專利名稱：電子體溫計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利申請是申請?zhí)?2105828.8，申請日2002年4月11日，發(fā)明名稱“電子體溫計(jì)”的分案申請。
本發(fā)明涉及一種電子溫度計(jì)，用于根據(jù)在軀體表面取得的溫度數(shù)據(jù)來估計(jì)活的軀體內(nèi)部位置的溫度。更具體說，本發(fā)明涉及這樣一種電子溫度計(jì)，它利用一個(gè)熱傳導(dǎo)方程來作這樣一種估計(jì)。
當(dāng)使用像水銀溫度計(jì)這樣的常規(guī)體溫計(jì)把它夾在腋下或舌下測量體溫時(shí)，體溫計(jì)必須保持在那個(gè)位置直到感興趣的內(nèi)部軀體位置和表面溫度之間達(dá)到熱平衡為止。
日本專利平7-119656 B2公開了一種方法，它利用一個(gè)等式在達(dá)到平衡期間估計(jì)溫度的變動(dòng)并認(rèn)為這樣的平衡溫度為體溫。
但是，人們希望能直接測量病人體內(nèi)的溫度。國際專利公布WO-9850766公開了一種電子溫度計(jì)，它基于莊司正弘所著《傳熱工程》(東京大學(xué)出版)(在90頁)中公布的方法。按照該方法，溫度是在兩個(gè)不同的位置上測量的，而在該兩個(gè)位置區(qū)域以外的第三位置上的溫度則被估計(jì)。但是，所希望的是用來測定內(nèi)部溫度而非表面溫度的電子溫度計(jì)。
如果在表面和內(nèi)部溫度之間達(dá)到熱平衡之前不能進(jìn)行測量，那么到測量能進(jìn)行之前需要長達(dá)10分鐘的時(shí)間。這種等待時(shí)間可以用一種方法來減少，即從溫度變化以達(dá)到平衡的方式來評估內(nèi)部溫度，但它仍然需要約90秒鐘。這種方法不能充分考慮到病人之間或溫度變化間的各自的不同。
至于按照國際專利公布WO-9850766的方法，這種方案是不穩(wěn)定的，因?yàn)榇獾姆匠淌欠蔷€性的，如無大容量計(jì)算機(jī)的幫助就得不到準(zhǔn)確的解，而且要耗費(fèi)大量的計(jì)算機(jī)時(shí)間。
發(fā)明概要因此本發(fā)明的目的在于提供一種電子體溫計(jì)，它能夠通過直接測量實(shí)時(shí)的外部溫度值而準(zhǔn)確并快速地評估活體的體內(nèi)溫度，并且通過對熱傳導(dǎo)方程的求解和利用這些測量的結(jié)果來計(jì)算在所需的軀體內(nèi)部位置的溫度。
鑒于本發(fā)明的上述和其它目的，活體外表面上的溫度按照本發(fā)明是實(shí)時(shí)直接測量的，而軀體的通常接觸不到的位置上的體溫是根據(jù)由此所得的值估計(jì)出來的。為此目的，要逆向利用熱傳導(dǎo)的方程。這樣一種方程是作為低階方程例如一階微分方程來求解的，這種方程含有例如體表溫度及熱通量這樣的可測量物理量作為變量。然后所需的內(nèi)部溫度是通過直接測量這些物理量而估計(jì)的。如果能得到和現(xiàn)有變量數(shù)目一樣多的不同被測量，那么通過求解聯(lián)立的一階方程就可以準(zhǔn)確而快捷地得到內(nèi)部溫度。
實(shí)施這一發(fā)明的電子體溫計(jì)可以有以下特征它包括一測量溫度用的溫度傳感器；一設(shè)置在溫度傳感器附近用于在該溫度傳感器測量溫度的相同位置附近測量熱通量(a heat flow)的熱通量傳感器；一用于控制溫度傳感器和熱通量傳感器以便利用它們在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行測量的控制器；一用于存儲由溫度傳感器和熱通量傳感器所測量的值的存儲器；以及一用于根據(jù)所測得的溫度和熱通量值計(jì)算在規(guī)定的體內(nèi)位置上的估計(jì)溫度的計(jì)算器。
為了逆向求解熱傳導(dǎo)方程以估計(jì)在特定的軀體內(nèi)部位置的溫度，可以選擇各種物理量用于測定。按照本發(fā)明，選擇了大體上在同一地點(diǎn)的溫度和熱通量作為用于此目的的物理量。通過在規(guī)定的時(shí)間段或多個(gè)時(shí)間段內(nèi)多次測量這些物理量，就可得到被測量的不同集合，而且所得到的這些量被用來求解熱傳導(dǎo)方程和估算在規(guī)定的軀體內(nèi)部位置的目標(biāo)溫度。在上述情況中，熱通量傳感器是一種用于測量每單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)單位面積的熱量的裝置，它還包括從其它物理量計(jì)算熱通量的裝置。
將溫度和熱通量傳感器相互靠近放置從而使溫度計(jì)可做成緊湊是很有利的。如果包括這些傳感器的傳感器部件可以做得緊湊，那么它的熱容量就可減小，由于這樣可以產(chǎn)生的溫度變動(dòng)更快，測量所需的時(shí)間就可減少。
優(yōu)選將溫度和熱通量傳感器設(shè)置在一熱絕緣的構(gòu)件上，因?yàn)椴⒎莵碜员粶y量軀體的熱量移動(dòng)的影響因而就可被消除或至少被減少，使信噪比得到改善。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，在溫度計(jì)中提供一加熱器。如果例如在被測的目標(biāo)軀體和周圍環(huán)境溫度之間的溫差較大，那么熱量從內(nèi)部目標(biāo)位置流到傳感器所經(jīng)過的那部分軀體的溫度可以由加熱器加熱，使得測量可以在軀體內(nèi)部的溫差被減小的情況下進(jìn)行。按照這種方式，軀體內(nèi)部的溫度變化變得穩(wěn)定因而更精確的測量變得可能。測量所需的時(shí)間也可縮短。如果在加熱器和傳感器之間引入一個(gè)熱絕緣構(gòu)件，那么在加熱器和傳感器之間可形成一個(gè)穩(wěn)定的熱梯度，使得溫度和熱通量傳感器位于更適合于進(jìn)行測量的溫度條件下，因而更精確的測量成為可能。
另一個(gè)實(shí)施本發(fā)明的溫度計(jì)可以有以下特征它具有兩個(gè)(第一和第二)各自用于測量溫度的溫度傳感器；一設(shè)置在第一溫度傳感器和被測目標(biāo)軀體之間的第一熱絕緣構(gòu)件；一具有不同的導(dǎo)熱率且被設(shè)置在第二溫度傳感器和目標(biāo)軀體之間的第二熱絕緣構(gòu)件；一用于控制這些溫度傳感器以在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行測量的控制器；一用于存儲由第一溫度傳感器獲得的第一測量值和由第二溫度傳感器獲得的第二測量值的存儲器；以及一用于從第一和第二測量值計(jì)算出在軀體內(nèi)部規(guī)定的位置上的估計(jì)溫度的計(jì)算器。在這一實(shí)施例中，要測量的物理量是兩個(gè)不同點(diǎn)上的溫度，這兩個(gè)點(diǎn)與具有不同導(dǎo)熱率值的熱絕緣構(gòu)件相接觸。如果這些物理量是在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)測量的且得到了不同的測量值的集合，那么它們就可用來求解熱傳導(dǎo)方程并計(jì)算軀體之內(nèi)的內(nèi)部目標(biāo)位置的溫度。其它物理量例如導(dǎo)熱系數(shù)和比熱也可測量。兩個(gè)具有相同導(dǎo)熱率的熱絕緣構(gòu)件也可以使用，如果它們例如有不同厚度的話。在按照本發(fā)明的這一實(shí)施例的溫度計(jì)中，為了上述的理由而包括一加熱器也可能是有益的。
實(shí)施本發(fā)明的還有另外一個(gè)電子體溫計(jì)可以具有如下特征它包括一用來加熱到一規(guī)定溫度的恒溫加熱器；一用于測量溫度的溫度傳感器；一用于控制溫度傳感器和恒溫加熱器以在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行測量的控制器；一用于存儲該規(guī)定的溫度和由溫度傳感器得到的測量值的存儲器；以及一用于從規(guī)定的溫度和測量值來計(jì)算在規(guī)定的軀體內(nèi)部位置上的估計(jì)溫度的計(jì)算器。在這種情況下的恒溫加熱器被用于準(zhǔn)備好一部分軀體，該部分用加熱器來加熱并保持在這個(gè)規(guī)定的溫度上。這樣就有可能通過測量在軀體另一位置上的溫度來求解熱傳導(dǎo)方程。
在所有這些按照本發(fā)明不同實(shí)施例的溫度計(jì)中可以作出一種證明(prove)，用于以平面形狀或條的延長形狀與軀體的一部分相接觸，使得即使是嬰兒也能以穩(wěn)定的方式將它方便地保持在位置上。
附圖簡介

圖1是用來說明熱傳導(dǎo)原理的病人軀體一部分的截面圖。
圖2是實(shí)施本發(fā)明的電子溫度計(jì)的外平面圖。
圖3是圖2溫度計(jì)沿線3-3所取的截面圖。
圖4是表明圖2溫度計(jì)的線路結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖5是由按照本發(fā)明第一實(shí)施例的溫度計(jì)所進(jìn)行的測量過程的流程圖。
圖6A、6B和6C是顯示裝置上所顯示的例子。
圖7是更詳細(xì)地表明的圖5流程圖的一部分。
圖8A和圖8B分別是實(shí)施本發(fā)明的另一電子溫度計(jì)的側(cè)視圖和底視圖。
圖9A是圖8B中沿線9A-9A所取的探頭的截面圖，而圖9B是圖8A所示的探頭中絕緣構(gòu)件的平面圖。
圖10是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的溫度計(jì)進(jìn)行測量的過程的流程圖。
圖11是病人軀體一部分的截面圖，用以說明由按照本發(fā)明第三實(shí)施例的溫度計(jì)進(jìn)行體溫測量的原理。
圖12是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的電子溫度計(jì)的外部平面圖。
圖13是圖12溫度計(jì)沿線13-13所取的截面圖。
圖14是表明圖12溫度計(jì)的線路結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖15是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的溫度計(jì)進(jìn)行測量的過程的流程圖。
圖16是更詳細(xì)地表明的圖15流程圖的一部分。
圖17A和圖17B分別是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的另一溫度計(jì)的側(cè)視圖和底視圖。
圖18A是圖17B中沿線18A-18A所取的截面圖，而圖18B是圖18A溫度計(jì)的絕緣層的底視圖。
圖19是按照本發(fā)明第四實(shí)施例的溫度計(jì)進(jìn)行測量的過程的流程圖。
圖20是病人軀體一部分的截面圖，用以說明由按照本發(fā)明第五實(shí)施例的溫度計(jì)進(jìn)行體溫測量的原理。
圖21是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的電子溫度計(jì)的外部平面視圖。
圖22是圖21溫度計(jì)沿線22-22所取的截面圖。
圖23是表明圖22溫度計(jì)的線路結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖24是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的溫度計(jì)進(jìn)行測量過程的流程圖。
圖25是更詳細(xì)地表明的圖24流程圖的一部分。
圖26A和圖26B分別是按照本發(fā)明第五實(shí)施例的溫度計(jì)的側(cè)視圖和底視圖。
圖27A是圖26B沿線27A-27A所取的截面圖，而圖27B是圖27A溫度計(jì)的絕緣層的底視圖。
這里的全部附圖中某些相似的部件以同一數(shù)字表示，雖然它們可能是不同溫度計(jì)的部件，而且可能因?yàn)檎f明的簡潔而未作重復(fù)的敘述。
發(fā)明詳述本發(fā)明下面將用舉例方式說明。圖1表明Tb是病人內(nèi)部位置待估計(jì)的溫度，T1是暴露于外部的體表位置上的溫度，該位置與目標(biāo)位置的分隔距離為h。軀體的導(dǎo)熱率表示為λ。如果在表面位置熱流動(dòng)的通量為q1，則它可表示為q1＝-λ(dT1/dx)＝-λ(T1-Tb)/h這里X表示連接軀體內(nèi)部目標(biāo)位置和表面位置的直線的方向，在該表面位置上測量體表溫度和熱通量(在圖1中qb指明在軀體內(nèi)部位置的熱通量)。根據(jù)上述，可得Tb＝T1+(h/λ)q1(1)這意味著如果測量兩組或更多組T1和q1的值，則Tb的值就可以估算。
熱傳導(dǎo)的基本微分方程可以寫成如下式∂T1/∂t=α(∂2T1/∂X2)]]>這里α是熱擴(kuò)散率。如果在它的解中包含二階項(xiàng)，則由于q1＝-λ(dT1/dx)這將給出Tb＝T1+(h/λ)q1+(h2/2α)(dT1/dt) (2)這意味著如果能測量三組或更多組T1、q1和dT1/dt的值，就可估算Tb的值。
如果方程是零階的，則在軀體內(nèi)部位置的溫度可以由最少一次測量來估算因?yàn)檫@時(shí)沒有必要考慮到隨時(shí)間的變化。通過在多個(gè)時(shí)間進(jìn)行測量，即使利用零階方程也能得到精確結(jié)果。如果使用更高階的方程，甚至更加精確的估算也成為可能。
在上面，病人的軀體的表面溫度T1可以用溫度傳感器測量，而熱通量可以用熱通量傳感器測量。實(shí)際上可用的溫度傳感器的例子包括IC溫度傳感器，它們利用諸如鉑電阻、熱敏電阻、熱電偶和晶體管等的溫度特性。熱通量傳感器的例子包括分層結(jié)構(gòu)和熱電堆。
圖2表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的電子溫度計(jì)1，它包括其形狀大體上是矩形平行六面體的主體2和從主體2水平地伸出的探頭3以便讓使用者可以握住主體2而將探頭插入到手臂下或舌下。主體2含有諸如LCD這樣的顯示器件4以顯示像測量值這樣的數(shù)據(jù)和電源開關(guān)5。探頭3的截面大體上是圓形，如圖3所示，它的外表面覆蓋一層薄的材料6，例如具有高導(dǎo)熱率的SUS。在這層覆蓋材料6的內(nèi)表面上，相互靠近地設(shè)置有溫度傳感器7和熱通量傳感器8。在這個(gè)覆蓋材料6的整個(gè)內(nèi)表面上覆蓋一層熱絕緣材料構(gòu)件9。按照本發(fā)明的第二實(shí)施例在此絕緣層9的內(nèi)表面上設(shè)置有加熱器10。前述本發(fā)明的第一實(shí)施例則認(rèn)為沒有這一加熱器10。
溫度傳感器7和熱通量傳感器8最好是盡可能相互靠近以便處于同一溫度下。如果它們是互相絕緣的，則它們可以設(shè)置成相互接觸。絕緣層9是中空的，它在內(nèi)部圍繞一個(gè)空間90。從溫度傳感器7和熱通量傳感器8來的引出線(未示出)可以通過那里而到達(dá)主體2。絕緣層9可以采用薄膜的形式以便使引出線能夠沿著薄膜用的護(hù)壁板延伸到主體2?？梢允褂孟癖⒛猃?、聚酰亞胺、聚酯和聚乙烯這樣的樹脂材料的薄膜來作絕緣構(gòu)件9。如果溫度傳感器7和熱通量傳感器8設(shè)置成相互靠近，則探頭3可做得緊湊。更進(jìn)一步，如果溫度傳感器7和熱通量傳感器8設(shè)置成彼此靠近，則探頭3的總體積和它的熱容量可以減少，而這對于加速對溫度變化的響應(yīng)具有良好效果，因而可減少完成測量所需的時(shí)間。此外，設(shè)計(jì)選擇的自由度也得到改善。由于溫度傳感器7和熱通量傳感器8是設(shè)置在絕緣層9上的，因而從目標(biāo)軀體來的熱對溫度和熱通量的影響可以降低或消除，且傳感器的信噪比可得到改善以得到更高精度的測量。
如圖4所示，電子溫度計(jì)1包括控制器12，驅(qū)動(dòng)器13，模數(shù)變換器14、計(jì)算器15，存儲器16，電源17和蜂鳴器18，另外還加上前述的溫度傳感器7，熱通量傳感器8，電源開關(guān)5和顯示器件4?？刂破?2含有CPU，它用來控制作為整體的溫度計(jì)。驅(qū)動(dòng)器13用于在從控制器12收到的信號的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)溫度傳感器7和熱通量傳感器8。從驅(qū)動(dòng)器13輸出的信號由模數(shù)變換器14轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入到計(jì)算器15。計(jì)算器15執(zhí)行各種計(jì)算，例如根據(jù)從模數(shù)變換器14收到的數(shù)字信號及/或存放在存儲器16中的測到的溫度和熱通量值來估算目標(biāo)軀體內(nèi)部位置的溫度，并將它計(jì)算的結(jié)果輸出到控制器12。簡而言之，計(jì)算器15用來將規(guī)定的數(shù)據(jù)存入存儲器16并從存儲器16恢復(fù)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的過程。電源17可包括一組電池并用于向控制器12和驅(qū)動(dòng)器13提供電源。電源開關(guān)5用于接通和切斷從電源17來的電力供應(yīng)。蜂鳴器18用于響應(yīng)從控制器12來的命令而產(chǎn)生一種規(guī)定的聲響以提醒使用者某種情況。按照其中含有加熱器10的實(shí)施例，加熱器是通過驅(qū)動(dòng)器13操作的。
下面參照圖5來說明測量體內(nèi)溫度的過程。當(dāng)開關(guān)5接通(步驟S101)時(shí)，利用溫度傳感器7進(jìn)行預(yù)備性溫度測量(步驟S102)以確定這一初步獲得的溫度是否在規(guī)定的范圍以內(nèi)(步驟S103)。如果測定的溫度不在規(guī)定范圍以內(nèi)(步驟S103中的“否”)，則在顯示器件4上將這一結(jié)果進(jìn)行顯示(步驟S104)并切斷電源(步驟S105)。
如果預(yù)備性測定的溫度是在規(guī)定的范圍以內(nèi)(步驟S103中的“是”)，則在顯示器件4上對這一結(jié)果進(jìn)行顯示(步驟S106)如圖6A所示，且蜂鳴器也會(huì)鳴叫以通知該溫度計(jì)已準(zhǔn)備好供使用。然后通過驅(qū)動(dòng)器13操作溫度傳感器7和熱通量傳感器8且采集T1、q1和dT1/dt的值(步驟S107)。這時(shí)這些數(shù)據(jù)被計(jì)算器15所使用以估算在內(nèi)部目標(biāo)位置上的溫度(步驟S108)。
然后是程序檢查以確定開始標(biāo)志(下面將要解釋)是否為“1”(步驟S109)。如果開始標(biāo)志是“0”(步驟S109中的“否”)，則檢查使溫度測量開始的規(guī)定條件(將在下面解釋)是否得到了滿足(步驟S110)。如果發(fā)現(xiàn)這一條件已滿足(步驟S110中的“是”)，則在顯示器件4上顯示測量正在進(jìn)行(步驟S111)。圖6B表明這種顯示的一個(gè)例子，它使得符號“C”閃爍。然后該開始標(biāo)志置成“1”(步驟S112)而程序返回到步驟S107。
如果在步驟S109中開始標(biāo)志為“1”，則檢查(將在下面詳細(xì)解釋)是否已采集到足以供一次測量的數(shù)據(jù)(步驟S113)。如果還沒有采集到足夠的數(shù)據(jù)(步驟S113中的“否”)，則程序回到步驟S107以重復(fù)采集數(shù)據(jù)。如果已采集到足夠的數(shù)據(jù)(步驟S113中的“是”)，則測量的結(jié)果顯示在顯示器件上，例如如圖6C所示，且導(dǎo)致蜂鳴器18鳴叫兩次以指明測量結(jié)果已顯示(步驟S114)。在此以后，在等待一段規(guī)定長度的時(shí)間后(步驟S115)電源就自動(dòng)切斷(步驟S115)。
在上面解釋的程序從步驟107到步驟113這一部分更詳細(xì)地顯示于圖7中。在使顯示器4顯示它已準(zhǔn)備好進(jìn)行測量之后，T1、q1和dT1/dt的值測量了3次(步驟S107-1)，而目標(biāo)位置溫度計(jì)算則進(jìn)行第一次(n＝1)(步驟S108-1)。由于在這一時(shí)刻開始標(biāo)志仍處于復(fù)位“0”，所以程序進(jìn)行到步驟S110，并且如上面所解釋，要檢查測量開始的條件。這種條件可以是，例如，計(jì)算出的溫度在35-42℃的范圍內(nèi)，但這并不是想限制本發(fā)明的范圍。
如果計(jì)算的溫度不在這樣的規(guī)定范圍內(nèi)，或者開始測量的規(guī)定條件未被滿足(步驟S110中的“否”)，則程序進(jìn)行到步驟S113(如圖5所示)并檢查是否已采集到足夠用于測量的數(shù)據(jù)。這種判斷可以通過檢驗(yàn)多個(gè)連續(xù)計(jì)算的溫度值是否接近于相等(例如到小數(shù)點(diǎn)后兩位)。由于這是第一次(n＝1)計(jì)算而且沒有別的結(jié)果可作比較，因此在步驟S113可得出結(jié)論還沒有采集到足夠的數(shù)據(jù)因此程序回到步驟107以重復(fù)采集數(shù)據(jù)。如果在步驟S110中規(guī)定的條件已滿足，則出現(xiàn)如圖6B所示的顯示(步驟S111)且開始標(biāo)志置成“1”(步驟S112)如參考圖5所說明的那樣，同時(shí)測量T1、q1和dT1/dt(步驟S107-2)以便第二次計(jì)算溫度(步驟S108-2)。由于開始標(biāo)志已置成“1”，程序進(jìn)行到步驟S113以檢查是否采集到足夠的數(shù)據(jù)。如果沒有，程序回到步驟S107。如果采集到了足夠的數(shù)據(jù)，則顯示測量結(jié)果(步驟S114)。
確定是否已采集到足夠的測量用數(shù)據(jù)可以通過檢驗(yàn)多個(gè)相繼計(jì)算的溫度值是在例如0.01℃的范圍之內(nèi)而進(jìn)行。
圖8A和8B表示另一個(gè)電子溫度計(jì)11，它可以認(rèn)為是本發(fā)明第一實(shí)施例的一種變異，其結(jié)構(gòu)為矩形平行六面體形狀，一端是半圓形，在那里是一個(gè)圓柱突出物形式的探頭20。包括一個(gè)LCD的顯示器件4和電源開關(guān)5位于相對表面。
如圖9A所示，探頭20的上表面和側(cè)表面覆蓋著例如一SUS的覆蓋層26。溫度傳感器7和熱通量傳感器8設(shè)置在覆蓋層26頂部26a的下部表面上。圓盤形的絕緣構(gòu)件9位于覆蓋層26頂部26a的下面，使溫度傳感器7和熱通量傳感器8與覆蓋層26的頂部26a成為夾層。加熱器10可以設(shè)置在(按照本發(fā)明的第二實(shí)施例)絕緣構(gòu)件9的下表面上。如圖9B所示，溫度傳感器7和熱通量傳感器8相互鄰近地位于覆蓋層26的頂部26a上。
這樣結(jié)構(gòu)的溫度計(jì)11特別有利于讓嬰兒使用，因?yàn)槿藗儠?huì)感到難于把探頭穩(wěn)當(dāng)?shù)貖A在手臂間或放在舌下。
其次，將參照圖10來說明按照本發(fā)明第二實(shí)施例進(jìn)行溫度測量的過程。如上面簡單地解釋的那樣，圖4也表明按照本發(fā)明第二實(shí)施例的溫度計(jì)21，它與按照本發(fā)明第一實(shí)施例的溫度計(jì)1的不同之處在于有一個(gè)加熱器10，它由控制器12來的信號驅(qū)動(dòng)，如圖4所示。
溫度計(jì)21中的加熱器10的用途是預(yù)熱溫度傳感器7和熱通量傳感器8，以初步地減少在需要估算的目標(biāo)軀體內(nèi)部位置上的溫度和在溫度傳感器7和熱通量傳感器8的溫度之間的初始溫差，以便能夠減少測量所需的時(shí)間。將加熱器10與溫度傳感器7和熱通量傳感器8分隔開的絕緣層9允許它們緊密地設(shè)置在一起從而使探頭3可以做得緊湊并使溫度變化得到穩(wěn)定以便作更精確的測量。
在圖10中，步驟S201-S205分別和圖5的步驟S101-S105相同，因此不再重復(fù)解釋。但是，在這個(gè)溫度計(jì)21中，在步驟S206中要在步驟S202中初步測量的溫度的基礎(chǔ)上確定是否需要預(yù)熱。例如，可以設(shè)定如果測得的溫度低于某一預(yù)定水平，例如30℃，則可以認(rèn)為需要這樣的預(yù)熱。
如果確定需要預(yù)熱(步驟S206中的“是”)，則在步驟S207中加熱器10動(dòng)作直到測得的溫度表明預(yù)熱已不再需要(步驟S206中的“否”)，這時(shí)在顯示器件上進(jìn)行顯示“就緒”(步驟S208)。從步驟S208的結(jié)束到步驟S217的過程與圖5所示的從步驟S106到步驟S115的過程是相同的因此不再重復(fù)說明。需要指出的是加熱器10的加熱在進(jìn)行測量之前就已完成，在測量時(shí)加熱器10是不工作的。
下面將參照圖11來說明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的示于圖12和13的溫度計(jì)31的測溫原理。
第三實(shí)施例的特征在于使用了兩個(gè)具有不同導(dǎo)熱率值的絕緣構(gòu)件，或者通過測量在不同的表面位置上的溫度T1和T2來估算在目標(biāo)軀體內(nèi)部位置上的溫度Tb，這兩個(gè)表面位置分別與目標(biāo)位置的距離為h并通過熱導(dǎo)率為λ1和λ2的絕緣層。這樣，通過求解熱傳導(dǎo)微分方程并保留二階項(xiàng)，如上面所做的那樣，我們得到Tb＝Ts1+(h/λb)q1+(h2/2α1)(dT1/dt)
Tb＝Ts2+(h/λb)q2+(h2/2α2)(dT2/dt)其中λb是軀體的導(dǎo)熱率，Ts1和Ts2分別是在軀體與第一及第二絕緣構(gòu)件之間的接觸表面上的溫度，q1和q2分別是通過第一和第二絕緣構(gòu)件的熱通量，而且α1和α2分別是第一和第二絕緣構(gòu)件的熱擴(kuò)散率。由于我們還有q1＝-λ1(dT1/dx)＝-λ1(T1-Ts1)/Xq2＝-λ2(dT2/dx)＝-λ2(T2-Ts2)/X這里X是絕緣構(gòu)件的厚度，如圖11所示，我們可得到如下形式的聯(lián)立方程Tb＝Ts1+A(Ts1-T1)+B(dT1/dt)Tb＝Ts2+C(Ts2-T2)+D(dT2/dt) (3)如果兩個(gè)溫度傳感器相互間緊密安放且兩個(gè)絕緣構(gòu)件都與軀體表面接觸，則Ts1＝Ts2。這樣，通過測量T1、T2、dT1/dt和dT2/dt，就可能估算Tb?？傊?，通過測量在表面位置的溫度和它們經(jīng)過具有不同導(dǎo)熱率值的絕緣構(gòu)件的隨時(shí)間變化的速率來估算活的軀體內(nèi)部位置的溫度是有可能的。
除了使用如上面所說明的兩個(gè)不同的絕緣構(gòu)件之外，也可以使用兩個(gè)具有相同的導(dǎo)熱率但具有不同厚度的絕緣構(gòu)件。
圖12表示按照本發(fā)明第三實(shí)施例的溫度計(jì)31的外部視圖。由于它的外觀和按照第一實(shí)施例的溫度計(jì)是相同的，圖2中所用的相同符號也用于相應(yīng)的各部件并且也不再參照圖12作重復(fù)的說明。圖13表示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它的探頭33與圖3所示的探頭3相同，其不同之處在于絕緣構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，它具有不同導(dǎo)熱率值的第一絕緣層39a和第二絕緣層39b并設(shè)置在蓋6的內(nèi)表面上。第一溫度傳感器37a在第一絕緣層39a的內(nèi)表面上而第二溫度傳感器37b在第二絕緣層39b的內(nèi)表面上。加熱器10可以設(shè)置在(按照本發(fā)明的第四實(shí)施例)絕緣層39a和39b的任一個(gè)的內(nèi)表面上并與第一和第二溫度傳感器37a和37b相對，跨越絕緣層39a和39b的內(nèi)部中空90而與之分隔開。連接到溫度傳感器37a和37b的引出線(未示出)可以通過這一內(nèi)部中空90延伸。按照第三實(shí)施例的溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于它們比起需要使用熱通量傳感器的實(shí)施例來不那么昂貴。
圖14表示溫度計(jì)31的內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)，它與圖4所示的方塊圖相似，不同之處在于第一和第二溫度傳感器37a和37b取代了圖4的溫度傳感器7和熱通量傳感器8。
下面將參照圖15說明測量體內(nèi)溫度的過程。在圖15中，步驟S301-S305和關(guān)掉電源的步驟S315分別與圖5的步驟S101-S105及步驟S115相同，因此不再重復(fù)說明。不過，在使用這一溫度計(jì)31時(shí)，在步驟S302中使用第一或第二溫度傳感器37a或37b來作溫度的預(yù)備性測量而在步驟S307中采集的是4個(gè)數(shù)據(jù)T1、T2、dT1/dt和dT2/dt。
圖16更詳細(xì)地表明了圖15的流程圖中從步驟S307到S313的部分。這和上面參考圖7而說明的那部分相同，不同處在于在步驟S307-1和S307-2中采集的是4種數(shù)據(jù)T1、T2、dT1/dt和dT2/dt，由于要得到的是這4個(gè)變量，因此數(shù)據(jù)必須采集4次或更多次。如上所說明的，更進(jìn)一步，在步驟S313中的確定可通過檢驗(yàn)多個(gè)相繼計(jì)算的溫度值是否在例如0.01℃之內(nèi)而進(jìn)行。
圖17A和17B表明另一種溫度計(jì)301，它是第三實(shí)施例的一種變異，在它的主要表面之一的一端具有突出的矩形圓柱狀探頭320，并有位于相反表面上的包括LCD的顯示裝置4和電源開關(guān)5。圖18A和18B表示探頭320的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在它的頂表面和側(cè)表面覆蓋著含有SUS材料的薄膜326。具有不同傳導(dǎo)率值的熱絕緣構(gòu)件39a和39b彼此相鄰地設(shè)置在絕緣構(gòu)件326的頂部326a的下面。絕緣構(gòu)件326的側(cè)壁部分表示為326b。加熱器(未示出)可以設(shè)置在任一絕緣構(gòu)件39a和39b的下表面上(按照本發(fā)明的第四實(shí)施例)。第三實(shí)施例的這一變異對嬰兒的使用是方便的，因?yàn)樗麄儠?huì)發(fā)現(xiàn)難于穩(wěn)定地將探頭放在手臂下或舌下。
圖13和14也表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例的溫度計(jì)41，它與第三實(shí)施例的不同在于包括一個(gè)加熱器10，適合于被從驅(qū)動(dòng)器13發(fā)送來的信號所驅(qū)動(dòng)。第四實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于加熱器10預(yù)熱了溫度傳感器37a和37b以及絕緣構(gòu)件39a和39b從而可減少溫度測量所需的時(shí)間。
然后參照圖19來說明使用按照本發(fā)明第四實(shí)施例的溫度計(jì)41來測量體內(nèi)溫度的過程。在圖19中，步驟S401-S405以及S408-S416分別和圖5的步驟S101-S105以及S106-S115相同，因此不再重復(fù)解釋。但是，在這一溫度計(jì)41中，在步驟S406中要根據(jù)在步驟S402中預(yù)備性測得的溫度來確定是否需要預(yù)熱。例如，可以設(shè)定，如果測得的溫度是在某個(gè)規(guī)定水平例如30℃之下，則這樣的預(yù)熱可認(rèn)為是必要的。如果在步驟S406中確定了需要預(yù)熱步驟，則加熱器10動(dòng)作以便預(yù)熱(步驟S407)就像參照圖10中步驟S207所做的那樣。
然后參照圖20來說明按照本發(fā)明第五實(shí)施例示于圖21和22的溫度計(jì)51的測量溫度的原理。
第三實(shí)施例的特征在于根據(jù)由與軀體表面相接觸的溫度傳感器檢測到的表面溫度T3和與軀體表面經(jīng)過一熱絕緣體相接觸的加熱器的規(guī)定溫度T4來估算與軀體表面相隔距離為h的軀體內(nèi)部目標(biāo)位置上的溫度Tb。如果ρ是絕緣體的密度，c是它的比熱，X是它的厚度，λ是它的導(dǎo)熱率，λb是軀體的導(dǎo)熱率，q3是經(jīng)過絕緣體的熱通量，而qb是經(jīng)過軀體的熱通量，則可以根據(jù)守恒定律得到ρcX(dT3/dt)＝qb-q3＝-λb(dT3/dt)+λ(dT4/dt)或dT3/dt＝ω1(Tb-T3)-ω2(T3-T4)這里ω1＝λb/ρcXh，以及ω2＝λρcX2這樣，由于T4是已知溫度，所以Tb可以通過測量dT3/dt和T3的兩個(gè)或更多個(gè)值來估算。
如圖21所示，溫度計(jì)51的外觀和按照第一實(shí)施例示于圖2中的溫度計(jì)1是相同的。它的探頭53的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也和圖3所示的溫度計(jì)1的相似，不同之點(diǎn)在于溫度傳感器7設(shè)置在蓋6的內(nèi)表面上，同時(shí)熱絕緣構(gòu)件9的設(shè)置是使溫度傳感器7與蓋6形成夾層。絕緣構(gòu)件9是圓柱形的并有中空的內(nèi)部90。恒溫加熱器52位于絕緣構(gòu)件9的內(nèi)部表面上，其位置與溫度傳感器7相對。連接到溫度傳感器7和加熱器52引出線(未示出)通過這個(gè)中空內(nèi)部90延伸。
如圖23所示，溫度計(jì)51的內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)與圖4所示的溫度計(jì)1的相似，不同處在于提供一個(gè)恒溫加熱器52，它按照由控制器12所輸出的信號由驅(qū)動(dòng)器13驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)在軀體溫度和環(huán)境溫度間存在著明顯差別的情況下，熱量從軀體內(nèi)部的目標(biāo)位置流向溫度傳感器7所經(jīng)過的介質(zhì)要由加熱器來加熱以便減少這種溫度差。按照這一方式，包括溫度傳感器7的探頭53的溫度變化會(huì)得到穩(wěn)定。這樣，精確測量就成為可能而且測量所需的時(shí)間也可減少。這一實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)在于探頭53有較為簡單的結(jié)構(gòu)，基本上只包括溫度傳感器7和恒溫加熱器52，從而使選擇部件定位的自由度得到改進(jìn)。在溫度傳感器7和加熱器52之間存在的絕緣構(gòu)件9用來建立一個(gè)穩(wěn)定的溫度梯度，以使溫度傳感器可以放在一適于測量的溫度條件下。
然后參照圖24來說明使用按照本發(fā)明的第四實(shí)施例的溫度計(jì)51測量體內(nèi)溫度的過程。在圖24中，步驟S501-S505以及S510-S518分別和圖5中的步驟S101-S105以及S107-S115相同，因此不再重復(fù)解釋。不過，在這一溫度計(jì)51的情況中，在步驟S502中測得的溫度如果是在規(guī)定的范圍之內(nèi)則加熱器52接通(步驟S506)且溫度由溫度傳感器7測量(步驟S507)。如果溫度不穩(wěn)定，(步驟S508中的“否”)，則程序回到步驟S506。如果溫度是穩(wěn)定的(步驟S508中的“是”)，則其效果是顯示它已準(zhǔn)備好進(jìn)行測量(步驟S509)。在步驟S510中，與步驟S107不同，采集的是兩種數(shù)據(jù)T1和dT1/dt，且在采集數(shù)據(jù)時(shí)加熱器52被切斷。由于加熱器52的用途是保持在恒定的溫度水平上，所以它可以間斷地接通和切斷。
圖24的流程圖中從步驟S510到S517的部分更詳細(xì)地示于圖25中。從步驟S510-1到S517的過程與上面參考圖7所作解釋是相同的，不同之處在于在本實(shí)施例中在S510-1和S510-2各步驟中采集的是兩種類型的數(shù)據(jù)T1和dT1/dt，由于需要得到兩個(gè)變量T1和dT1/dt，該數(shù)據(jù)必須至少采集兩次。如上面所解釋的，更進(jìn)一步，在步驟S516中的確定可以通過檢驗(yàn)多個(gè)相繼計(jì)算的溫度值是否在例如0.01℃之內(nèi)而作出。
圖26A和26B表明另一種溫度計(jì)501，它是第五實(shí)施例的一個(gè)變異，突出于它的主表面之一的一端具有一矩形圓柱狀探頭520，而包括LCD的顯示裝置4和電源開關(guān)S則設(shè)置在相對表面上。圖27A和27B表明探頭520，它具有覆蓋著SUS或類似物材料的薄膜526的頂表面和側(cè)表面。溫度傳感器7設(shè)置在蓋526的頂部526a的下面。絕緣材料526的側(cè)壁部分指明為526b。熱絕緣構(gòu)件59設(shè)置在蓋526的頂部526a的下面，以使溫度傳感器7與蓋526的頂部526a形成夾層。恒溫加熱器52設(shè)置成與絕緣構(gòu)件59相接觸。在絕緣構(gòu)件59和蓋526的底部之間是個(gè)中空的空間53。第五實(shí)施例的這一變異在用于嬰兒時(shí)是方便的，因?yàn)樗麄兛赡馨l(fā)現(xiàn)難于將探頭牢固地夾在手臂下或在舌下。
在使用實(shí)施本發(fā)明的任何電子溫度計(jì)時(shí)，軀體內(nèi)部目標(biāo)位置的溫度是通過實(shí)時(shí)地對軀體外表面進(jìn)行測量并使用熱傳導(dǎo)方程計(jì)算的。因此，測量可以精確和快捷地進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種電子體溫計(jì)，包括一第一溫度傳感器和一第二溫度傳感器各自用于測量溫度；一第一熱絕緣構(gòu)件，它設(shè)置在上述第一溫度傳感器和待測的目標(biāo)軀體之間；一第二熱絕緣構(gòu)件，它設(shè)置在上述第二傳溫度傳感器和上述目標(biāo)軀體之間，所述第一和第二熱絕緣構(gòu)件具有不同的熱傳導(dǎo)率值；一用于控制上述第一和第二溫度傳感器以在規(guī)定的時(shí)間段進(jìn)行測量的控制器；一用于存儲由上述第一溫度傳感器得到的第一測定值和由上述第二溫度傳感器得到的第二測定值的存儲器；以及一用于根據(jù)上述第一和第二測定值來計(jì)算在規(guī)定的軀體內(nèi)部位置上估算溫度的計(jì)算器。
2.如權(quán)利要求1的溫度計(jì)，還包括一加熱器。
3.如權(quán)利要求1或2的溫度計(jì)，還包括一探頭，它是平面形的且含有上述第一和第二溫度傳感器。
全文摘要
一種電子體溫計(jì)含有一探頭，它包括溫度傳感器和熱通量傳感器，它們被控制在規(guī)定時(shí)間段進(jìn)行測量。測得的值被用于求解熱傳導(dǎo)方程以估算在軀體內(nèi)位置的溫度?？砂ㄒ粋€(gè)加熱器以預(yù)熱軀體的一部分，以便減少測量所需的時(shí)間。該探頭可使用兩個(gè)溫度傳感器以通過絕緣構(gòu)件測量兩個(gè)軀體表面位置的溫度，該兩個(gè)絕緣構(gòu)件具有不同的熱傳導(dǎo)率。
文檔編號G01K1/16GK1595079SQ20041008566
公開日2005年3月16日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者時(shí)田宗雄, 中嶋聰, 卷田茂 申請人:歐姆龍健康醫(yī)療事業(yè)株式會(huì)社