身体核心温度测量制造技术

本发明专利技术涉及身体核心温度测量。一种用于测量身体核心温度的设备包括光导。所述光导可以被耦合到耳机。在光导的第一端处安置第一传感器，并且在光导的第二端处安置第二传感器。处理器被耦合到第一传感器和第二传感器。第一传感器感测来自光导的第二端处的红外源的红外辐射，并且第二传感器测量光导的第二端处的光导温度。处理器经由跨一系列光导的周围温度的回归分析通过补偿由于光导的热梯度的红外辐射来确定在光导的第二端处的红外源的温度。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及身体核心温度测量。政府资助本专利技术是在根据由美国陆军和国防部先进研究项目局(DARPA)授予的合同号W911NF-14-C-0044的政府支持的情况下完成的。美国政府在本专利技术中具有某些权利。
技术介绍
通过鼓膜(耳膜)测温法的身体核心温度的连续或现场测量一般需要对耳道的不受限制的进入，使得鼓膜可以完全地填充温度传感器的视场。在其中耳道被其它部件挡住或对象存在不同的生理结构的情况中，对于温度传感器自身(例如热电堆)来说一直到达耳膜可以是非常具有挑战性的。随着距耳膜的相隔距离增加，感兴趣区域的百分比随着相隔距离的平方减少，从而获得具有高置信度的可靠读数的难度迅速增加。因此存在对光学设计的需要，其允许传感器位于较不深入耳道或者甚至在耳道外面，而仍然允许传感器的视场充分地被鼓膜填充。附图说明图1图解被安置到耳朵中并确定身体核心温度的系统和装置的实施例。图2图解被安置到耳朵中并确定身体核心温度的系统和装置的另一实施例。图3是图解被安置到耳朵中并确定身体核心温度的系统和装置的特征和操作的框图。图4是图解被安置到耳朵中并确定身体核心温度的另一系统和装置的特征和操作的框图。具体实施方式在以下描述中，参考形成本文的一部分的附图，并且其中通过例证的方式示出可以被实现的具体实施例。以充分的细节描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实现本专利技术，并且应理解的是可以利用其它实施例，并且可以进行结构、电学、和光学改变而不脱离本专利技术的范围。以下示例实施例的描述因此不被认为是有限的意义，并且本专利技术的范围由所附的权利要求限定。如以上指出的，存在对连续的身体核心温度监测的需要。在实施例中，采用可以被耦合到耳道中的耳机(earpiece)的设备来解决该需要。所述设备也可以是单独的独立设备。不论是单独的设备还是被耦合到现有耳机，该设备被配置成被安置并保持在耳朵中。当连同现有耳机(诸如通信设备)使用时，现有耳机可以具有用于将音频声音传导进入和离开耳朵的中空管。然而，现有耳机的中空管和相关联的声音密封耳塞给热电堆传感器留下很少的空间来完全进入耳道中以到达鼓膜。因此，在实施例中，使用了包括光导和可选的透镜的光学系统。光导可以是中空反射管、光纤、或光和/或红外辐射可以穿过其传播的任何其它物质。当采用现有耳机实现时，光导可以被紧挨着且平行于耳机内的中空声管安置。光导对于来自鼓膜的长波红外(LWIR)辐射具有高反射性，并且将LWIR引导至热电堆传感器(或其它检测器)。在实施例中，光导的直径比热电堆自身窄得多，以允许使用具有更高敏感度的大的、标准尺寸(例如，4.6mm直径)热电堆，同时仍然适合于在耳道中在其它部件(声管、耳塞等)旁边。光波导可以是具有LWIR反射性内部，例如，反射涂层的刚性或韧性管。在实施例中，从热电堆的直径到波导的最终出口直径的波导的直径方面的减少呈现到热电堆传感器的平坦表面(即，直径中的阶跃变化，与将与其末端在热电堆传感器处向外展开或向外渐缩的波导相关联的非阶跃变化直径相对照)。以这种方式，使波导被传感器观察的表面区域最小化，并且热电堆观察以下对象——其中直径从热电堆直径减少到波导管直径的波导的平坦表面、如经由笔直穿过波导的光射线观察的耳膜的小的点、以及呈现耳膜的反射和波导壁的热辐射的混合的波导壁。在其中波导的发射率是恒量的情况下，可以通过测量热电堆观察的温度并然后减去波导温度的影响来确定耳膜温度。如果波导是热传导的并且其被严密地并机械地耦合到热电堆或热电堆的罩，在热电堆封装中用于测量热电堆的冷接点温度的热敏电阻应与波导温度紧密匹配。以这种方式，系统从热电堆观察的温度中移除波导光辐射的影响，仅剩下耳膜温度。可以根据实验(例如，经由回归分析)确定波导光辐射，以确定耳膜温度和观察的热电堆温度之间的转换函数。如以上指出的，可选的LWIR透镜可以被添加到热电堆和波导之间以减少热电堆被波导填充的视场的百分比。这可以减少并可能甚至消除对从热电堆观察的测量结果中移除波导的热辐射的需要。在实施例中，沿着光波导的热梯度可以引起身体核心温度预测的不准确。热梯度由波导的尖端(其被耳道鼓膜加热)和波导的传感器端(其被周围环境加热)之间的温度差产生。假设当基于一个恒定的环境温度选择用于热电堆(来自耳膜的IR辐射引起的热电堆热接点温度)和热敏电阻(热电堆传感器的冷接点温度)的回归系数时周围温度是不改变的，有效地作为近似值。然而，当环境温度改变时，波导温度梯度改变，其影响从波导的热发射量(magnitude)。这意味着回归系数不再有效，且身体核心温度函数的准确度将受到影响。如通过波导观察的所计算的目标温度误差的标准偏差可能地可以从在25摄氏度处的约2摄氏度误差到将近4摄氏度的误差。该误差量足以使得在与在其处校准回归系数的环境温度不同任何多于仅几度的环境温度的情况下所预测的身体核心温度价值更小。为了解决来自环境温度中的改变的该效应，可以直接地(或间接地)测量在耳道内部的光波导尖端处的温度(使用另一相隔的温度传感器或者接触传感器，诸如热电偶、热电堆、或电阻温度检测器(RTD))，并且可以在跨环境温度范围的回归系数中补偿波导的热梯度。通过跨目标、环境和波导尖端温度的已知范围收集热电堆热和冷接点温度和波导尖端温度来计算回归系数，并且然后针对所测量的温度中的每一个计算回归系数。通过应用该方法，可以将跨25C到40C的环境温度范围的温度预测误差的标准偏差从将近4摄氏度改进到小于1摄氏度。该方法计及环境温度中的差和波导尖端温度中的差。当该设备第一次被插入到耳朵中时，波导尖端温度是重要的，因为尖端温度将首先是处于室温(其与耳膜身体核心温度是不同的)，并且将缓慢地升温到耳道皮肤温度。在不同实施例中，回归分析可以是线性回归分析或更高阶的回归分析。如本领域技术人员已知的，线性回归是回归分析的子集，其仅允许线性项。在这样的回归分析中，有真实数据点，诸如由可靠的仪器取得的身体温度测量结果。还有四个其它的温度测量结果。具体地，热电堆(或在光波导远离鼓膜的末端处的其它传感器)冷接点温度、热电堆热接点温度、热电偶(或在光波导接近鼓膜的末端处的其它传感器)冷接点温度、以及热电偶热接点温度。真实的身体温度被视为取决于所述其它四个测量结果的应变量。对于所有五个温度值(即，身体温度、热电堆热接点温度、热电堆冷接点温度、热电偶热接点温度、以及热电偶冷接点温度)收集数据，并且将所收集的数据作为匹配数据集输入到回归分析程序中，诸如Matlab回归分析。回归分析生成对于以下函数最好地与数据匹配的系数α、β、γ和δ：身体温度＝α(TPHot)+β(TPCold)+γ(TCHot)+δ(TCCold)方程No.1其中TP表示热电堆，并且TC表示热电偶。回归分析还生成对于所收集的数据的误差的量。在许多不同的系统上执行该回归分析，其例证了相同的系数可以被用于每个系统、每个人、和每种条件。在示出相同的系数可以被用于每个系统之后，系数被加载到每个单元中，并且单元于是可以提供所有情况下的准确的身体温度测量。在替换实施例中，系统的用户在耳机被安置到他们的耳朵中时可以输入他们的真实身体温度，并且可以针对该特定用户完成回归校准。在另一替换实施例中，可以在每次使用之前将光波导指向具有已知温度的某物品，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量身体核心温度的装置，其包括：光导(110)，其包括内部反射管，所述光导被耦合到耳机，所述光导具有第一端和第二端；被安置在所述光导的第一端处的第一传感器(130)；被安置在所述光导的第二端处的第二传感器(140)；以及被耦合到所述第一传感器和所述第二传感器的处理器(160)；其中所述第一传感器可操作用于感测来自所述光导的第二端处的红外源的红外辐射(410)；其中所述第二传感器可操作用于测量所述光导的第二端处的光导温度(420)；并且其中所述处理器可操作用于经由跨一系列光导的周围温度的回归分析通过补偿由于光导的热梯度的红外辐射来确定在所述光导的第二端处的红外源的温度(430)。

【技术特征摘要】
2015.09.23 US 14/8627431.一种用于测量身体核心温度的装置，其包括：光导(110)，其包括内部反射管，所述光导被耦合到耳机，所述光导具有第一端和第二端；被安置在所述光导的第一端处的第一传感器(130)；被安置在所述光导的第二端处的第二传感器(140)；以及被耦合到所述第一传感器和所述第二传感器的处理器(160)；其中所述第一传感器可操作用于感测来自所述光导的第二端处的红外源的红外辐射(410)；其中所述第二传感器可操作用于测量所述光导的第二端处的光导温度(420)；并且其中所述处理器可操作用于经由跨一系列光导的周围温度的回归分析通过补偿由于光导的热梯度的红外辐射来确定在所述光导的第二端处的红外源的温度(430)。2.根据权利要求1的装置，其中所述第一传感器包括热电堆并且所述第二传感器包括热电偶(440)；其中所述回归分析包括确定与所述热电堆的热接点、所述热电堆的冷接点、所述热电偶的热接点和所述热电偶的冷接点相关联的系数(442)；并且其中跨一系列周围温度、已知的红外源温度、已知的光导温度、通过所述热电堆感测的温度和通过所述热电偶感测的温度确定所述系数(446)。3.根据权利要求1的装置，其中所述光导包括比所述第一传感器更窄的直径(450)。4.根据权利要求1的装置，包括被安置在所述第一传感器和所述光导之间的透镜，以便减少被所述光导占据的所述第一传感器的视场(455)。5.根据权利要求1的装置，其中所述耳机包括通信设备和中空的声管，并且充分地邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·S·拉森，B·K·奥尔姆斯特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US