基于主动热流控制的体温计及其测温方法技术

本发明专利技术公开了一种基于主动热流控制的体温计及其测温方法，该体温计包括导热装置、调温装置和热流控制装置；本发明专利技术通过主动热流控制建立一定深度处的人体内部组织到体温计温度控制面之间的可控梯度温度场，经过对导热通道的热流推导即可获得人体组织内部温度，从原理上消除了环境温度、皮肤状况、接触情况和生理波动等因素对测量结果的影响。采用非侵入式测量，直接接触人体皮肤即可测量体温，操作简便，一次测量既可获得皮肤表面温度，也可获得设定深处人体组织的温度。

Thermometer based on active heat flow control and its temperature measurement method

【技术实现步骤摘要】
基于主动热流控制的体温计及其测温方法
本专利技术属于体温测量
，特别涉及一种基于主动热流控制的体温计及测温方法。
技术介绍
体温测量在医疗健康领域有着举足轻重的作用。从测量方法来看，体温测量分为侵入、半侵入和非侵入三种。临床上常采用侵入式的体温测量方法，通过导管或插针等专用工具，使测温装置直达人体内部器官或组织深处进行测量，典型产品有Swan-Ganz导管和针式温度计/热电偶等。这种方法测量准确，号称体温测量金标准，但操作复杂，设备昂贵，风险大，体验差。在门诊、健康体检和一般性测量场合，半侵入和非侵入的体温测量方法应用广泛，典型产品有红外体温计、各种电子温度计和水银温度计等。半侵入方法通常利用耳腔、口腔和直肠等人体孔窍进行体温测量，在测量准确度上略低于侵入式测量，在操作上需要一定的专业知识，用户体验度一般。非侵入方法是日常使用最方便的方法，主要用于接触式和非接触式体表测量，操作比较简单，用户体验比较友好，但测量结果易受环境参数和被测对象体征的影响，所测得的体表温度和人体组织内部温度之间存在误差。从测量原理上来看，以上三种测量方法所使用的测量设备大都基于局部热平衡原理，即通过热敏器件与所接触人体组织、器官或腔体环境之间达到热平衡来检测人体温度，因此仪器越深入人体，检测准确度就越高，用户体验度就越差，反之亦然。这是一种被动检测方法，并没有充分利用人体温度场的整体性和扩展性，对于非侵入式体温测量来说难以实现对人体组织内部温度的准确测量。其中，红外体温仪利用人体的热辐射原理进行体温测量，但其测量结果受环境因素的影响尤其大，也不具备分辨不同深度人体组织内部温度的能力。当前，非侵入的人体组织内部温度测量通常采用超声、微波、磁共振等技术，利用不同深度人体组织的温度对同层波介质的影响来实现体温测量。这些技术专业性强，开发和使用难度大，设备精密昂贵，很少推广应用。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供了一种基于主动热流控制的体温计及其测温方法，本专利技术利用可控扩展温度场效应，通过接触皮肤表面来实现对体表下不同深度组织温度的测量，受外部因素影响小，为人体温度的非侵入式测量方法，且测量准确度高；具有成本低廉、准确度高、易于推广的特点。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。(一)基于主动热流控制的体温计，包括：导热装置、调温装置和热流控制装置；所述调温装置紧贴导热装置的上端面；所述导热装置由内外设置的导热杆和隔热套组成，所述隔热套内嵌设有导热杆，所述隔热套内相对于隔热套的中心轴对称设置有两个导热杆，每个导热杆的上下端面分别设置有温度传感器；所述调温装置包含由下而上依次紧贴设置的导热片、温度调节器、散热片和散热风扇组成，其中，所述导热片紧贴所述导热杆的上端面；所述热流控制器包含温控模块、信号调理模块、界面模块和处理器模块，其中，每个温度传感器测得的温度转换成电阻信号传输至信号调理模块，信号调理模块对接收的每个温度传感器的电阻信号进行阻抗匹配、滤波和幅度调整，输出电压信号，并将电压信号传输至处理器模块；用户在界面模块输入待测部位的深度，界面模块将输入的待测部位的深度传输至处理器模块；处理器模块对各温度传感器的电压信号和待测部位的深度进行分析计算，得到主动热流控制温度并生成温控信号，然后将温控信号传输至信号调理模块进行阻抗匹配和信号调理，生成驱动温控模块的控制信号，控制信号由温控模块转换成温度调节器的驱动电流信号和散热风扇驱动速度信号，对应传输至温度调节器和散热风扇的控制端；当主动热流控制温度稳定后，处理器模块计算待测部位的温度并输出至界面模块显示。优选的，所述温度传感器分别嵌入安装在导热杆的上下端面，且温度传感器的感温平面与导热杆的端面平齐。优选的，所述温度传感器的覆盖面积占导热杆端面面积的一半。优选的，所述导热片、温度调节器和散热片之间通过导热硅脂粘接。优选的，所述隔热套的内设安装孔，所述导热杆装配于安装孔内。优选的，所述温度调节器为TEC制冷片，且其上下表面可控温差大于30℃。优选的，还包括手柄，所述热流控制器设置于手柄内。优选的，所述导热装置和调温装置固定于外罩内。本专利技术的热流控制器还包含电源模块，用于提供多路直流电源，为所述温控模块、信号调理模块、界面模块、处理器模块、温度调节器和散热风扇供电。(二)基于主动热流控制的测温方法，包括以下步骤：步骤1，获取环境温度，并设定待测组织深度；步骤2，获取皮肤表面温度，并根据环境温度、皮肤表面温度和待测组织深度，计算产生主动热流所需温度，即导热片上所需温度；采用PI调节法使导热片温度达到该温度值；步骤3，待导热片温度稳定后，获取四个温度传感器的温度值，并计算出待测组织深度处的温度。进一步地，所述获取环境温度为：将温度计置于环境中，待温度计与环境达到温度平衡状态后，读取四个温度传感器的温度值，并将四个温度值的平均值作为环境温度；其中，所述温度平衡状态为每个温度传感器的温度值在设定时间内不发生变化，即为达到平衡状态。进一步地，所述获取皮肤表面温度为：将体温计的导热杆下端面紧贴待测皮肤表面，待导热杆下端面与皮肤表面达到温度平衡状态后，读取两个导热杆下端面的温度传感器的温度值，并将其平均值作为皮肤表面温度。进一步地，所述根据环境温度、皮肤表面温度和待测组织深度，计算导热片上所需温度，其具体计算公式为：Tc＝(Ts-20)-h×D-k×(Ts-Te)其中，Tc为导热片上的所需的温度，且0＜Tc＜30，单位为℃；Ts为皮肤表面温度，单位为℃；D为待测组织深度，且0≤D≤20，单位为mm；Te为环境温度，单位为℃；h为人体组织内的温降速率，且0＜h≤0.5，单位为℃/mm，可通过与侵入法进行对比试验，由试验结果拟合获得；k为温度计的温降修正系数，其与温度计材质、结构和导热杆的热阻有关。进一步地，所述采用PI调节法使导热片温度达到该温度值，其具体为：首先，两个导热杆上端面的温度传感器实时监控导热片上的温度Tt，并将温度信息转化为温度传感器的电阻信息，输出至信号调理模块转换成电压信号V后，输出至处理器模块，处理器模块根据输入的温度电压值计算导热片上的实时温度Tt，并计算其与产生主动热流控制温度之间的温差ΔT＝Tc-Tt；其次，处理器模块接收到该温差信号ΔT后进行PI调节，输出驱动散热风扇的PWM调速信号和驱动温度调节器的电压控制信号；最后，所述驱动散热风扇的PWM调速信号和驱动温度调节器的电压控制信号分别依次经过信号调理模块、温控模块进行信号处理和转换后，输出功率PWM信号到散热风扇、功率电流信号I到温度调节器。按照以上步骤循环调节，直至Tt＝Tc。进一步地，所述计算出待测组织深度处的温度，其计算公式为：其中，Tt为待测组织深度处的温度；T4、T5、T6、T7分别为导热片温度达到产生主动热流控制温度后，对应温度传感器在温度平衡状态时的检测温度；R1、R2分别为两个导热杆的热阻，其中，R1对应的导热杆的下端面温度为T4，上端面温度为T6，R2对应的导热杆的下端面温度为T5，上端面温度为T7。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用非侵入式测量人体表皮以下温度，操作简便、安全，用户体验效果好；同时，一次测量既可获得皮肤表面温度，也可获得人体表皮以下一定深度处人体组织的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于主动热流控制的体温计，其特征在于，包括：导热装置、调温装置和热流控制装置；所述调温装置紧贴导热装置的上端面；所述导热装置由内外设置的导热杆和隔热套组成，所述隔热套内嵌设有导热杆，所述隔热套内相对于隔热套的中心轴对称设置有两个导热杆，每个导热杆的上下端面分别设置有温度传感器；所述调温装置包含由下而上依次紧贴设置的导热片、温度调节器、散热片和散热风扇组成，其中，所述导热片紧贴所述导热杆的上端面；所述热流控制器包含温控模块、信号调理模块、界面模块和处理器模块，其中，每个温度传感器测得的温度转换成电阻信号传输至信号调理模块，信号调理模块对接收的每个温度传感器的电阻信号进行阻抗匹配、滤波和幅度调整，输出电压信号，并将电压信号传输至处理器模块；用户在界面模块输入待测部位的深度，界面模块将输入的待测部位的深度传输至处理器模块；处理器模块对各温度传感器的电压信号和待测部位的深度进行分析计算，得到主动热流控制温度并生成温控信号，然后将温控信号传输至信号调理模块进行阻抗匹配和信号调理，生成驱动温控模块的控制信号，此控制信号由温控模块转换成温度调节器的驱动电流信号和散热风扇驱动速度信号，对应传输至温度调节器和散热风扇的控制端；当主动热流控制温度稳定后，处理器模块计算待测部位的温度并输出至界面模块显示。...

【技术特征摘要】
1.基于主动热流控制的体温计，其特征在于，包括：导热装置、调温装置和热流控制装置；所述调温装置紧贴导热装置的上端面；所述导热装置由内外设置的导热杆和隔热套组成，所述隔热套内嵌设有导热杆，所述隔热套内相对于隔热套的中心轴对称设置有两个导热杆，每个导热杆的上下端面分别设置有温度传感器；所述调温装置包含由下而上依次紧贴设置的导热片、温度调节器、散热片和散热风扇组成，其中，所述导热片紧贴所述导热杆的上端面；所述热流控制器包含温控模块、信号调理模块、界面模块和处理器模块，其中，每个温度传感器测得的温度转换成电阻信号传输至信号调理模块，信号调理模块对接收的每个温度传感器的电阻信号进行阻抗匹配、滤波和幅度调整，输出电压信号，并将电压信号传输至处理器模块；用户在界面模块输入待测部位的深度，界面模块将输入的待测部位的深度传输至处理器模块；处理器模块对各温度传感器的电压信号和待测部位的深度进行分析计算，得到主动热流控制温度并生成温控信号，然后将温控信号传输至信号调理模块进行阻抗匹配和信号调理，生成驱动温控模块的控制信号，此控制信号由温控模块转换成温度调节器的驱动电流信号和散热风扇驱动速度信号，对应传输至温度调节器和散热风扇的控制端；当主动热流控制温度稳定后，处理器模块计算待测部位的温度并输出至界面模块显示。2.根据权利要求1所述的基于主动热流控制的体温计，其特征在于，所述温度传感器分别嵌入安装在导热杆的上下端面，且温度传感器的感温平面与导热杆的端面平齐。3.根据权利要求1所述的基于主动热流控制的体温计，其特征在于，所述导热片、温度调节器和散热片之间通过导热硅脂粘接。4.根据权利要求1所述的基于主动热流控制的体温计，其特征在于，所述温度调节器为TEC制冷片，且其上下表面可控温差大于30℃。5.基于主动热流控制的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取环境温度，并设定待测组织深度；步骤2，获取皮肤表面温度，并根据环境温度、皮肤表面温度和待测组织深度，计算产生主动热流所需温度，即导热片上所需温度；采用PI调节法使导热片温度达到该温度值；步骤3，待导热片温度稳定后，获取四个温度传感器的温度值，并计算出待测组织深度处的温度。6.根据权利要求5所述的基于主动热流控制的测温方法，其特征在于，步骤1中，所述获取环境温度为：将温度计置于环境中，待温度计与环境达到温度平衡状态后，读取四个温度传感器的温度值，并将四个温度值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐忠林，
申请(专利权)人：陕西工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61