专利名称：测定温度的方法和具有多个红外传感器元件的辐射温度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用具有多个红外传感器元件的辐射温度计测定温度的方法，并涉及这种类型的温度计。
现有工艺的辐射温度计仅具有位于距离光学波导管端部预定长度的单个红外传感器元件。结果，只是来自预定的、依赖于距离的立体角范围内的射线照射到传感器元件上。这样，例如，设计用来在耳朵内测定病人体温的红外温度计的探头应这样加工，使得传感器元件的视场只是耳鼓膜的近似尺寸。可是，传感器元件的视场通常覆盖着具有不同温度的耳鼓膜和耳道的各一部分。因此，测得的温度不是真实体温代表的耳鼓膜温度，而是介于耳鼓膜和耳道温度之间。这样，温度读数的精确性依赖探头在耳道中的位置，即依赖其距离耳鼓膜的距离和它与耳道形成的角度。
从专利WO95/14913知道，一种耳内温度计具有在光学波导管端部的多个传感器元件，从而接受来自不同立体角范围内的射线。通过对传感器元件提供的信号进行相应的评估获得温度读数。尽管该温度读数相对独立于探头在耳道中的位置，但是它也不与真实耳鼓温度对应，而是一个中间值。
本发明的目的是提供一种测定温度的方法和具有简单结构的辐射温度计，本温度计可以选择性地测量仅仅充满本温度计部分视场的物体的温度，特别是测定耳鼓膜的温度。
实施本发明的思想是通过与其余温度信号相比来测定那些与最高/最低温度值相对应的特定的传感器元件的温度信号。按照这种方式，例如，用来测定病人温度的耳内温度计忽略温度计视场中的较冷区是可能的。按照经验这些较冷区和耳道相关。当然，应该理解对其它应用场合，也可以忽略较热区。
即使耳鼓膜完全在温度计视场外时，传感器元件测定的峰值温度与所有测量温度的平均值相比或者与只具有单个传感器元件的传统耳内温度计测定的平均温度相比，也更接近耳鼓膜温度。这样，解析式辐射温度计，即具有探测来自不同区域红外线并产生相应温度信号的多个红外传感器元件的温度计，在这种情况下也能提供比传统温度计更精确的读数。
因此，本发明方法应用在耳内温度计中进行温度测定时，通过确定作为温度计视场中最高温度区的耳鼓膜的相对位置，来考虑在耳朵内的温度分布，其中只是使用传感器元件的峰值信号来确定温度。当耳鼓膜只占据温度计视场中很小的区域时，即当高温信号数目相对于温度信号的总数降低至低于预定的临界值时，估测装置发出警告信号，来指导使用者重新校正温度计在耳道内的位置。
可是，如果环境温度和体温一样高或高于体温，那么即使解析式温度计也不能探测出表现为升高温度的区域，因为此时在耳道温度和耳鼓膜温度之间不再存在任何差别。这样，在此情况下，测定所有温度的平均值而不是峰值温度也是可能的。因此，估测装置在发出警告信号之前考虑环境温度是必要的。
当温度计视场的边缘区域内存在更高的温度值时，优选地可输出另一个信号。特别是一个指示信号，用于指示使用者在耳道内翻转温度计，以便更好地采集由耳鼓膜发射的红外线。
本发明的一个实施例涉及测定温度的方法以及具有多个红外传感器元件的辐射温度计，它会在下文参照
。其它实施例都参见说明书。唯一的图中示意表示了本发明的耳内温度计的探头。
通过参照一个红外耳内温度计实例来说明本发明的方法，其中辐射传感器具有以矩阵形式布置的独立传感器元件Eij，下标i和j分别表示各传感器元件所在的行和列。每一个传感器元件Eij发出一个与温度值Tij对应的温度信号Sij。
在本发明方法中，温度值Tij中的温度峰值Tmax作为温度测量值T输出。温度峰值的确定既可以利用包括诸如比较器或微分器和采样-保持电路在内的模拟电路完成，也可以利用包括诸如A/D转换器和合适软件的数字电路完成。
附图示意表示本发明的辐射温度计探头10，它处于部分插入耳道50的位置。同样示意表示出在耳道内端有一个耳鼓膜55。探头10包括一个由多个以矩阵形式布置的传感器元件Eij组成的红外传感器20。探头在其顶端有一个允许红外射线进入探头内部照射传感器20的窗口12。一个由透镜30组成的光学系统布置在传感器20和窗口12之间。透镜30在传感器元件上生成位于温度计视场中的耳道区或耳鼓膜区的像。
红外透明材料的合适透镜利用诸如聚乙烯、硅或硒化锌制造。由聚乙烯制造的菲涅尔透镜尤其廉价。在最简单情况下，单个透镜足够了。可是，为获得在耳道中尽可能深的大张开角，内窥镜类型的透镜系统实际上是有益的。适当形成的光学系统，如镀金凹面镜也适合替代透镜。并且，红外射线光导纤维束或反射管也是可行的。
为了检测耳朵内的峰值温度，光学系统没有必要在红外传感器上生成耳鼓膜和内耳道的像；使用适当设置的光学元件，例如平面镜、棱镜、光学管或光学纤维便足以将辐射温度计的视场投射到一个一维传感器阵列上。在这种情况下，通过在耳道内移动温度计可以获得二维映像。
探测红外射线的合适装置一般包括众所周知的红外探测器，例如热电堆、测辐射热元件、热电传感器或半导体传感器。
可是，在估测在耳朵内的测量温度的分布时，获得进一步的信息也是可能的。例如，当测得的温度分布显著偏离耳朵内的正常分布时(较热的耳鼓和较冷的耳道)，使用者可警觉到操作偏差。
通常辐射传感器元件不但对辐射热响应，而且对对流和传导热也响应。例如，为避免合成测量偏差，传感器元件顺序成对连接也是可能的。然后，每对中的一个传感器元件暴露在待测量的射线下，而另一个传感器元件或多或少进行屏蔽。在专利DE197 10 946.2中描述了相应的传感器。作为一种选择，可以设计光学系统，使得至少一个传感器元件不是探测测量目标(即耳朵)，而探测一个参照点，例如探测温度已知的一个膜片，这可参照专利EP 0 642 656 B1。
权利要求
1．一种利用具有探测来自不同区域红外线并产生相应温度信号的多个红外传感器元件的辐射温度计测定温度的方法，特别是测定病人耳朵内的温度，其特征在于，仅仅使用与其它传感器元件相比给出峰值温度(Tmax)的特定传感器元件(Eij)的温度信号(Sij)来确定温度。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，当高温度值的数目相对于由所述传感器元件提供的温度值总数降低至低于预定的临界值时产生警告信号。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，环境温度在体温范围内或高于体温时不产生所述警告信号。
4．如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，当所述较高温度值位于温度计视场边缘区域时，产生一个信号。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号表明使用者需要在耳道内绕枢轴转动温度计。
6．一种实施按照上述任一权利要求所述方法的辐射温度计，其具有探测来自不同区域红外线的多个红外传感器元件，其特征在于，所述温度计包括一个光学系统(30)，所述光学系统至少包括透镜、平面镜和/或多条光导纤维或反射管，它们能够将来自不同区域的红外线引导至单独的传感器元件(Eij)。
7．如权利要求6所述的辐射温度计，其特征在于，所述传感器元件(Eij)以行或矩阵方式布置。
8．如权利要求6或7所述的辐射温度计，其特征在于，至少提供一个待测量物体发出的红外射线被屏蔽掉的传感器元件。
全文摘要
本发明涉及利用具有探测来自不同区域红外线并产生相应温度信号的多个红外传感器元件的辐射温度计测定温度的方法,特别是一种测定病人耳朵内的温度的方法。本发明方法基于这样的事实,即耳鼓膜的温度高于耳道的温度。因此观测到耳鼓膜的部分传感器元件检测到比观测到耳道的其它传感器元件更高的温度。按照本发明,仅使用与其它传感器元件相比给出峰值温度的传感器元件的温度信号来测量评估温度。
文档编号G01K13/00GK1316051SQ99810400
公开日2001年10月3日 申请日期1999年8月26日 优先权日1998年9月16日
发明者贝恩哈德·克劳斯, 弗朗克·比尔沃思 申请人:布劳恩有限公司