热流计测装置以及代谢计测装置的制造方法_2

文档序号:9636903阅读:来源:国知局
的温度计测功能、2)根据计测到的温度算出热流Q 等生物体信息的运算功能、3)存储计测值及算出的生物体信息的数据记录功能、和4)将存 储的数据向运算装置6发送的数据通信功能的电子装置、即可穿戴式计算机。
[0052] 具体而言,热流计测装置4是佩戴于内含热源的被计测体的外周的环状体,其具 备热环41、和覆盖热环41的两端面及外周的保护部47,具有宽幅的指环型的外观。
[0053] 热环41是包围被计测体(本实施方式中为人的手指)的周围、从内周的接触部位 受热、并从外周向大气自然散热的单元。能够计测内径侧(传热上游侧)和外径侧(传热 下游侧)的各温度,并能根据计测值求出热流Q。热环41的内径可以根据设想的计测对象 的外形而适当设定。在本实施方式中,因为设想人的手指为计测对象,所以设定的是包含正 圆在内的椭圆。其内径准备有各种各样的尺寸,直径约为l〇mm~30mm左右。
[0054] 保护部 47 例如由ABS树脂(AcrylonitrileButadieneStyrenecopolymer:丙 稀腈-丁二稀_苯乙稀共聚物)、PMMA(PolyMethylMethacrylate:聚甲基丙稀酸甲酯)树 脂等合成树脂成形,防止计测对象以外的物体接触热环41,并将热流计测装置4的控制用 电子部件等(后面叙述)包在内部。从绝热性的观点出发,期望使用热传导率λP〈〇.3W/mK 的材料。覆盖热环41的厚度如从绝热性的观点出发越厚越好,然而从重量增加、佩戴感的 观点出发设为1mm~5mm左右。
[0055] 保护部47中覆盖热环41的外周面的部分设置有单个或者多个适当的外周开口部 471,热环41接触周围环境,有助于自然散热。开口率根据防止其它物体接触的效果和热环 41的散热性而适当设定。例如,开口率设为30%~90%。需要注意的是,开口部的形状、分 布不一定要均匀,也可以易于与旁边的手指接触的侧部降低开口率、而上部和下部提高开 口率这样具有偏重。
[0056] 图2和图3分别是热流计测装置4的径向截面图以及轴向截面图。
[0057] 热环41在径向具有层状结构。从内侧开始依次具有受热部411、第一热扩散体 412、传热层413、第二热扩散体414、和散热部415。并且,还具有计测第一热扩散体412的 温度的第一温度传感器416、和计测第二热扩散体414的温度的第二温度传感器417。
[0058] 受热部411与被计测体接触而受热。在本实施方式中,从表面保护的观点出发,由 特氟隆(注册商标)薄膜层等实现,第一热扩散体412的内表面也可以兼作受热部411。
[0059] 第一热扩散体412是热连接于受热部411并使自受热部411传递的热向热环41 的周向扩散的环状部件。例如,由铝、铜、银、碳纳米管等热传导率高的材料(热传导率 As>100W/mK)制作。
[0060] 第一热扩散体412的径向厚度d可从热传导和机械强度的观点出发适当设定,例 如,设为厚度d= 0. 05mm~0. 5mm。
[0061] 第一热扩散体412的轴向宽度w取决于设想的热源的大小。在本实施方式中,因为 设想为手指,所以如果设想作为热源的动脉的直径最大为1〇_的话,则从促进温度分布的 平均化的意义上来看,至少为其一半,考虑到手指的关节间距离,设为宽度w= 5mm~10mm 左右。
[0062] 传热层413是被夹在第一热扩散体412的外周面(第一曲面)和第二热扩散体 414的内周面(第二曲面)之间且被热连接的传热材料,将被第一热扩散体412扩散至整周 的热向第二热扩散体414传递。
[0063] 传热层413的材料选择热传导率λ比第一热扩散体的热传导率λs小的材料,使 得热尽可能均匀地从第一热扩散体412向第二热扩散体414传递。例如,如果使第一热扩散 体为热传导率λs>l〇〇W/mK,则使传热层413的热传导率λ为〇. 3W/mK~100W/mK,可选择 玻璃、陶瓷、不锈钢或钛等金属、塑料等材料、使金属粉或碳材料(碳纳米管等)分散于玻璃 或树脂中而成的复合材料。更优选使传热层413的材质为玻璃、陶瓷、不锈钢或钛等金属、 塑料等材料,使其热传导率λ为〇. 3W/mK~20W/mK。
[0064] 传热层413的厚度越大,越容易产生热环41的内外的温度差,在能高精度地测定 热流方面是有利的。可是,本实施方式的热流计测装置4设想的是佩戴于手指,因此考虑重 量、佩戴感、与其它手指、衣服等的牵连等,设为1mm~5mm左右。
[0065] 第二热扩散体414将从传热层413传递来的热进一步向热环41的周向扩散,使其 均匀化。第二热扩散体414用其热传导率λe为大于传热层413的热传导率λ的值的材 料制作。也可以选择与第一热扩散体412相同的材料。
[0066] 散热部415使从第二热扩散体414传递来的热向周围环境散热。在本实施方式 中,从表面保护的观点出发,通过特氟隆薄膜层等而实现,但第二热扩散体414的外周面也 可以兼作散热部415。
[0067] 第一温度传感器416及第二温度传感器417例如通过热敏电阻、热电偶等公知的 测温用传感器而实现,其与CPU模块42连接。
[0068] 需要说明的是,在热环41的轴向端面贴设有绝热材料49,考虑的是抑制从轴向面 向保护部47传热。
[0069] 图4及图5是从热流计测装置4的轴侧观察到的一端侧视图及另一端侧视图。保 护部47在覆盖热环41的轴向端面的部分将热流计测装置4的控制用电子部件等(后面叙 述)包于其内部。
[0070] 具体而言,将CPU(CentralProcessingUnit:中央处理单元)模块42、主存储器 模块431、分析数据用存储器模块432、无线通信模块44及天线模块45包于其内部。而且, 将用于对它们供电的电池46包于其内部。需要注意的是,使它们连接的数据通信、供电用 的电线48也适当内包于保护部47内。电池46优选采用可通过非接触/无线充电进行充 电的构成。
[0071] CPU模块42相当于进行热流计测装置4的控制的控制基板。例如,搭载有CPU421、 1C存储器422、接口电路423、操作开关424、状态显示用LED425等。当然,也可以采用将它 们中的一部分或者全部集成于一个集成电路而实现的构成。
[0072] 并且,CPU模块42通过CPU421执行存储于1C存储器422中的程序,统一控制热 流计测装置4。
[0073] 具体而言,CPU模块42实现以下功能。
[0074] 1)使用CPU421的系统时钟的计时功能。
[0075] 2)从经由接口电路423而连接的第一温度传感器416及第二温度传感器417分别 周期性地取得第一热扩散体412的温度Ts及第二热扩散体414的温度Te的计测功能。
[0076] 3)利用主存储器模块431,根据计测到的温度Ts及温度Te算出每单位时间流过 热环41的热流Q及热通量(熱流束)q的运算功能。
[0077] 4)使温度Ts、温度Te、热流Q等按时间序列存储于分析数据用存储器模块432的 数据记录功能。
[0078] 5)经由无线通信模块44及天线模块45与运算装置6实现数据通信并发送存储于 分析数据用存储器模块432的分析数据的数据通信功能。
[0079] 当然,也可以适当实现这些之外的功能。
[0080] 动作说明
[0081] 接着,对代谢计测装置2的动作进行说明。
[0082] 首先,将热流计测装置4佩戴在被计测体上,操作操作开关424,接入电源。需要说 明的是,在本实施方式中,将热流计测装置4戴在计测对象者的手指上,手指的皮肤几乎全 部接触于热环41的内周面。
[0083] 图6~图8是用于说明热环41中的热传递方式的径向截面图,用箭头表示热的移 动。需要说明的是,为了容易理解,省略了剖面的剖面线。
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