UA23521U

UA23521U - Device for measuring of radiant flux of the heated surface in the infrared region of spectrum

Info

Publication number: UA23521U
Application number: UAU200700834U
Authority: UA
Inventors: Kateryna Volodymyrivna Somova; Volodymyr Hennadiiovych Somov; Vasyl Demydovych Zinchenko; Borys Petrovych Sandomyrskyi; Valentyn Ivanovych Hryschenko
Original assignee: Inst Problems Of Cryobiology & Cryomedicine
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2007-05-25

Abstract

A device for measuring of radiant flux of the heated surface in the infrared region of spectrum additionally comprises a microprocessor connected to pick-up coils, display connected to the microprocessor and mechanical vizier. The focusing system includes a screen with opening and a shutter with two openings. The system of the base thermal current additionally includes the model of gray body connected with the sensor of temperature, which is connected to the microprocessor.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пристрій для вимірювання потоку випромінювання нагрітої поверхні в інфрачервоній області спектру.A device for measuring the radiation flux of a heated surface in the infrared region of the spectrum.

Корисна модель належить до медицини і медичної техніки і може бути використана для дослідження теплового випромінювання поверхні ран, післяопераційних швів, запальних процесів поверхні шкіри.The useful model belongs to medicine and medical technology and can be used to study thermal radiation of the surface of wounds, postoperative sutures, and inflammatory processes of the skin surface.

Відомий інфрачервоний термометр для вимірювання температури під пахвою у новонароджених |11.A well-known infrared thermometer for measuring the temperature under the armpit in newborns |11.

Термометр має зонд з викривленою поверхнею для установки під пахвою у новонароджених. Зонд закритий знімним чохлом, який закриває інфрачервоний детектор. Чохол має складчасту поверхню на кінці, через складки 70 інфрачервоний детектор бачить шкіру.The thermometer has a probe with a curved surface for installation under the armpit in newborns. The probe is covered with a removable cover that covers the infrared detector. The cover has a pleated surface at the end, through the pleats 70 the infrared detector sees the skin.

Його недоліком є низька точність, оскільки у вимірювальній схемі не застосовується температурний репер, тобто вимірювальна схема побудована за одноканальним принципом.Its disadvantage is low accuracy, since the measuring circuit does not use a temperature benchmark, that is, the measuring circuit is built according to the single-channel principle.

Відомий також інфрачервоний термометр для вимірювання температури у вусі (2). Термометр має гніздо для детекторної головки, поглинач тепла, виїмку у поглиначі тепла, термочутливий сенсор, змонтований всередині 72 виїмки, термістор і схему визначення температури. Виїмка визначає апертуру, яка обмежує поле зору термочутливого сенсора. Теплоємність і теплопровідність поглинача тепла і термочутливого сенсора вибрані так, що вихідний сигнал термочутливого сенсора стабілізований під час вимірювання температури.An infrared thermometer for measuring the temperature in the ear is also known (2). The thermometer has a socket for the detector head, a heat sink, a recess in the heat sink, a heat-sensitive sensor mounted inside the 72 recess, a thermistor, and a temperature detection circuit. The notch defines an aperture that limits the field of view of the thermosensitive sensor. The heat capacity and thermal conductivity of the heat absorber and heat-sensitive sensor are selected so that the output signal of the heat-sensitive sensor is stabilized during temperature measurement.

Його недоліком також є низька точність, оскільки схема вимірювання побудована так, що за допомогою окремого вимірювача температури визначається температура холодного кінця вимірювального термостовпчика, а далі температура вуха визначається шляхом розрахунку. Розрахунок проводиться з урахуванням різниці температур між "гарячим" і "холодним" кінцями вимірювального термостовпчика та нахилу графіка градуювання термостовпчика. Така двохстадійність у вимірюванні температури призводить до накопичення похибок на кожній стадії вимірювання та до зниження точності вимірювання.Its disadvantage is also low accuracy, since the measurement scheme is built in such a way that the temperature of the cold end of the measuring thermometer column is determined with the help of a separate temperature meter, and then the temperature of the ear is determined by calculation. The calculation is carried out taking into account the temperature difference between the "hot" and "cold" ends of the measuring thermocouple and the slope of the graph of the thermocouple graduation. Such two-stage temperature measurement leads to the accumulation of errors at each measurement stage and to a decrease in measurement accuracy.

Найбільш близьким до пропонованого рішення є пристрій для діагностики гомеостазу |З), який включає 22 розташовані в теплоізоляційному корпусі піроелектричний приймач випромінювання з тильним електродом, -о закріпленим на термостатованій підкладці з високим коефіцієнтом теплопровідності, приймальними зачорненими електродами, розділеними проміжком, перед якими розташований модулятор, систему опорного теплового потоку, яка включає модель абсолютно чорного тіла з нагріваючим елементом і контактним датчиком температури, фокусуючу систему, яка має градан, передній фокус якого розташований на аналізованій ділянці -- шкіри, а задній фокус - на першому приймальному електроді, а також волокняний світловід, прозорий в с спектральному діапазоні випромінювання шкіри, один торець котрого з'єднаний з виходом моделі абсолютно чорного тіла, а другий кінець розташований перед модулятором і другим приймальним електродом, також о пристрій має термоелектричний холодильник, холодний кінець котрого з'єднаний з оболонкою градана і се корпусом модулятора. 3о Недоліком цього пристрою є великі габарити, що обмежує можливості його застосування на практиці. Великі сч габарити пристрою пов'язані з тим, що він має градан, волокняний світловід, термоелектричний холодильник, і модель абсолютно чорного тіла з контактним датчиком температури і нагрівальним елементом. Застосування термоелектричного холодильника для охолодження оболонки градана і модулятора, а також застосування « нагрівача для підтримання моделі абсолютно чорного тіла при постійній температурі вимагають великих затрат З 50 енергії, а отже, потребують джерел живлення достатньої потужності. Це додатково збільшує габарити пристрою, с оскільки чим більша потужність джерела живлення, тим більш воно громіздке.The closest to the proposed solution is a device for diagnosing homeostasis |Z), which includes 22 pyroelectric radiation receivers located in a heat-insulating case with a back electrode fixed on a thermostated substrate with a high coefficient of thermal conductivity, receiving blackened electrodes, separated by a gap, in front of which a modulator is located , a reference heat flow system, which includes a model of a completely black body with a heating element and a contact temperature sensor, a focusing system that has a gradient, the front focus of which is located on the analyzed area - the skin, and the back focus - on the first receiving electrode, as well as a fiber light guide, transparent in the spectral range of skin radiation, one end of which is connected to the output of the black body model, and the other end is located in front of the modulator and the second receiving electrode, the device also has a thermoelectric refrigerator, the cold end of which is connected with a gradan shell and a modulator case. 3o The disadvantage of this device is its large size, which limits the possibilities of its practical application. The large dimensions of the device are due to the fact that it has a gradient, a fiber optic, a thermoelectric refrigerator, and a completely black body model with a contact temperature sensor and a heating element. The use of a thermoelectric refrigerator to cool the gradan and modulator shell, as well as the use of a heater to maintain a completely black body model at a constant temperature require a large amount of C 50 energy, and therefore require power sources of sufficient power. This additionally increases the dimensions of the device, since the greater the power of the power source, the more bulky it is.

Із» В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий пристрій, в якому за рахунок змін у фокусуючій системі і у системі опорного теплового потоку забезпечувалась би можливість зменшити його габарити.From" The basis of a useful model is the task of creating such a device, in which, due to changes in the focusing system and the reference heat flow system, it would be possible to reduce its dimensions.

Ця задача вирішується тим, що пристрій, який містить піроелектричний приймач випромінювання з двома приймальними електродами, розділеними проміжком, модулятор, фокусуючу систему і систему опорного ді теплового потоку з датчиком температури, згідно з корисною моделлю, додатково має мікропроцесор, з'єднаний со з приймальними електродами, дисплей, з'єднаний з мікропроцесором і механічний візир, фокусуюча система включає в себе екран з отвором і шторку з двома отворами, а система опорного теплового потоку додатково і-й включає модель сірого тіла, спряжену з термометром, який з'єднаний з мікропроцесором. ка 20 Зменшення габаритів пристрою досягається за рахунок того, що в фокусуючій системі відсутні градан і волокняний світловід, а замість цих елементів застосовуються менші за габаритами отвори у екрані і у шторці.This problem is solved by the fact that the device, which contains a pyroelectric radiation receiver with two receiving electrodes separated by a gap, a modulator, a focusing system and a reference and thermal flow system with a temperature sensor, according to a useful model, additionally has a microprocessor connected to the receiving electrodes, a display connected to a microprocessor and a mechanical viewfinder, the focusing system includes a screen with a hole and a curtain with two holes, and the reference heat flow system additionally includes a gray body model coupled to a thermometer that is connected to microprocessor. ka 20 The reduction of the dimensions of the device is achieved due to the fact that the focusing system does not have a gradient and a fiber optic, and instead of these elements smaller holes in the screen and in the curtain are used.

З Також додатково зменшення габаритів досягається за рахунок того, що в якості опорної системи теплового потоку використовується не чорне тіло, яке термостатується, а сіре тіло, температура якого вимірюється з високою точністю. Таким чином, відпадає необхідність у громіздкий системі термостатування. Також зменшенню 29 габаритів сприяє відсутність термоелектричного холодильника, оскільки градан у пристрої відсутній. Через с відсутність системи термостатування моделі абсолютно чорного тіла і термоелектричного холодильника відпадає потреба у громіздких джерелах живлення для цих елементів пристрою. Отже відсутність градана і волокняного світловоду значно зменшує габарити пристрою. Такий пристій зручний для проведення досліджень теплового поля тіла пацієнта як в стаціонарних умовах у лікарні, так і поза стаціонарними умовами, тобто його 60 можна використовувати як переносний пристрій. Крім того, виконання фокусуючої системи у вигляді отворів сприяє підвищенню чутливості за рахунок того, що потік енергії від нагрітої поверхні в інфрачервоній області спектру зазнає менших втрат на шляху від поверхні до приймального електрода. Також підвищенню чутливості сприяє наближення приймального електрода до нагрітої поверхні, оскільки фокусуюча система у вигляді отворів у шторці та у діафрагмі має менші габарити, ніж градан. бо На Фіг. 1 зображений загальний вигляд пристрою, а на Фіг. 2 - схема сполучення елементів.Also, an additional reduction in dimensions is achieved due to the fact that the heat flow reference system is not a black body, which is thermostatically controlled, but a gray body, the temperature of which is measured with high accuracy. Thus, there is no need for a cumbersome thermostatic system. Also, the lack of a thermoelectric refrigerator contributes to the reduction of 29 dimensions, since there is no degree in the device. Due to the lack of a thermostatic system of the completely black body model and a thermoelectric refrigerator, there is no need for bulky power sources for these elements of the device. Therefore, the absence of a gradient and a fiber optic significantly reduces the dimensions of the device. Such a stand is convenient for conducting studies of the thermal field of the patient's body both in stationary conditions in the hospital and outside the stationary conditions, that is, it 60 can be used as a portable device. In addition, the implementation of the focusing system in the form of holes contributes to increased sensitivity due to the fact that the flow of energy from the heated surface in the infrared region of the spectrum undergoes smaller losses on the way from the surface to the receiving electrode. Also, the proximity of the receiving electrode to the heated surface helps to increase the sensitivity, since the focusing system in the form of holes in the curtain and in the diaphragm has smaller dimensions than the gradan. because in Fig. 1 shows the general view of the device, and Fig. 2 - element connection diagram.

Пристрій має піроелектричний приймач 1 з двома однаковими, приймальними електродами 2 і 3, з'єднаними з мікропроцесором 4. Піроелектричний приймач 1 поміщений в герметичний корпус 5 з прозорим для інфрачервоного випромінювання заданого участку спектру вікном 6 і закріплений на термостатованій підкладці 7The device has a pyroelectric receiver 1 with two identical receiving electrodes 2 and 3, connected to a microprocessor 4. The pyroelectric receiver 1 is placed in a hermetic housing 5 with a window 6 transparent to infrared radiation of a given range of the spectrum and fixed on a thermostated substrate 7

З високим коефіцієнтом теплопровідності. Перед піроелектричним приймачем 1 розташована фокусуюча система, яка містить екран 8 з отвором 9, а також шторку 10 з отворами 11 і 12 . Розміри отвору 9 визначаються розмірами приймальних електродів 2 і 3. Перед отвором 9 розташований модулятор 13. Перед отвором 11 розташований механічний візир 14 для визначення місця розташування центра вимірюваної плями на об'єкті. Отвір 12 закритий джерелом опорного теплового потоку, що включає в себе модель сірого тіла 15, 7/0 бпряжену з термодатчиком 16, який з'єднаний з мікропроцесором 4. До мікропроцесора 4 приєднаний дисплей 17.With a high coefficient of thermal conductivity. A focusing system is located in front of the pyroelectric receiver 1, which includes a screen 8 with an opening 9, as well as a curtain 10 with openings 11 and 12. The dimensions of the opening 9 are determined by the dimensions of the receiving electrodes 2 and 3. The modulator 13 is located in front of the opening 9. The mechanical sight 14 is located in front of the opening 11 to determine the location of the center of the measured spot on the object. The hole 12 is closed by a reference heat flow source, which includes a gray body model 15, 7/0 coupled to a thermal sensor 16, which is connected to a microprocessor 4. A display 17 is connected to the microprocessor 4.

Пристрій працює таким чином.The device works like this.

Інфрачервоне випромінювання ділянки шкіри, яка знаходиться у фокусі фокусуючої системи, спрямовується на перший електрод 3, перериваючись модулятором 13. Модель сірого тіла 16 генерує енергію, яка реєструється 7/5 другим електродом 2. Показання електрода 2 служать опорним сигналом. Інфрачервоне випромінювання від сірого тіла переривається тим же модулятором 13, який перериває випромінювання ділянки шкіри. Температура сірого тіла вимірюється з високою точністю окремим датчиком 16 температури і передається на мікропроцесор 4.The infrared radiation of the skin area, which is in the focus of the focusing system, is directed to the first electrode 3, interrupted by the modulator 13. The gray body model 16 generates energy, which is registered 7/5 by the second electrode 2. The readings of the electrode 2 serve as a reference signal. Infrared radiation from the gray body is interrupted by the same modulator 13, which interrupts the radiation of the skin area. The temperature of the gray body is measured with high accuracy by a separate temperature sensor 16 and transmitted to the microprocessor 4.

Також на мікропроцесор 4 передаються модульовані за допомогою модулятора 13 сигнали від електродів 2 і 3.Also, the signals from electrodes 2 and 3 modulated by the modulator 13 are transmitted to the microprocessor 4.

Значення потоку випромінювання від ділянки шкіри вираховується автоматично мікропроцесором 4 з різниці у 2о показаннях електродів 2 і З. Також мікропроцесор враховує зміни потоку енергії від сірого тіла 15, якщо температура його змінюється. Мікропроцесор 4 керує роботою дисплею 17, на якому відображається виміряне значення потоку випромінювання ділянки шкіри.The value of the radiation flow from the skin area is calculated automatically by the microprocessor 4 from the difference in the readings of electrodes 2 and 3. The microprocessor also takes into account changes in the energy flow from the gray body 15 if its temperature changes. The microprocessor 4 controls the operation of the display 17, which displays the measured value of the radiation flux of the skin area.

Джерела інформації: 1. Пат США Моб6547744, АЄ1В 10/00. Публ. 2003р. 2. Пат. США Моб6991368, АбО125/04. Публ. 2006р. 3. Пат. України Мо3877, АЄ1810/00, «301У5/10. Публ. 2001р. (прототип). о,Sources of information: 1. Pat USA Mob 6547744, АЕ1В 10/00. Publ. 2003 2. Pat. USA Mob6991368, AbО125/04. Publ. 2006 3. Pat. of Ukraine Mo3877, АЭ1810/00, "301U5/10. Publ. 2001 (prototype). at,

Claims

The formula of the invention "- what, , y. 2, that , Щ Device for measuring the radiation flow of a heated surface in the infrared region of the spectrum, which contains a pyroelectric radiation receiver with two receiving electrodes separated by a gap, a modulator, a focusing system and a reference heat flow system with a temperature sensor, which is distinguished by the fact that additionally having a microprocessor connected to the receiving electrodes, a display connected to the microprocessor and a mechanical viewfinder, the focusing system includes a screen with an aperture and a curtain with two apertures, and the reference heat flow system additionally includes a gray body model, coupled with a temperature sensor that is connected to a microprocessor. -

with . and? name) (95) 1 name) - p 60 b5