体温测量装置及测量方法与流程

本发明涉及测量仪器技术领域，特别是涉及一种体温测量装置及测量方法。

背景技术：

体温参数是衡量健康的重要指标。在感冒发烧、生病住院、术后康复、妇女孕期等时期对人体体温的监测尤其重要。

医院手术场合使用侵入式温度监测方式在人体直肠、肺动脉等处插入体温计进行测量，虽然准确但是不适合日常使用。而非侵入式的测量方法包括红外测温、超声波、热流法等等；红外测温容易受到环境的干扰，超声波测量的方法相对精度不高，且都不适合长期监测使用。现有的热流法都是通过比较法去比较两个传感器的温度来反馈控制加热，这样的控制有滞后性，不够精确，导致加热误差大，最终导致测量误差大。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有体温测量装置精度不高的问题，提供一种体温测量装置及测量方法，实现体温的准确测量。

一种体温测量装置，包括主体部分，主体部分包括依次布置的第一温度传感器、覆盖第一温度传感器的第一加热装置、隔热层、第二温度传感器和覆盖第二温度传感器的第二加热装置；

第三温度传感器，第三温度传感器布置在主体部分覆盖范围之外；

控制器，控制器分别与第一温度传感器、第一加热装置、第二温度传感器、第二加热装置和第三温度传感器连接。

上述体温测量装置，通过第三温度传感器测量的温度校准其余温度传感器，并且通过第一加热装置和第二加热装置进行热补偿，能够使系统快速达到热平衡，实现理想的零热流测温，对体温的测量精确度更高。

优选的，体温测量装置还包括第一柔性电路板，第一柔性电路板包括头部和从头部延伸的尾部，控制器布置在头部，尾部一端与头部相连，另一端连接第三温度传感器。

将第三温度传感器与第一柔性电路板结合，使得测量装置的连接器件减少，结构更紧凑。

优选的，体温测量装置还包括第二柔性电路板，第一加热装置和第一温度传感器通过第二柔性电路板连接控制器；

和/或；

体温测量装置还包括第三柔性电路板，第二加热装置和第二温度传感器通过第三柔性电路板连接控制器。

具体的，第一加热装置和第一温度传感器布置在第二柔性电路板一侧。

具体的，第二加热装置和第二温度传感器布置在第三柔性电路板一侧。

具体的，第一加热装置和第一温度传感器布置在第二柔性电路板中间，第二柔性电路板中间预留一镂空部分，镂空部分大小与第一加热装置和第一温度传感器大小匹配，使得第一加热装置和第一温度传感器能够嵌入第二柔性电路板中间。

具体的，第二加热装置和第二温度传感器布置在第三柔性电路板中间，第三柔性电路板中间预留一镂空部分，镂空部分大小与第二加热装置和第二温度传感器大小匹配，使得第二加热装置和第二温度传感器能够嵌入第三柔性电路板中间。

上述加热装置、温度传感器与柔性电路板形状的配合，使得整个装置的结构更加紧凑。

优选的，体温测量装置还包括通信模块，通信模块集成在第一柔性电路板上，连接控制器，用于将体温测量数据与移动终端进行数据传输。

优选的，体温测量装置还包括无线充电模块和柔性薄膜电池，无线充电模块和柔性薄膜电池集成在第一柔性电路板上，用于为装置供电。

体温测量数据能够在移动终端展示，能够更方便的监控人体温度数据，实现对病人、老人、小孩这样的体弱者进行远程实时监护的目的。

优选的，除第一温度传感器和第三温度传感器与皮肤接触的部分外，体温测量装置被隔热材料包裹。

一种体温测量方法，包括以下步骤：

获取位于皮肤表面的第一温度传感器测量的皮肤温度，通过第一加热装置阻隔测量处皮肤表面的热流量；

获取第二温度传感器测量的加热温度，通过第二加热装置阻隔第二温度传感器处皮肤表面的热流量；

获取第三温度传感器测量的腋下温度；

若腋下温度上升速率大于设定阈值，第一加热装置和第二加热装置分别对第一温度传感器和第二温度传感器进行加热；

若腋下温度上升速率小于设定阈值，第一加热装置停止加热，第二加热装置继续加热；

皮肤温度和加热温度平衡时，皮肤温度等于加热温度，皮肤温度为最终测量的体温。

上述体温测量方法，通过校准温度传感器加速热补偿，使系统快速达到热平衡，同时对体温的测量精确度更高。

优选的，若腋下温度的上升速率小于设定阈值，且小于设定阈值的状态保持超出设定的时间范围，则第一加热装置停止加热。

优选的，第一加热装置停止加热后，若皮肤温度小于腋下温度，则以腋下温度为标准，控制第二加热装置的加热功率；否则，以皮肤温度为标准，控制第二加热装置的加热功率。

优选的，通过pid控制方法调节第一加热装置和第二加热装置的加热功率。

附图说明

图1为一种温度计示意图；

图2为一种基于零热流原理的温度计示意图；

图3为一个实施例中体温测量方法的流程图；

图4为一个实施例中体温测量装置的示意图；

图5为一个实施例中体温测量装置的第一柔性电路板的示意图；

图6为一个实施例中体温测量装置的第二柔性电路板的示意图；

图7为一个实施例中体温测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

根据热力学第二定律，不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体。

见图1所示的一种温度计，温度传感器103用于测量人体皮肤102的温度，隔热层104用于阻止热量从人体流失到外部环境中。当理想情况下隔热层104完全阻隔人体皮肤表面散热时，由于人体核心101温度高于皮肤温度，热量会从人体内部传递到皮肤。同样的，皮肤102上的热量也会传递到放置在皮肤上的温度传感器103上。当热量平衡时，核心温度等于皮肤温度等于温度传感器103测量的温度。

由于无法做到完全绝热，对图1所示的温度计作出改进，见图2所示的基于零热流原理的温度计，包括温度传感器202、隔热层204，增加一个加热装置201和温度传感器203来补偿温度，即到达热平衡时核心温度等于皮肤温度等于温度传感器202温度且等于温度传感器203温度。缺陷在于，加热都是通过比较法去比较两个传感器的温度来反馈控制加热。这样的控制有滞后性，不够精确，导致加热误差大，最终导致测量误差大，且到达热平衡的整个过程耗时很长。

本实施例提供一种体温测量装置，在零热流测温基础上进行改进，使得温度测量的精度更高。

体温测量装置，包括主体部分，主体部分包括依次布置的第一温度传感器、覆盖第一温度传感器的第一加热装置、隔热层、第二温度传感器和覆盖第二温度传感器的第二加热装置；

第三温度传感器，第三温度传感器布置在主体部分覆盖范围之外；

控制器，控制器分别与第一温度传感器、第一加热装置、第二温度传感器、第二加热装置和第三温度传感器连接。

上述体温测量装置，通过第三温度传感器测量的温度校准其余温度传感器，并且通过第一加热装置和第二加热装置进行热补偿，能够使系统快速达到热平衡，实现理想的零热流测温，对体温的测量精确度更高。

优选的，控制器与第一温度传感器、第一加热装置、第二温度传感器、第二加热装置和第三温度传感器连接的方式可以为有线连接或无线连接。具体的，可以全部采用有线连接，或者全部采用无线连接，或者部分有线连接、部分无限连接，连接方式有多种选择，可以根据具体的需要进行选择。若是有线连接，可以采用软线连接，不规则走线或者是蛇形走线等。若是无线连接，则在不同器件之间分别设置信号发送端和接收端。

优选的，控制器设置在第一柔性电路板上。柔性电路板(flexibleprintedcircuit，简称fpc)，具有质量轻、厚度薄、可自由弯曲折叠等优良特性，使用柔性电路板可使体温测量装置更轻薄，且具有柔性，方便用户穿戴。fpc电路板一般以聚脂薄膜或聚酰亚胺等为基材，具体使用时可以优选某一种，本实施例不作限制。

具体的，控制器可以采用mcu或fpga等运算控制器件。控制器可以通过贴片方式安装在fpc电路板上。考虑到不同的结构布置，第一柔性电路板可以是一块大的柔性电路板，也可以是多块相对较小的柔性电路板互相连接整合成的柔性电路板耦合体，fpc电路板上包括排线接口，可以通过柔性fpc软排线、经由排线接口实现不同fpc电路板之间的互联。

在一个实施例中，第一柔性电路板包括头部和从头部延伸的尾部，控制器布置在头部，头部为长方形(不必一定如此)，尾部为长条状，尾部一端与头部相连，另一端连接第三温度传感器。第三温度传感器用于测量体温测量点之外的某一处皮肤温度，并将测量的皮肤温度数据传送给控制器处理。本实施例将第三温度传感器与第一柔性电路板结合，使得测量装置的连接器件减少，结构更紧凑。

优选的，体温测量装置还包括电源模块,用于为装置供电。电源模块包括电池和充电模块，电池可以采用例如柔性薄膜锂电池等；充电模块可以用于实现有线充电或者无线充电。

优选的，体温测量装置还包括显示模块。显示模块可以为小型led显示屏，可以实时显示测量得到的人体温度数据。

优选的，体温测量装置还包括通信模块。通信模块可以采用蓝牙装置，体温测量装置采集到人体温度数据后，通过蓝牙将数据发送给数据接收端。数据接收端不限于运动手环、个人电脑、智能手机、平板电脑以及其它设备。

为了更方便的实时监控人体温度数据，例如对病人、老人、小孩这样的体弱者进行远程实时监护，测量得到的人体温度数据还能够被上传到服务器，然后远程显示在相应的移动终端上，移动终端可以有对应的客户端进行数据展示和交互。此处描述的客户端包括但不限于个人电脑、智能手机、平板电脑以及其它智能设备等上运行的应用程序。移动终端可以通过有线或无线等方式接入公共网络，如internet网等，与服务器进行通信。移动终端上可运行浏览器、各种通信客户端等通讯工具和网页访问工具等，用户利用浏览器、客户端等可以通过internet网络访问服务器，实现人体温度数据的读取。服务器是指实现各种后台功能的服务器设备，考虑到目前服务器处理的实际情况，这里所说的设备也可以是指一个设备或多个设备的集群。现有的测量体温的方式大多以人工定时测量为主，费时费力且做不到实时监控，本实施例通过加入通信模块能够实现对体温的实时监控，更加方便灵活。

具体的，上述电源模块、通信模块、显示模块可以部分或者全部集成在第一柔性电路板上，使体温测量装置的体积更加小巧。例如：通信模块可以集成在第一柔性电路板上，连接控制器，用于将体温测量数据与移动终端进行数据传输；电源模块可以包括无线充电模块和柔性薄膜电池，无线充电模块和柔性薄膜电池集成在第一柔性电路板上，用于为装置供电。

在一个实施例中，第一加热装置用于加热第一温度传感器所在的部分，使用时，第一加热装置覆盖于第一温度传感器之上。优选的，第一加热装置和第一温度传感器与第二柔性电路板连接，第一加热装置和第一温度传感器通过第二柔性电路板连接控制器。

在一个实施例中，第二加热装置用于加热第二温度传感器所在的部分，使用时，第二加热装置覆盖于第二温度传感器之上。优选的，第二加热装置和第二温度传感器与第三柔性电路板连接，第二加热装置和第二温度传感器通过第三柔性电路板连接控制器。

具体的，加热装置和温度传感器可以布置在柔性电路板一侧，也可以布置在柔性电路板中间。例如，第一加热装置和第一温度传感器布置在第二柔性电路板一侧；第二加热装置和第二温度传感器布置在第三柔性电路板一侧。

在一个实施例中，加热装置和温度传感器布置在柔性电路板一侧时，加热装置和温度传感器可以在柔性电路板一侧简单放置；或者加热装置和温度传感器布置在柔性电路板一侧时，柔性电路板可以设计一处凹陷，配合加热装置和温度传感器的布置。

在一个实施例中，加热装置和温度传感器布置在柔性电路板中间时，需要在柔性电路板中间预留一镂空部分，镂空部分大小与加热装置和温度传感器大小匹配，使得加热装置和温度传感器能够刚好嵌入柔性电路板中间。柔性电路板的形状可以是长方形、圆形、不规则形状等。

具体的，第一加热装置和第一温度传感器布置在第二柔性电路板中间，第二柔性电路板中间预留一镂空部分，镂空部分大小与第一加热装置和第一温度传感器大小匹配，使得第一加热装置和第一温度传感器能够嵌入第二柔性电路板中间。

具体的，第二加热装置和第二温度传感器布置在第三柔性电路板中间，第三柔性电路板中间预留一镂空部分，镂空部分大小与第二加热装置和第二温度传感器大小匹配，使得第二加热装置和第二温度传感器能够嵌入第三柔性电路板中间。

前述加热装置、温度传感器与柔性电路板形状的配合，都是为了让整个装置的结构更加紧凑；也可以尽量使三者近似处于同一平面；以上都不是必须的，可以根据需要灵活调整。

优选的，加热装置采用柔性加热薄膜。

优选的，温度传感器采用热敏电阻，具体的，采用ntc负温度系数热敏电阻。热敏电阻外采用金属导热帽结构，形成一个恒温腔，使传感器温度的波动减小。恒温腔内通过石墨导热材料加速温度传导速度。金属材料可以选用银、铜等导热率比较高的材料。

整个装置采用柔性结构设计，具有很好的延展性，适合贴在人体皮肤上使用。

在一个实施例中，第二、第三柔性电路板在垂直方向上重合布置。

在一个实施例中，第一、第二、第三柔性电路板在垂直方向上重合布置。两层柔性电路板之间设置有隔热层，阻止热的传递。隔热层可以采用柔性隔热薄膜。

优选的，将第二加热装置、第二温度传感器与第三柔性电路板看做一层结构，将第一加热装置、第一温度传感器与第二柔性电路板看作一层结构，将第一柔性电路板、与第一柔性电路板连接的相关器件看作一层结构，不同层结构之间固定连接，例如可以将不同层结构粘贴在一起，起结构固定的作用。

优选的，除第一温度传感器和第三温度传感器与皮肤接触的部分外，体温测量装置被隔热材料包裹，进一步绝热，以提高温度测量的准确性。具体的，隔热材料为硅胶，在硅胶上贴上医用胶贴，可以跟人体皮肤紧密接触，减少热量散失。

上述体温测量装置采用柔性设计，例如电路板采用柔性fpc、加热器采用柔性加热薄膜，使得整个装置具有良好的延展性，适合作为可穿戴设备，贴合人体的皮肤。

上述体温测量装置通过增加一加热装置给温度传感器加热，增加一温度传感器测量人体腋下的温度，以人体腋下的温度做为调温标准，进行动态加热。通过加热零热流模型中的两个温度传感器，可以加速热平衡的时间，减小测量误差。

本实施例提供一种体温测量方法，如图3，包括以下步骤：

s110获取位于皮肤表面的第一温度传感器测量的皮肤温度，通过第一加热装置阻隔测量处皮肤表面的热流量；

s120获取第二温度传感器测量的加热温度，通过第二加热装置阻隔第二温度传感器处皮肤表面的热流量；

s130获取第三温度传感器测量的腋下温度；

s140若腋下温度上升速率大于设定阈值，第一加热装置和第二加热装置分别对第一温度传感器和第二温度传感器进行加热；

s150若腋下温度上升速率小于设定阈值，第一加热装置停止加热，第二加热装置继续加热；

s160皮肤温度和加热温度平衡时，皮肤温度等于加热温度，皮肤温度为最终测量的体温。

上述体温测量方法，通过校准温度传感器加速热补偿，使系统快速达到热平衡，同时对体温的测量精确度更高。

优选的，若腋下温度的上升速率小于设定阈值，且小于设定阈值的状态保持超出设定的时间范围，则第一加热装置停止加热。第一加热装置停止加热，意味着第一阶段的快速升温过程完成，接下来开始进行更为细致的第二阶段的热补偿调整，以此加速热平衡的过程。

优选的，第一加热装置停止加热后，若皮肤温度小于腋下温度，则以腋下温度为标准，控制第二加热装置的加热功率；否则，以皮肤温度为标准，控制第二加热装置的加热功率。腋下温度可以持续给零热流模型一个校准温度，使后续整个测量过程的精度更高。

优选的，通过pid控制方法调节第一加热装置和第二加热装置的加热功率。

如下具体说明一个优选的实施例。

一种体温测量装置，在零热流测温基础上进行改进。将所有电路和组件封装在一起，适合可穿戴应用。如图4，体温测量装置包括温度传感器t1、温度传感器t2和温度传感器t3，还包括薄膜加热片h1和薄膜加热片h2。薄膜加热片h1用于加热温度传感器t1，薄膜加热片h2用于加热温度传感器t2。图中，f1、f2、f3为聚酰亚胺柔性电路基板(fpc)，共3层。g1和g2为柔性薄膜聚氨酯发泡绝热材料，将其涂上胶水后将电路基板f1、电路基板f2、电路基板f3三层fpc电路基板粘合到一起，起结构固定和绝热的作用。l1、l2为柔性fpc软排线，作为fpc电路板之间的电器连接导线。其中fpc接插件采用molex公司的5016162575。硅胶绝热材料u1，阻止皮肤表面的热量流失，隔绝外部环境对整个传感器的影响，且阻止温度传感器t3温度采集时的横向热量流失。

f1为主电路基板部分，如图5，其包括柔性薄膜锂电池b1、贴片电子控制电路c1、温度传感器t3、无线充电模块w1、蓝牙天线模块a1、fpc排线接口j1和fpc排线接口j2；柔性薄膜锂电池b1为整个电路供电，使装置具有良好的延展性；电池通过无线方式充电。系统采集完数据后通过蓝牙将数据发送给主机，达到实时监控的目的。

f2为辅助电路基板1，如图6，其包括温度传感器t1、薄膜加热片h1,fpc排线接口j3；f3为辅助电路基板2，其包括温度传感器t2、薄膜加热片h2。

温度传感器采用ntc负温度系数热敏电阻，例如村田的ncp03wf；热敏电阻外采用金属导热帽结构，形成一个恒温腔，使传感器温度的波动减小。恒温腔内通过石墨导热材料加速温度传导速度。金属材料可以选用银、铜等导热率比较高的材料。

整个装置采用柔性结构设计，具有很好的延展性，适合贴在人体皮肤上使用。

测量人体温度时，温度测量装置底部先粘上医用胶贴，胶贴可以使温度测量装置跟人体皮肤紧密接触，减少热量散失。先将温度测量装置主体部分贴于胸前，温度传感器t3部分贴于腋下，通过腋下夹紧温度传感器t3探头。

测温过程包括(见图7)：

阶段一，在腋窝下形成一个封闭的环境，温度传感器t3迅速升温。温度传感器t1和温度传感器t2探头的升温速度远远小于温度传感器t3的升温速度。同时快速采集温度传感器t1、温度传感器t2和温度传感器t3的温度。以温度传感器t3的温度作为标准温度t。通过pid控制薄膜加热片h1和薄膜加热片h2加热，pid动态更新且不断调整相关加热参数，例如调整加热功率、加热时间等。图中pid调节控制的参数：p＝比例，i＝积分，d＝微分。根据实验数据，温度传感器t3温度在1-2分钟内可以升温至比人体核心温度低0.5-1℃，升温趋势放缓。若温度传感器t3温度上升梯度小于0.03℃/s，且温度传感器t3温度上升梯度小于0.03℃/s的状态持续了一分钟以上，同时温度传感器t3温度大于32℃，则进入阶段二，薄膜加热片h1不再加热。

阶段二，通过比较温度传感器t1和温度传感器t2采样的温度，通过加热薄膜加热片h2补偿温度传感器t2的温度，建立热平衡。软件持续测量温度传感器t3的温度，如果腋下继续夹紧的话，可以持续给零热流模型一个校准温度，可以使后续整个测量过程的精度更高。腋下的温度可以作为阶段一快速升温阶段的pid调温标准温度，也可以作为阶段二慢速补偿的温度校准。

具体的，阶段二中，继续采集温度传感器t1、温度传感器t2和温度传感器t3的温度，若温度传感器t3温度大于温度传感器t1温度，则以温度传感器t3的温度作为标准温度，否则以温度传感器t1的温度作为标准温度；通过pid控制薄膜加热片h2加热，直至t1、t2的温度达到动态热平衡，此时t1温度等于t2温度，t1的温度即为最终测量的体温。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。