures of objects (radio thermometer) | |
| Sugumar et al. | Characterization of microwave dicke radiometer for non-invasive tissue thermometry | |
| Tofighi et al. | A microwave system for blood perfusion measurements of tissue; a preliminary study | |
| Mehmood et al. | An Innovatinve Sensing Technology for Chronic Wound Monitoring | |
| WO2016178802A1 (en) | Wearable microwave radiometer | |
| Chien | A 20.1-μW 1.8-GHz Near-Field Dielectric Plethysmography (NF-DPG) Heart-Rate Sensor with Time-based Edge Sampling | |
| Streeter | High-Resolution Deep-Tissue Microwave Thermometry |