專利名稱：測定溫度的方法和具有多個紅外傳感器元件的輻射溫度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用具有多個紅外傳感器元件的輻射溫度計測定溫度的方法，并涉及這種類型的溫度計。
現(xiàn)有工藝的輻射溫度計僅具有位于距離光學(xué)波導(dǎo)管端部預(yù)定長度的單個紅外傳感器元件。結(jié)果，只是來自預(yù)定的、依賴于距離的立體角范圍內(nèi)的射線照射到傳感器元件上。這樣，例如，設(shè)計用來在耳朵內(nèi)測定病人體溫的紅外溫度計的探頭應(yīng)這樣加工，使得傳感器元件的視場只是耳鼓膜的近似尺寸?？墒?，傳感器元件的視場通常覆蓋著具有不同溫度的耳鼓膜和耳道的各一部分。因此，測得的溫度不是真實體溫代表的耳鼓膜溫度，而是介于耳鼓膜和耳道溫度之間。這樣，溫度讀數(shù)的精確性依賴探頭在耳道中的位置，即依賴其距離耳鼓膜的距離和它與耳道形成的角度。
從專利WO95/14913知道，一種耳內(nèi)溫度計具有在光學(xué)波導(dǎo)管端部的多個傳感器元件，從而接受來自不同立體角范圍內(nèi)的射線。通過對傳感器元件提供的信號進(jìn)行相應(yīng)的評估獲得溫度讀數(shù)。盡管該溫度讀數(shù)相對獨立于探頭在耳道中的位置，但是它也不與真實耳鼓溫度對應(yīng)，而是一個中間值。
本發(fā)明的目的是提供一種測定溫度的方法和具有簡單結(jié)構(gòu)的輻射溫度計，本溫度計可以選擇性地測量僅僅充滿本溫度計部分視場的物體的溫度，特別是測定耳鼓膜的溫度。
實施本發(fā)明的思想是通過與其余溫度信號相比來測定那些與最高/最低溫度值相對應(yīng)的特定的傳感器元件的溫度信號。按照這種方式，例如，用來測定病人溫度的耳內(nèi)溫度計忽略溫度計視場中的較冷區(qū)是可能的。按照經(jīng)驗這些較冷區(qū)和耳道相關(guān)。當(dāng)然，應(yīng)該理解對其它應(yīng)用場合，也可以忽略較熱區(qū)。
即使耳鼓膜完全在溫度計視場外時，傳感器元件測定的峰值溫度與所有測量溫度的平均值相比或者與只具有單個傳感器元件的傳統(tǒng)耳內(nèi)溫度計測定的平均溫度相比，也更接近耳鼓膜溫度。這樣，解析式輻射溫度計，即具有探測來自不同區(qū)域紅外線并產(chǎn)生相應(yīng)溫度信號的多個紅外傳感器元件的溫度計，在這種情況下也能提供比傳統(tǒng)溫度計更精確的讀數(shù)。
因此，本發(fā)明方法應(yīng)用在耳內(nèi)溫度計中進(jìn)行溫度測定時，通過確定作為溫度計視場中最高溫度區(qū)的耳鼓膜的相對位置，來考慮在耳朵內(nèi)的溫度分布，其中只是使用傳感器元件的峰值信號來確定溫度。當(dāng)耳鼓膜只占據(jù)溫度計視場中很小的區(qū)域時，即當(dāng)高溫信號數(shù)目相對于溫度信號的總數(shù)降低至低于預(yù)定的臨界值時，估測裝置發(fā)出警告信號，來指導(dǎo)使用者重新校正溫度計在耳道內(nèi)的位置。
可是，如果環(huán)境溫度和體溫一樣高或高于體溫，那么即使解析式溫度計也不能探測出表現(xiàn)為升高溫度的區(qū)域，因為此時在耳道溫度和耳鼓膜溫度之間不再存在任何差別。這樣，在此情況下，測定所有溫度的平均值而不是峰值溫度也是可能的。因此，估測裝置在發(fā)出警告信號之前考慮環(huán)境溫度是必要的。
當(dāng)溫度計視場的邊緣區(qū)域內(nèi)存在更高的溫度值時，優(yōu)選地可輸出另一個信號。特別是一個指示信號，用于指示使用者在耳道內(nèi)翻轉(zhuǎn)溫度計，以便更好地采集由耳鼓膜發(fā)射的紅外線。
本發(fā)明的一個實施例涉及測定溫度的方法以及具有多個紅外傳感器元件的輻射溫度計，它會在下文參照


。其它實施例都參見說明書。唯一的圖中示意表示了本發(fā)明的耳內(nèi)溫度計的探頭。
通過參照一個紅外耳內(nèi)溫度計實例來說明本發(fā)明的方法，其中輻射傳感器具有以矩陣形式布置的獨立傳感器元件Eij，下標(biāo)i和j分別表示各傳感器元件所在的行和列。每一個傳感器元件Eij發(fā)出一個與溫度值Tij對應(yīng)的溫度信號Sij。
在本發(fā)明方法中，溫度值Tij中的溫度峰值Tmax作為溫度測量值T輸出。溫度峰值的確定既可以利用包括諸如比較器或微分器和采樣-保持電路在內(nèi)的模擬電路完成，也可以利用包括諸如A/D轉(zhuǎn)換器和合適軟件的數(shù)字電路完成。
附圖示意表示本發(fā)明的輻射溫度計探頭10，它處于部分插入耳道50的位置。同樣示意表示出在耳道內(nèi)端有一個耳鼓膜55。探頭10包括一個由多個以矩陣形式布置的傳感器元件Eij組成的紅外傳感器20。探頭在其頂端有一個允許紅外射線進(jìn)入探頭內(nèi)部照射傳感器20的窗口12。一個由透鏡30組成的光學(xué)系統(tǒng)布置在傳感器20和窗口12之間。透鏡30在傳感器元件上生成位于溫度計視場中的耳道區(qū)或耳鼓膜區(qū)的像。
紅外透明材料的合適透鏡利用諸如聚乙烯、硅或硒化鋅制造。由聚乙烯制造的菲涅爾透鏡尤其廉價。在最簡單情況下，單個透鏡足夠了?？墒牵瑸楂@得在耳道中盡可能深的大張開角，內(nèi)窺鏡類型的透鏡系統(tǒng)實際上是有益的。適當(dāng)形成的光學(xué)系統(tǒng)，如鍍金凹面鏡也適合替代透鏡。并且，紅外射線光導(dǎo)纖維束或反射管也是可行的。
為了檢測耳朵內(nèi)的峰值溫度，光學(xué)系統(tǒng)沒有必要在紅外傳感器上生成耳鼓膜和內(nèi)耳道的像；使用適當(dāng)設(shè)置的光學(xué)元件，例如平面鏡、棱鏡、光學(xué)管或光學(xué)纖維便足以將輻射溫度計的視場投射到一個一維傳感器陣列上。在這種情況下，通過在耳道內(nèi)移動溫度計可以獲得二維映像。
探測紅外射線的合適裝置一般包括眾所周知的紅外探測器，例如熱電堆、測輻射熱元件、熱電傳感器或半導(dǎo)體傳感器。
可是，在估測在耳朵內(nèi)的測量溫度的分布時，獲得進(jìn)一步的信息也是可能的。例如，當(dāng)測得的溫度分布顯著偏離耳朵內(nèi)的正常分布時(較熱的耳鼓和較冷的耳道)，使用者可警覺到操作偏差。
通常輻射傳感器元件不但對輻射熱響應(yīng)，而且對對流和傳導(dǎo)熱也響應(yīng)。例如，為避免合成測量偏差，傳感器元件順序成對連接也是可能的。然后，每對中的一個傳感器元件暴露在待測量的射線下，而另一個傳感器元件或多或少進(jìn)行屏蔽。在專利DE197 10 946.2中描述了相應(yīng)的傳感器。作為一種選擇，可以設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)，使得至少一個傳感器元件不是探測測量目標(biāo)(即耳朵)，而探測一個參照點，例如探測溫度已知的一個膜片，這可參照專利EP 0 642 656 B1。
權(quán)利要求
1．一種利用具有探測來自不同區(qū)域紅外線并產(chǎn)生相應(yīng)溫度信號的多個紅外傳感器元件的輻射溫度計測定溫度的方法，特別是測定病人耳朵內(nèi)的溫度，其特征在于，僅僅使用與其它傳感器元件相比給出峰值溫度(Tmax)的特定傳感器元件(Eij)的溫度信號(Sij)來確定溫度。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)高溫度值的數(shù)目相對于由所述傳感器元件提供的溫度值總數(shù)降低至低于預(yù)定的臨界值時產(chǎn)生警告信號。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，環(huán)境溫度在體溫范圍內(nèi)或高于體溫時不產(chǎn)生所述警告信號。
4．如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述較高溫度值位于溫度計視場邊緣區(qū)域時，產(chǎn)生一個信號。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述信號表明使用者需要在耳道內(nèi)繞樞軸轉(zhuǎn)動溫度計。
6．一種實施按照上述任一權(quán)利要求所述方法的輻射溫度計，其具有探測來自不同區(qū)域紅外線的多個紅外傳感器元件，其特征在于，所述溫度計包括一個光學(xué)系統(tǒng)(30)，所述光學(xué)系統(tǒng)至少包括透鏡、平面鏡和/或多條光導(dǎo)纖維或反射管，它們能夠?qū)碜圆煌瑓^(qū)域的紅外線引導(dǎo)至單獨的傳感器元件(Eij)。
7．如權(quán)利要求6所述的輻射溫度計，其特征在于，所述傳感器元件(Eij)以行或矩陣方式布置。
8．如權(quán)利要求6或7所述的輻射溫度計，其特征在于，至少提供一個待測量物體發(fā)出的紅外射線被屏蔽掉的傳感器元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用具有探測來自不同區(qū)域紅外線并產(chǎn)生相應(yīng)溫度信號的多個紅外傳感器元件的輻射溫度計測定溫度的方法,特別是一種測定病人耳朵內(nèi)的溫度的方法。本發(fā)明方法基于這樣的事實,即耳鼓膜的溫度高于耳道的溫度。因此觀測到耳鼓膜的部分傳感器元件檢測到比觀測到耳道的其它傳感器元件更高的溫度。按照本發(fā)明,僅使用與其它傳感器元件相比給出峰值溫度的傳感器元件的溫度信號來測量評估溫度。
文檔編號G01K13/00GK1316051SQ99810400
公開日2001年10月3日 申請日期1999年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月16日
發(fā)明者貝恩哈德·克勞斯, 弗朗克·比爾沃思 申請人:布勞恩有限公司