测量从人体内部辐射出的电磁能的辐射温度计及方法技术

一种辐射温度计系统及测量人体内部温度的方法。该系统包括：天线，接收从温度需测量物体辐射的热能；第一和第二噪声源，为了获得天线和物体之间界面的反射系数Γ保持在不同的温度；第一开关，响应第一脉冲信号周期性地切换第一和第二噪声源的输出；循环器，其将天线接收到的信号加到从第一或第二噪声源经由第一开关输出的反射波上并将相加结果沿一个方向传输；第三和第四噪声源，其保持在不同温度；第二开关，其响应第二脉冲信号周期性地切换第三噪声源的输出、循环器的输出或者第四噪声源的输出，第二脉冲信号与第一脉冲信号同步；及放大器，其放大第二开关的输出。通过解决天线和人体之间的界面的阻抗失配问题可以获得测量的高精度和可再现性。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

Radiation thermometer and method for measuring electromagnetic energy radiated from human body

Radiation thermometer system and method for measuring internal temperature of human body. The system includes: receiving antenna, thermal radiation from the temperature of the measured object; the first and second noise sources, in order to obtain the reflection coefficient gamma interface between the antenna and the objects are maintained at different temperatures; the first switch, the output pulse signal in response to the first periodic switching of the first and second noise sources; circulator, which will receive to signal to the antenna from the first or second noise sources are reflected by the first switch output wave and the sum of the results along a direction of transmission; third and fourth noise sources, keep at different temperatures; the second switch, the response of output, circulator second pulse signal periodic switching of third of the noise source the output or the fourth noise sources, second pulse signal with the first pulse signal synchronization; and second switch amplifier, the amplifier output. The accuracy and reproducibility of the measurement can be obtained by solving the impedance mismatch problem between the antenna and the human body.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种辐射温度计系统，更具体地说，涉及一种测量从人体内部辐射出的电磁能的辐射温度计系统及方法。
技术介绍
普通的物体在绝对温度0°K或者更高在预定频段内辐射电磁能。另一方面，一些物体完全吸收它们周围的能量并在几乎所有频段内辐射电磁能，并且根据普兰克辐射定律将这种物体称为黑体。图1示出了黑体的辐射能的强度的变化。参考图1，黑体的辐射能的强度随着频率的变化而变化，并且在3-15μm的红外线范围内达到顶峰。通常，应用红外线摄像头(camara)能检测在红外线范围内的黑体的辐射能，并且应用具有定向天线和高灵敏度接收器的辐射温度计能够检测在微波范围内的黑体的辐射能。最早在天文学领域使用的辐射温度计已经广泛的用来测量从宇宙中的行星或恒星辐射出的能量以及估算行星或恒星的温度。假设在红外线范围内，人体皮肤具有几乎与黑体相同的能量特性，人体表面的温度分布能够通过测量在红外线范围内人体皮肤辐射出的能量获得。近来，辐射温度计越来越多的用来接收来自人体内的组织的能量并测量这些组织的温度。然而，人体皮肤在微波频率范围内不作为黑体，因此一些从人体深处的内部组织辐射出的电磁能传送到人体皮肤。从人体的内部组织传送到人体皮肤的电磁能的强度根据电磁能到达人体皮肤所穿过的介质的类型而变化，例如，根据电磁能是否是穿过肌肉，骨骼或是脂肪到达人体皮肤。利用微波的辐射温度计通过测量在人体皮肤上由人体辐射出的具有1GHz-6GHz频率的电磁能估算人体内部的温度。图2示出了利用微波的传统的辐射温度计系统20。参考图2，可控噪声源9的信号输出输入到第一可调节衰减器(attenuator)10，接着输入到与需要通过天线4测量温度的物体1连接的定向耦合器13。可控噪声源9的信号输出还输入到第二可调衰减器11，接着输入到切换开关2的一端。切换开关2的另一端接收物体1放射的能量和物体1反射的能量。切换开关2通过辐射温度计8内的时钟脉冲发生器周期性地切换。辐射温度计8的信号输出经由积分器14作为与物体1的温度To相应的电压Ua提供给输出端。传统的辐射温度计系统20通过多次调节噪声源9测量物体1内部的温度。然而，传统的辐射温度计系统20由于在天线4和物体1之间的界面的阻抗失配或者传统辐射温度计系统20内和周围的电磁波干扰在测量物体1内部的温度时可能会引起许多问题。电磁波干扰的问题可以通过应用电磁波屏蔽室解决。然而天线4和物体1之间的界面的阻抗失配问题造成缺乏再现性，并且因此导致误差。因此，有必要开发一种即使在天线4和物体1之间的界面发生阻抗失配时仍能够准确的测量物体1的温度的新的辐射温度计。
技术实现思路
本专利技术提供一种辐射温度计，其基于通过自动计算天线和人体之间的界面的反射系数，以及按照同样的反射系数补偿它们之间的阻抗失配测得的天线温度估算人体内部的温度。本专利技术还提供了一种测量从人体辐射出的电磁波的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种辐射温度计系统，包括天线，其接收从需要测量温度的物体辐射出的热能；第一和第二噪声源，其为了获得天线和物体之间的界面的反射系数Г保持在不同温度；第一开关，其响应第一脉冲信号周期性地切换第一或者第二噪声源的输出；循环器(circulator)，其将天线接收到的信号加到从第一或者第二噪声源经由第一开关输出的反射波，并以一个方向传送相加结果；第三和第四噪声源，其保持在不同的温度；第二开关，其响应第二脉冲信号周期性切换第三噪声源的输出、循环器的输出或者第四噪声源的输出，第二脉冲信号与第一脉冲信号同步；以及放大器，其放大第二开关的输出。物体的温度T可以通过利用下述方程式获得TA＝α其中，α表示天线的信号传输系数，Trec表示辐射温度计系统的有效噪声温度。反射系数Г可以通过下述方程式获得 Γ=ΔU·Mα·2ΔT]]>其中，ΔU=ΔUst2′′k-ΔUst2′k=ΔUst1′′k-ΔUst1′k,]]>M=α(1-Γst)(Tst2k-Tst1k)(ΔUst2k-ΔUst1k),]]>Tst1k和Tst2k分别是在校准辐射温度计系统时使用的第一和第二参考温度，ΔUst1′k表示当辐射温度计系统接触具有第一参考温度Tst1k的物体并且第一噪声源与辐射温度计系统连接时辐射温度计系统的输出，ΔUst1″k表示当辐射温度计系统接触具有第一参考温度Tst1k的物体并且第二噪声源与辐射温度计系统连接时辐射温度计系统的输出，ΔUst2′k表示当辐射温度计系统接触具有第二参考温度Tst2k的物体并且第一噪声源与辐射温度计系统连接时辐射温度计系统的输出，ΔUst2″k表示当辐射温度计系统接触具有第二参考温度Tst2k的物体并且第二噪声源与辐射温度计系统连接时辐射温度计系统的输出。根据本专利技术的另一方面，提供了一种通过利用辐射温度计系统测量从人体辐射出的电磁能的方法，包括如下操作连接天线和需要测量温度的物体；提供第一到第四噪声源；使第一开关能够响应第一脉冲信号周期性地切换第一噪声源的输出或者第二噪声源的输出；将天线接收到的信号加到第一或者第二噪声源的输出并且以一个方向传送相加结果；使第二开关能够响应第二脉冲信号周期性地切换第三噪声源的输出，相加结果，或者第四噪声源的输出，第二脉冲信号与第一脉冲信号同步；并且放大第二开关的输出到预定电压电平。通过利用辐射温度计系统测量从人体辐射出的电磁能的方法可以进一步包括通过利用具有第一和第二参考温度的物体校准辐射温度计系统的操作。根据本专利技术，可以通过解决天线和人体之间的界面的阻抗失配问题获得从人体放射出的电磁波的测量的高精度和可再现性。附图说明参考附图对于本专利技术典型实施例的详细描述使本专利技术的上述和其他特性和优点变得更加明显，其中图1是普兰克辐射定律的曲线图；图2是利用微波的传统辐射温度计系统示意图；图3是根据本专利技术的典型实施例的辐射温度计系统示意图；图4是图3辐射温度计系统中的第一和第二开关的输出的波形图； 图5是图3辐射温度计系统输出的波形图。具体实施例方式下面将参考附图对于本专利技术进行更完整的描述，其中说明了本专利技术的典型实施例。在附图中相同的参考数字代表相同的元件。图3是表示根据本专利技术的典型实施例的辐射温度计系统30的示意图。参考图3，辐射温度计系统30包括接收从物体31辐射出的辐射能的天线32，循环器33，第一到第四噪声源34到37，第一和第二开关38和39，以及放大器40。第一到第四噪声源34到37中的任何一个设置到高于或低于从物体31辐射出的能量的温度的参考温度。在本实施例中，物体31是人体。因此，为物体31的温度提供参考温度的第一和第三噪声源34和36设置到低于正常人体温度即36.5℃的第一参考温度，例如32℃，并且为物体31提供参考温度的第二和第四噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射温度计系统包括：天线，接收从需要测量温度的物体辐射出的热能；第一和第二噪声源，其为了获得天线和物体之间的界面的反射系数Γ保持在不同温度；第一开关，其响应第一脉冲信号周期性地切换第一或第二噪声源的输出；循环器，其将天线接收到的信号加到从第一或第二噪声源经由第一开关输出的反射波，并将相加结果沿一个方向传输；第三和第四噪声源，其保持在不同温度；第二开关，其响应第二脉冲信号周期性地切换第三噪声源的输出、循环器的输出或者第四噪声源的输出，第二脉冲信号与第一脉冲信号同步；以及放大器，其放大第二开关的输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李定桓，瓦切斯拉夫A拉萨多夫斯基，IF贝洛夫，VI特里谢恩科夫，TN阿利希那，VA奥波伦斯基，奥利戈索博利夫，瑟吉N克莱施尼恩，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，尼兹尼诺夫哥罗德微波研究所，
类型：发明
国别省市：KR[]