红外辐射式体温计的研制

    引言

    临床医学中,体温是一个重要的生理参数,病人的体温为医生提供了生理状态的重要信息。传统的体温计主要有两种,水银式体温计和电子式体温计,是经口腔、腋窝、直肠等来测量人体的平均温度,这两种体温计的缺点是测量时间较长,受测量位置影响大,给使用者带来诸多不便。

    美国从60年代中期开始研究把鼓膜温度作为核心温度的标准,最初美国学者采用的装置是使热敏电阻直接接触鼓膜,这样容易损伤鼓膜,而且需熟练的操作技巧。近年来以美国为中心研制开发了一种红外辐射式温度计,通过耳道几秒钟内就能测出鼓膜温度的装置,申请了多项专利,欧洲、德国、意大利、日本等国也进行了广泛的研究工作。有几种红外探测器可应用到人体热辐射测量,而最早的探测器为热电堆。1986年T.Shinozaki等首次应用热电堆探测器制成了耳道式体温计出现在美国市场上。尽管热电堆所做的仪器在响应速度、精度等方面都能达到较高的要求,但它有很大局限性,如信号强度小,非线性,电损耗大,仪器重,成本高。由于热释电探测器响应速度快,1989年以来已成功地用于体温测量[1,2],1991年以后该产品已遍及欧美市场[3~6]。

    我国在这方面尚属起步阶段,本文研制的红外辐射式体温计,与欧美同类产品相比,采用独特的硬件设计,降低了成本,更适合中国国情,而测温精度达到欧美产品水平,并能够实现高精度标定。

   1　红外辐射式体温计设计

    1. 1总体设计

    红外辐射式体温计设计成手持式,可单手握住,用食指按下测量按钮,即可测量,每次测量结果显示在显示器上,结构如图1所示。

    当测量按钮按下时,遮挡热释电传感器的挡板被滑开,鼓膜辐射的能量到达热释电传感器,热释电传感器将接收到的热辐射信号转化为电信号,经由放大电路1放大后的电信号到达A/D转换器。同时,测量环境温度的热敏电阻传感器产生的电信号经由放大电路2放大也到达A/D转换器。CPU接收经A/D转换后的数字信号,经数据处理转换为人体温度显示在液晶显示器上。

    1.2　硬件设计

    体温计采用PIC16C71单片机进行数据采集存储及处理。使用了两种传感器,一种是测量鼓膜辐射能量的热释电传感器,选用日本HAMAMATSU(松滨)生产的LiTaO3传感器;另一种是测量环境温度的热敏电阻传感器,选用RRC7B型热敏电阻。

    热释电测温前置电路如图2所示,它是人体温度计的重要组成部分,主要功能是将热释电传感器接受红外辐射能量后产生的微弱电信号转换为在单片机中A/D转换器可以接受的信号。