ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НУЛЕВОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА Российский патент 2014 года по МПК G01K1/16 G01K13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к датчику измерения температуры нулевого теплового потока для измерения внутренней температуры тела объекта.

Предшествующий уровень техники

В опубликованной заявке на патент DE 3527942 A1 раскрыт датчик измерения температуры для измерения внутренней температуры тела человека или животного. Одна сторона измерительного датчика должна быть размещена на коже тела человека или животного. В устройстве, перпендикулярно контактной области между датчиком и кожей тела и в направлении от контактной области, температурный датчик содержит в упомянутом порядке первый температурный датчик, теплоизолятор, второй температурный датчик и нагревательный элемент.

Если датчик измерения температуры размещается на коже тела, первый температурный датчик измеряет температуру кожи. При допущении, что внутренняя температура тела превышает температуру окружающей среды, возникает понижающийся температурный градиент в измерительном датчике в направлении от контактной области между датчиком измерения температуры и кожей: чем дальше конкретное положение в датчике измерения температуры от контактной области, тем ниже температура в данном конкретном положении. В частности, теплоизолятор создает значительный шаг в этом градиенте. Следовательно, второй температурный датчик должен измерять более низкую температуру, чем первый температурный датчик. Как результат снижающегося температурного градиента, тепловой поток должен присутствовать через температурный датчик в направлении от контактной области.

Следует отметить, что также имеется температурный градиент в теле человека или животного. Внутренняя часть тела имеет более высокую температуру, чем кожа. Тепловой поток присутствует из внутренней части тела в направлении к коже. Размещение датчика измерения температуры на коже тела влияет на температуру кожи ниже измерительного датчика. Часть кожи ниже измерительного датчика будет становиться более теплой вследствие локальной изоляционной способности датчика измерения температуры. Как следствие, тепловой поток в теле будет снижаться. По-прежнему существует тепловой поток через датчик измерения температуры в результате температурного градиента в самом устройстве. Датчик измерения температуры не выступает в качестве идеального изоляционного материала, и, как следствие, температура кожи по-прежнему ниже внутренней температуры тела.

Измеренная разность температур между первым температурным датчиком и вторым температурным датчиком является показателем для теплового потока из контактной области к верхней части датчика измерения температуры. Измеренная разность температур используется для того, чтобы управлять нагревательным элементом. Если верхняя часть датчика нагревается, температурный градиент в измерительном датчике, созданный посредством теплоизоляции, частично исчезает. Как следствие, тепловой поток из контактной области между датчиком измерения температуры и кожей тела к верхней части измерительного датчика уменьшается. Как следствие, кожа тела становится более теплой и близкой по температуре к внутренней температуре тела. Нагревательный элемент должен нагреваться до тех пор, пока измеренная разность температур между первым температурным датчиком и вторым температурным датчиком не становится очень небольшой и практически равной нулю.

Если разность температур, измеренная между первым и вторым температурным датчиком, является нулевой, то тепловой поток в датчике измерения температуры также является нулевым. Если отсутствует тепловой поток через датчик измерения температуры, то тепловой поток из тела к датчику измерения температуры также является близким к нулевому. Если отсутствует тепловой поток между телом и датчиком измерения температуры, можно предположить то, что датчик измерения температуры имеет температуру, идентичную температуре внутренней части тела.

Тем не менее, известно, что датчик измерения температуры в предшествующем уровне техники не является достаточно точным. В частности, в клинических условиях важно точно считывать внутреннюю температуру тела.

Сущность изобретения

Задача изобретения заключается в том, чтобы предоставлять датчик измерения температуры нулевого теплового потока, который более точно измеряет внутреннюю температуру тела объекта.

Первый аспект изобретения предоставляет датчик измерения температуры нулевого теплового потока по п.1 формулы. Второй аспект изобретения предоставляет датчик измерения температуры тела по п.15 формулы.

Датчик измерения температуры нулевого теплового потока согласно первому аспекту изобретения является измерительным датчиком для считывания внутренней температуры тела объекта. Датчик измерения температуры нулевого теплового потока содержит слой, который имеет первую сторону и вторую сторону. При применении первая сторона является ближайшей к объекту. Вторая сторона слоя скомпонована напротив первой стороны. При применении слой предназначен для получения первой разности температур поверх слоя в ответ на первый тепловой поток в первом направлении от первой стороны ко второй стороне.

Датчик измерения нулевого теплового потока дополнительно содержит датчик первого градиента, чтобы считывать на первой стороне слоя вторую температуру, отличающуюся во втором направлении. Второе направление идет от первой границы первой стороны в направлении ко второй границе первой стороны слоя.

Датчик измерения нулевого теплового потока дополнительно содержит модулятор первого теплового потока, скомпонованный на первой стороне слоя. Модулятор теплового потока сконструирован для изменения второго теплового потока во втором направлении на первой стороне слоя. Изменение второго теплового потока приводит к влиянию на вторую разность температур.

Датчик измерения нулевого теплового потока дополнительно содержит контроллер модулятора теплового потока для управления модулятором первого теплового потока в зависимости от считанной второй разности температур. Контроллер модулятора теплового потока управляет модулятором первого теплового потока так, что абсолютное значение второй разности температур снижается.

Датчик измерения температуры нулевого теплового потока имеет температурный градиент ниже слоя в поперечном направлении в результате тепловых потерь в экстремальных точках контактной области между датчиком измерения температуры и поверхностью объекта. Другой причиной температурного градиента на первой стороне слоя является температурный градиент в поперечном направлении в верхнем слое объекта, внутренняя температура тела которого измеряется. В объекте тепловой поток присутствует в поперечном направлении далеко от области, в которой объект контактирует с датчиком измерения температуры. Температурный градиент ниже слоя отрицательно влияет на точность температурного устройства. Если по-прежнему существует тепловой поток в результате температурного градиента, температура на первой стороне слоя по-прежнему не точно представляет внутреннюю температуру тела. Допущение, что температура датчика измерения температуры равна внутренней температуре тела, является ложным при таких условиях. Кроме того, температурный датчик, который используется для измерения температуры в конкретном местоположении на первой стороне слоя, имеет размер, превышающий нулевой. Если существует температурный градиент на первой стороне, температурный датчик также подвержен этому градиенту и измеряет температуру, которая находится между самой горячей точкой датчика и самой холодной точкой датчика.

Датчик температурного градиента согласно первому аспекту изобретения измеряет то, существует или нет равномерная температура на первой стороне слоя или возникает или нет разность температур. Если существует температурный градиент в поперечном направлении на первой стороне слоя, существует тепловой поток от более высокой температуры в направлении более низкой температуры. Модулятор теплового потока имеет возможность оказывать влияние на тепловой поток посредством добавления или извлечения тепла. Если температурный градиент снижается в направлении модулятора теплового потока, модулятор теплового потока добавляет тепло, и, как результат, разность абсолютной температуры становится меньшей или практически равной нулю. Если температурный градиент увеличивается в направлении модулятора теплового потока, модулятор теплового потока извлекает тепло, чтобы получать меньшую разность абсолютной температуры или получать разность абсолютной температуры, практически равную нулю.

Если температурное распределение ниже слоя в поперечном направлении становится более равномерным, тепловой поток в поперечном направлении меньше. Это приводит к тому, что температура на первой стороне слоя является, по меньшей мере, в большей степени равной внутренней температуре тела. Кроме того, каждый температурный датчик, который размещается на первой стороне слоя, подвержен меньшей разности температур в температурном датчике и, следовательно, более точно измеряет температуру. Таким образом, точность измерения внутренней температуры тела увеличивается посредством влияния на температурное распределение на первой стороне слоя так, что распределение становится более равномерным.

Следует отметить, что модулятор первого теплового потока может быть нагревателем, охладителем или комбинацией нагревателя и охладителя.

Первая сторона слоя является плоскостью с конечными размерами. Местоположения, в которых плоскость завершается, называются границей. Другие описания для границы первой стороны - это край первой стороны, крайнее местоположение первой стороны или конец первой стороны. Второе направление идет от первой границы ко второй границе. Это означает то, что второе направление приблизительно соответствует направлению плоскости первой стороны и может быть приблизительно параллельным плоскости первой стороны. Тем не менее, первая сторона может быть искривлена, если датчик измерения температуры нулевого теплового потока контактирует с искривленной поверхностью объекта. Второе направление может соответствовать искривленной поверхности, или второе направление соответствует линии, которая идет от первой границы первой стороны в направлении ко второй границе первой стороны.

За счет сокращения "слой для получения первой разности температур поверх слоя в ответ на первый тепловой поток" называется теплоизолятором далее в этой части данного документа. Несмотря на то что слой не является теплоизолятором в смысле "полного предотвращения протекания тепла в слое", он называется изоляционным материалом, поскольку слой предназначен для получения первой разности температур поверх слоя в ответ на первый тепловой поток. Если тепловой поток протекает через материал, который очень хорошо проводит тепло, то разность температур отсутствует между первой стороной материала и второй стороной материала. Таким образом, слой частично имеет характеристики изоляционного материала и частично допускает тепловой поток через слой.

В варианте осуществления датчик измерения нулевого теплового потока дополнительно содержит датчик второго градиента для считывания второго температурного градиента, конкретнее, второй разности температур в первом направлении. Датчик измерения нулевого теплового потока дополнительно содержит модулятор второго теплового потока, скомпонованный на второй стороне теплоизолятора. Модулятор второго теплового потока сконструирован для оказания влияния на первый тепловой поток так, что первый тепловой поток изменяется и, следовательно, изменяется вторая разность температур. Контроллер модулятора теплового потока дополнительно сконструирован для управления модулятором второго теплового потока при помощи считанной второй отличающейся температуры. Модулятор теплового потока управляется так, что абсолютное значение считанной второй разности температур снижается.

В другом варианте осуществления модулятор нулевого теплового потока имеет дополнительный теплоизолятор, размещенный на второй стороне теплоизолятора. Модулятор второго теплового потока размещается между и помещается в промежутке между теплоизолятором и дополнительным теплоизолятором. Преимущественным является то, чтобы иметь дополнительный теплоизолятор для повышения эффективности модулятора нулевого теплового потока. Модулятор второго теплового потока должен добавлять или извлекать тепло так, что на первый тепловой поток в первом направлении оказывается влияние, и неэффективным является, если модулятор второго теплового потока добавляет или извлекает тепло в или из окружающей среды датчика измерения температуры нулевого теплового потока.

В другом варианте осуществления датчик первого температурного градиента датчика измерения нулевого теплового потока содержит первый температурный датчик и второй температурный датчик. Первый температурный датчик и второй температурный датчик размещаются на первой стороне теплоизолятора и измеряют температуру в первом положении и втором положении. Первое положение и второе положение смещаются во втором направлении. Второй температурный датчик размещается между первым температурным датчиком и модулятором первого теплового потока.

Использование двух температурных датчиков для того, чтобы измерять разность температур, является очень действенным и эффективным способом считывания разности температур. Контроллер модулятора теплового потока управляет модулятором теплового потока, чтобы снижать абсолютное значение первой разности температур. Это требует контура обратной связи, в котором эффект управления модулятором теплового потока измеряется посредством датчика первого температурного градиента. Датчик первого температурного градиента в наибольшей степени допускает измерение влияния изменений в первой разности температур в результате изменений во втором тепловом потоке, если второй температурный датчик размещается между первым температурным датчиком и модулятором первого теплового потока.

В дополнительном варианте осуществления контроллер теплового потока инструктирует модулятору первого теплового потока добавлять тепло, если второй температурный датчик измеряет более низкую температуру, чем первый температурный датчик, или контроллер теплового потока инструктирует модулятору первого теплового потока извлекать тепло, если второй температурный датчик измеряет более высокую температуру, чем первый температурный датчик. Если температура в первом положении первого температурного датчика превышает температуру во втором положении второго температурного датчика, второй тепловой поток приблизительно соответствует линии от первого положения ко второму положению. Это означает то, что второй тепловой поток также протекает в направлении к модулятору первого теплового потока. В данном случае преимущественным является то, чтобы добавлять тепло в положении модулятора первого теплового потока, что приводит к непосредственному окружению модулятора первого теплового потока в тепловом потоке на значительном расстоянии от первого модулятора теплового потока. Данный локальный тепловой поток транспортирует тепло в направлении второго температурного датчика, и, следовательно, температура во втором положении увеличивается. Таким образом, добавление тепла в данном случае приводит к более низкому абсолютному значению первой разности температур, измеренной посредством датчика первого температурного градиента. Таким образом, существует меньше поперечных тепловых потерь, и датчик измерения температуры считывает более точно.

В другом варианте осуществления датчик измерения температуры нулевого теплового потока имеет третий температурный датчик. Третий температурный датчик размещается на второй стороне теплоизолятора и считывает температуру на второй стороне теплоизолятора. Датчик второго температурного градиента использует третий температурный датчик в комбинации с одним из первого температурного датчика или второго температурного датчика, чтобы считывать вторую разность температур.

Датчик второго температурного градиента должен измерять вторую разность температур в первом направлении. Разность между температурой на первой стороне и температурой на второй стороне является, следовательно, второй разностью температур. Температура на первой стороне представляется посредством температуры, считанной посредством первого температурного датчика, или она представляется посредством температуры, считанной посредством второго температурного датчика, или посредством комбинированного значения считанных температур посредством первого температурного датчика и второго температурного датчика. Температура на второй стороне представляется посредством температуры, считанной посредством третьего температурного датчика. Преимущественным является то, чтобы использовать первый температурный датчик и вторые температурные датчики в датчике первого температурного градиента, а также в датчике второго температурного градиента. Это является эффективным использованием температурных датчиков в датчике измерения температуры нулевого теплового потока.

В варианте осуществления модулятор первого теплового потока размещается на одной из границ первой стороны теплоизолятора. Как пояснено выше, первая разность температур является результатом поперечных тепловых потерь на границе контактной области между датчиком измерения температуры и поверхностью объекта. Если модулятор первого теплового потока размещается на одной или более данных границ, потерянное тепло является не результатом протекания второго теплового потока в поперечном направлении, а результатом выделяемой теплоты посредством модулятора первого теплового потока. Модулятор теплового потока функционирует в данных местоположениях относительно второго теплового потока в качестве изоляционного материала. Это приводит к меньшей первой разности температур на первой стороне теплоизолятора. В практическом варианте осуществления преимущественным является то, чтобы компоновать модулятор первого теплового потока вдоль всей границы первой стороны теплоизолятора. Это полностью предотвращает тепловые потери в поперечном направлении.

В другом варианте осуществления теплоизолятор имеет одно или более конкретных свойств.

Первое конкретное свойство заключается в том, что удельная теплопроводность теплоизолятора не отклоняется больше, чем на коэффициент 10, от удельной теплопроводности верхнего слоя объекта. Максимальный коэффициент отклонения в 10 является преимущественным, поскольку переход от материала с первой удельной теплопроводностью к материалу со второй различной удельной теплопроводностью приводит к тепловым потокам, которые изгибаются в окружении или при переходе. Например, если тепловой поток протекает в направлении материала с очень низкой удельной теплопроводностью, тепловой поток изгибается влево или вправо в слое непосредственно перед тем, как он достигает материала с очень низкой удельной теплопроводностью. Тепловой поток, который изгибается в поперечном направлении, способствует нежелательным поперечным тепловым потерям и неточным измерениям температуры. Если первая удельная теплопроводность имеет порядок, идентичный порядку второй удельной теплопроводности, на направление тепловых потоков не оказывается сильное влияние от перехода от первой теплопроводности ко второй теплопроводности. Это является преимущественным в датчике измерения температуры нулевого теплового потока, поскольку точность измерения температуры существенно зависит от пути, которому следует тепловой поток в верхнем слое объекта.

Второе конкретное свойство заключается в том, что удельная теплопроводность теплоизолятора ниже удельной теплопроводности верхнего слоя объекта. Для точного измерения является преимущественным, если первая сторона теплоизолятора нагревается посредством объекта в результате протекания тепла из внутренней части тела объекта к первой стороне теплоизолятора, и не является преимущественным, если данное тепло затем протекает ко второй стороне теплоизолятора. Таким образом, если удельная теплопроводность теплоизолятора ниже удельной теплопроводности верхнего слоя объекта, больше тепла протекает из внутренней части тела объекта к первой стороне, чем количество тепла, которое протекает затем ко второй стороне теплоизолятора.

Третье конкретное свойство заключается в том, что теплоизолятор изготовлен из гибкого материала. Объекты, внутренняя температура тела которых считывается, не всегда имеют плоскую поверхность. Например, датчик измерения температуры нулевого теплового потока может использоваться для того, чтобы считывать внутреннюю температуру головы человека, которая немного искривлена. Следовательно, преимущественным является то, чтобы иметь теплоизолятор из гибкого материала так, что датчик измерения температуры нулевого теплового потока движется по поверхности объекта, когда датчик измерения температуры нулевого теплового потока контактирует с объектом. Хороший контакт требуется для точного измерения внутренней температуры тела. Если датчик измерения температуры нулевого теплового потока не контактирует надежно с поверхностью объекта, слишком много тепла может быть потеряно в поперечном направлении.

Четвертое конкретное свойство заключается в том, что теплоизолятор сконструирован так, что он не поглощает жидкостей. Устройство измерения температуры нулевого теплового потока используется, например, для того, чтобы измерять внутреннюю температуру тела человека. Человек может потеть вследствие относительно высокой температуры окружающей среды, и предполагается, что кожа человека в местоположении, в котором температурный датчик нулевого теплового потока контактирует с кожей, начинает потеть. Если материал поглощает жидкости, удельная теплопроводность теплоизолятора сильно увеличивается. Как пояснено выше, слишком высокая удельная теплопроводность теплоизолятора приводит к неточному измерению внутренней температуры тела.

В практическом варианте осуществления материалом теплоизолятора является неопрен (полихлоропрен). Неопрен удовлетворяет всем четырем условиям, если датчик измерения температуры нулевого теплового потока используется для того, чтобы измерять внутреннюю температуру тела человека. Другими примерами практических материалов являются каучук из сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), поливинилиденфторид (PVDF), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), метилакрилат (EMA), этиленвинилацетат (EVA) и полиолефин.

В варианте осуществления датчик измерения температуры нулевого теплового потока содержит на первой стороне теплоизолятора температурный датчик, чтобы измерять температуру на первой стороне теплоизолятора. Температура, считанная посредством температурного датчика, может представлять внутреннюю температуру тела объекта, если некоторые условия удовлетворяются. Датчик измерения температуры нулевого теплового потока содержит средство определения, чтобы определить точно ли была считана внутренняя температура тела. В конкретном варианте осуществления должно удовлетворяться только одно из последующих условий, в другом конкретном варианте осуществления оба из последующих условий должны удовлетворяться.

Первое условие состоит в том, что текущая считанная температура от температурного датчика не отклоняется больше, чем на предварительно заданное первое пороговое значение, от среднего предварительно заданного числа ранее считанных температур. Если данное условие удовлетворяется, считанная температура может считаться стабильной, что является индикатором достижения теплового равновесия между объектом и температурным датчиком нулевого теплового потока. Если тепловое равновесие получается, считанная температура является достоверным представлением внутренней температуры тела. В практическом варианте осуществления первое пороговое значение составляет 10^-1.

Второе условие состоит в том, что абсолютное значение второй разности температур, считанной посредством датчика второго температурного градиента, меньше второго порогового значения. Если абсолютное значение второй разности температур является достаточно небольшим, первый тепловой поток также является небольшим. Если первый тепловой поток является небольшим, температура на первой стороне теплоизолятора является близкой к внутренней температуре тела для тела объекта. В практическом варианте осуществления, второе пороговое значение составляет 10^-1.

В дополнительном варианте осуществления датчик измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит средство, чтобы предоставлять обратную связь пользователю, является или нет считанная температура на первой стороне теплоизолятора надежным представлением внутренней температуры тела объекта. Пользователи датчика измерения температуры нулевого теплового потока зачастую являются медицинскими экспертами, которые требуют надежной информации температуры человека, чтобы принимать решение о лечении человека. Базирование решений на показаниях температуре, которые недостоверны, является нежелательным и возможно опасным. Следовательно, преимущественным является то, чтобы предоставлять пользователям обратную связь о достоверности считанной внутренней температуры тела, чтобы не допускать нежелательных или опасных ситуаций.

В варианте осуществления датчик измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит регистратор термической массы. Регистратор термической массы предназначен для определения наличия термической массы на первой стороне теплоизолятора. Термическая масса определяется на основе считанного теплового сопротивления на первой стороне теплоизолятора. Регистратор термической массы определяет то, что термическая масса присутствует, если считанное тепловое сопротивление превышает предварительно заданное пороговое тепловое сопротивление. Тепловое сопротивление считывается посредством управления модулятором первого теплового потока на основе сигнала модуляции, чтобы получать модулированный второй тепловой поток, и посредством анализа считанной температуры посредством первого температурного датчика и/или второго температурного датчика. Считанная температура первого температурного датчика и/или второго температурного датчика анализируется, чтобы оценивать тепловое сопротивление между модулятором первого теплового потока и первым температурным датчиком и/или вторым температурным датчиком на основе передачи сигнала модуляции для считанной температуры первого температурного датчика и/или второго температурного датчика.

Термическая масса, например, является объектом, внутренняя температура тела которого измеряется. Если термическая масса присутствует, датчик измерения температуры нулевого теплового потока может работать, чтобы считывать внутреннюю температуру тела. Регистратор термической массы может сообщать контроллеру теплового потока, что датчик измерения нулевого теплового потока используется, так что контроллер теплового потока может выполнять свои операции. В случае отсутствия термической массы регистратор термической массы может инструктировать несколько частей датчика измерения температуры нулевого теплового потока для перехода в состояние ожидания. Следовательно, регистратор термической массы может использоваться для того, чтобы автоматизировать работу датчика измерения температуры нулевого теплового потока.

В дополнительном варианте осуществления датчик измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит средство для предоставления обратной связи пользователю о наличии термической массы на первой стороне теплоизолятора.

Точное функционирование датчика измерения температуры нулевого теплового потока зависит также от правильного использования измерительного датчика. Если измерительный датчик не присоединен надежно к коже человека, датчик измерения нулевого теплового потока не считывает точно внутреннюю температуру тела. Преимущественным является то, чтобы сообщать пользователю измерительного датчика об обнаруженном отсутствии, чтобы предупреждать пользователя о неточном применении датчика. Кроме того, например, в медицинских условиях, в которых внутренняя температура тела пациента отслеживается удаленно, преимущественным является то, чтобы медицинский эксперт, который находится в местоположении, отличном от местоположения пациента, принимал информацию о корректном контакте между датчиком измерения температуры нулевого теплового потока и кожей пациента.

В варианте осуществления датчик измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит температурный датчик модулятора первого теплового потока. Температурный датчик модулятора первого теплового потока размещается рядом с модулятором первого теплового потока. Датчик измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит защитное средство. Защитное средство предотвращает то, что часть датчика измерения температуры нулевого теплового потока имеет температуру, превышающую первую защитную температуру, и предотвращает то, что часть датчика измерения температуры нулевого теплового потока имеет температуру, меньшую предварительно заданной второй защитной температуры. Защитное средство уменьшает добавление тепла посредством модулятора первого теплового потока, если считанная температура модулятора первого теплового потока превышает первую защитную температуру, или защитное средство уменьшает извлечение тепла посредством модулятора первого теплового потока, если считанная температура модулятора первого теплового потока ниже второй защитной температуры.

Если датчик измерения температуры нулевого теплового потока используется для того, чтобы измерять внутреннюю температуру тела животного или человека, измерительный датчик должен контактировать с кожей животного или человека. Кожа может быть повреждена, если измерительный датчик становится слишком горячим или слишком холодным. Повреждение может быть еще серьезнее, если измерительный датчик является слишком горячим или слишком холодным в течение более длительного периода. Желательно иметь средство, чтобы не допускать таких слишком высоких или слишком низких температур частей датчика измерения температуры нулевого теплового потока. Датчик измерения температуры нулевого теплового потока имеет активный компонент, который добавляет тепло или извлекает тепло, а именно модулятор первого теплового потока. Посредством предотвращения перегревания модулятора первого теплового потока до температуры выше первой защитной температуры и посредством предотвращения охлаждения модулятора первого теплового потока до температуры ниже второй защитной температуры части датчика измерения температуры нулевого теплового потока не становятся слишком теплыми или слишком холодными.

В дополнительном варианте осуществления температурный датчик модулятора второго теплового потока компонуется рядом с модулятором второго теплового потока. Температурный датчик модулятора второго теплового потока считывает температуру модулятора второго теплового потока. Защитное средство дополнительно сконструировано для уменьшения добавления тепла посредством модулятора второго теплового потока, если считанная температура модулятора второго теплового потока превышает первую защитную температуру. Защитное средство дополнительно сконструировано для уменьшения извлечения тепла посредством модулятора второго теплового потока, если считанная температура модулятора второго теплового потока ниже второй защитной температуры.

Модулятор второго теплового потока является вторым активным тепловым компонентом в датчике измерения температуры нулевого теплового потока. Следовательно, более безопасно, если модулятор второго теплового потока сопровождается посредством температурного датчика модулятора второго теплового потока, так что защитное средство может уменьшать добавление или извлечение тепла, если модулятор второго теплового потока становится слишком горячим или слишком холодным, соответственно. Это предотвращает нежелательный эффект повреждений кожи животных или людей, внутренняя температура тела которых считывается.

В другом варианте осуществления защитное средство датчика измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно сконструировано для анализирования потребляемой мощности модулятора первого теплового потока. Защитное средство дополнительно сконструировано для уменьшения мощности, предоставленной в модулятор первого теплового потока, если потребляемая мощность превышает предварительно заданное защитное пороговое значение по потреблению мощности.

Мощность, используемая посредством модулятора первого теплового потока, является показателем количества тепла, которое добавляется к датчику измерения температуры нулевого теплового потока, или количества тепла, которое извлекается из датчика измерения температуры нулевого теплового потока. Слишком большое потребление мощности является знаком того, что датчик измерения температуры нулевого теплового потока может становиться слишком горячим или слишком холодным. В случаях, когда слишком большая мощность используется, желательно уменьшать потребление мощности, так что температурные проблемы предотвращаются. Кроме того, вероятно, что модулятор первого теплового потока работает на электроэнергии. Использование электроэнергии включает в себя риск короткого замыкания в измерительном датчике или короткого замыкания через объект, внутренняя температура тела которого считывается. В частности, короткое замыкание через тело животного или человека опасно для животного или человека. Короткие замыкания могут определяться посредством определения слишком высокого потребления мощности модулятора первого теплового потока. В практическом варианте осуществления защитное средство дополнительно анализирует потребляемую мощность модулятора второго теплового потока и уменьшает мощность, предоставленную в модулятор второго теплового потока, если защитное пороговое значение превышается.

Согласно второму аспекту изобретения датчик измерения температуры тела предоставляется, чтобы измерять внутреннюю температуру тела животного или человека. Датчик измерения температуры тела содержит датчик измерения температуры нулевого теплового потока согласно первому аспекту изобретения.

Эти и другие аспекты изобретения являются очевидными и должны истолковываться со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 изображает поперечное сечение первого варианта осуществления датчика измерения температуры нулевого теплового потока, размещенного на объекте;

фиг.2 схематично изображает поперечное сечение второго варианта осуществления датчика измерения температуры нулевого теплового потока;

фиг.3a схематично изображает поперечное сечение третьего варианта осуществления датчика измерения температуры нулевого теплового потока;

фиг.3b схематично изображает третий вариант осуществления датчика измерения температуры нулевого теплового потока при взгляде с первой стороны;

фиг.4a схематично изображает поперечное сечение четвертого варианта осуществления датчика измерения температуры нулевого теплового потока;

фиг.4b схематично изображает четвертый вариант осуществления при взгляде с первой стороны;

фиг.5 схематично изображает пятый вариант осуществления датчика измерения температуры нулевого теплового потока, содержащего средство для предоставления обратной связи пользователю.

Следует отметить, что элементы, которые имеют идентичные номера ссылок на различных чертежах, имеют идентичные структурные признаки и идентичные функции или являются идентичными сигналами. Если функция и/или структура такого элемента пояснена, нет необходимости ее повторного пояснения подробно.

Подробное описание изобретения

Первый вариант осуществления изображен на фиг.1. Фиг.1 изображает поперечное сечение первого варианта осуществления датчика 100 измерения температуры нулевого теплового потока, который размещается на поверхности 114 объекта 113. Датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока считывает внутреннюю температуру тела для внутренней части 109 объекта 113. В теле 113 нарисованы пунктирные линии 111 изменения температуры, которые представляют конкретную температуру. Датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока содержит слой 107, чтобы получать первую разность температур поверх слоя в ответ на первый тепловой поток. Первая сторона 112 слоя 107 является ближайшей к поверхности 114 объекта 113. Датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока содержит модулятор 103 первого теплового потока и датчик 105 первого температурного градиента на первой стороне 112. Датчик 105 первого температурного градиента подключен к контроллеру 102 модулятора теплового потока. Контроллер 102 модулятора теплового потока подключен к модулятору 103 первого теплового потока. Датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит датчик 106 второго температурного градиента и модулятор 104 второго теплового потока. Модулятор второго теплового потока размещен на второй стороне 108 теплоизолятора 107. Вторая сторона 108 является противоположной стороной для первой стороны 112 слоя 107. Контроллер 102 модулятора теплового потока подключен к модулятору 104 второго теплового потока и датчику второго температурного градиента.

"Слой для получения первой разности температур поверх слоя в ответ на первый тепловой поток" 107 называется теплоизолятором далее в этой части описания данного документа. Несмотря на то что слой 107 не является теплоизолятором в смысле "полного предотвращения протекания тепла в слое", он называется изоляционным материалом, поскольку слой 107 предназначен для получения первой разности температур поверх слоя 107 в ответ на первый тепловой поток. Если тепловой поток протекает через теплопроводник, разность температур отсутствует между первой стороной материала и второй стороной материала. Таким образом, слой 107 частично имеет характеристики изоляционного материала и частично дает возможность теплового потока через слой 107.

Как изображено на фиг.1, объект 113 испускает тепло 101. Как следствие данного испускаемого тепла, температура верхних слоев объекта 113 ниже внутренней температуры тела. Если датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока контактирует с объектом 113, температура в верхних слоях объекта 113 повышается до уровня, близкого к температуре внутренней части 109 объекта 113. Таким образом, температура на первой стороне 112 теплоизолятора 107 является близкой к температуре внутренней части 109 объекта 113. Вторая сторона 108 теплоизолятора 107 первоначально имеет температуру окружающей среды, которая отличается от температуры на первой стороне 112. Первая разность температур является разностью температур между первой стороной 112 и второй стороной 108 теплоизолятора 107 и приводит к первому тепловому потоку в первом направлении от первой стороны 112 ко второй стороне 108 теплоизолятора 107. Как результат первого теплового потока, температура на первой стороне 112 не становится ближе к температуре внутренней части 109 объекта 113. Первая разность температур между первой стороной 112 и второй стороной 108 измеряется посредством датчика 106 второго температурного градиента. В ответ на измеренную первую разность температур, контроллер 102 модулятора теплового потока управляет модулятором 104 второго теплового потока так, что абсолютное значение первой разности температур снижается. Если абсолютное значение первой разности температур снижается, первый тепловой поток транспортирует меньше тепла, и температура на первой стороне 112 теплоизолятора 107 становится ближе к температуре внутренней части 109 объекта 113.

Тем не менее, как изображено посредством линий 111 изменения температуры, по-прежнему существует температурный градиент в верхнем слое тела 113. Температурный градиент вызывается посредством тепловых потерь на поверхности 114 тела 113 за пределами контактной области между датчиком 100 измерения температуры нулевого теплового потока и телом 113 и вызывается посредством тепловых потерь на первой границе 115 второй границы 116 первой стороны 112 теплоизолятора 107. При практическом применении тонкая щель присутствует между датчиком 100 измерения температуры нулевого теплового потока и телом 113, и за счет этой тонкой щели тепло высвобождается. Таким образом, во втором направлении, как указано стрелкой 110, существует вторая разность температур между местоположением в середине первой стороны 112 теплоизолятора 107 и первой границей 115 первой стороны 112 теплоизолятора 107. Температурный градиент должен присутствовать между центром первой стороны 112 и второй границей 116 первой стороны 112.

Вторая разность температур способствует неточности измерения внутренней температуры тела. Датчик 105 первого температурного градиента измеряет вторую разность температур во втором направлении 110. Контроллер 102 модулятора теплового потока принимает из датчика 105 первого температурного градиента значение второй разности температур и использует данное значение, чтобы управлять модулятором 103 первого теплового потока. Если температура ниже в местоположении ближе к модулятору 103 первого теплового потока, чем в местоположении дальше от модулятора 103 первого теплового потока, модулятор 103 первого теплового потока должен добавлять тепло. Инструкции для добавления тепла предоставляются посредством контроллера 102 модулятора теплового потока. Если модулятор 103 первого теплового потока добавляет тепло, вторая разность температур снижается. Следовательно, температурное распределение на первой стороне 112 и в верхнем слое объекта 113 ниже контактной области с датчиком измерения температуры нулевого теплового потока становится более равномерным и более близким, если не равным, температуре внутренней части 109 объекта 113. Таким образом, точность датчика 100 измерения температуры нулевого теплового потока повышается.

Следует отметить, что окружающая среда может иметь температуру, превышающую температуру внутренней части 109 объекта 113. В таком случае модулятор 103 первого теплового потока и модулятор 104 второго теплового потока должны извлекать тепло, чтобы уменьшать вторую разность температур и первую разность температур соответственно. Модулятор 103 первого теплового потока и модулятор 104 второго теплового потока могут содержать нагревательный элемент, охлаждающий элемент или охлаждающий и нагревательный элементы.

Материалом теплоизолятора 107 является неопрен. Удельная теплопроводность неопрена составляет приблизительно 0,3 Вт/м·К. Данная удельная теплопроводность приводит к точному измерению внутренней температуры тела человека. Удельная теплопроводность кожи человека составляет 0,6 Вт/м·К. Использование теплоизолятора 107 с удельной теплопроводностью, которая имеет порядок, идентичный, но ниже, относительно порядка удельной теплопроводности верхнего слоя 114 объекта 113, приводит к точному измерению внутренней температуры тела. Неопрен также имеет другие преимущества, поскольку он является мягким, гибким и растягиваемым материалом. Датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока может использоваться для того, чтобы измерять внутреннюю температуру тела объекта 113 с искривленной поверхностью. Если теплоизолятор 107 изготовлен из мягкого материала, датчик 100 измерения температуры нулевого теплового потока может соответствовать форме поверхности объекта 113. Кроме того, неопрен является, так называемым, материалом с закрытыми порами, что означает то, что жидкость не может входить в заполненные газом поры материала. Неопрен не поглощает жидкостей, что является преимущественным, поскольку поглощаемые жидкости могут приводить к термическому сокращению в теплоизоляторе. В других вариантах осуществления теплоизолятор 107 изготовлен из сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM) или поливинилиденфторида (PVDF), полиэтилена (PE), полипропилена (PP), метилакрилата (EMA), этиленвинилацетата (EVA) и полиолефина.

В варианте осуществления контроллера 102 модулятора теплового потока используется PI-контроллер. Нижеследующая формула представляет контур PI-управления для управления модулятором первого теплового потока:

H_hfm1(t)=H_htfm1(t-1)+K_i*TD₂(t)+K_p*dTD₂(t),

где

- H_hfm1(t) является теплом, которое должно добавляться или извлекаться посредством модулятора 103 первого теплового потока во время t;

- K_i является первым параметром PI-контроллера;

- K_p является вторым параметром PI-контроллера;

- TD₂(t) является второй разностью температур во время t;

- dTD₂(t)=TD₂(t)-TD₂(t-1).

Следует отметить, что в других вариантах осуществления контроллера 102 модулятора теплового потока другой тип контроллера может использоваться, например, PID-контроллер или контроллер, имеющий искусственный интеллект.

Как указано выше, объектом 113, внутренняя температура тела которого измеряется посредством датчика 100 измерения температуры нулевого теплового потока, может быть тело животного или человека. Тем не менее, применение датчика 100 измерения температуры нулевого теплового потока не ограничено живыми существами. Он также может использоваться для измерения внутренней температуры тела статических объектов до тех пор, пока существует тепловой поток из внутренней части 109 объекта 113 к поверхности 114 объекта 113 или тепловой поток в обратном направлении.

Фиг.2 изображает другой вариант осуществления датчика 200 измерения температуры нулевого теплового потока. Датчик 200 измерения температуры нулевого теплового потока содержит теплоизолятор 208. На первой стороне 216 теплоизолятора 208 находятся: модулятор 209 первого теплового потока, первый температурный датчик 218, второй температурный датчик 211 и температурный датчик 210 модулятора первого теплового потока. Температурный датчик 210 модулятора первого теплового потока размещается в непосредственном окружении или рядом с модулятором 209 первого теплового потока. На второй стороне теплоизолятора 208 размещаются третий температурный датчик 215 и модулятор 207 второго теплового потока. Датчик 200 измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит общий модуль 201 управления. Общий модуль 201 управления имеет контроллер 202 модулятора теплового потока и защитное средство 212.

Первый температурный датчик 218 измеряет температуру в первом местоположении близко к центру первой стороны 217 теплоизолятора 208. Второй температурный датчик 211 измеряет температуру во втором местоположении между модулятором 209 первого теплового потока и первым температурным датчиком 218. Первый температурный датчик 211 и второй температурный датчик 211 подключаются к общему модулю 201 управления и отправляют сигналы 206 и 205 соответственно в общий модуль 201 управления. Сигналы 205 и 206 содержат информацию о считанных температурах. На основе разности температур между первым температурным датчиком 218 и вторым температурным датчиком 211 контроллер 202 модулятора теплового потока формирует сигнал 203, чтобы управлять модулятором 209 первого теплового потока. Если температура, измеренная во втором температурном датчике 211, превышает температуру, измеренную в первом температурном датчике 218, формируется сигнал 203, который инструктирует модулятору 209 первого теплового потока извлекать тепло.

Температурный датчик 210 модулятора первого теплового потока измеряет температуру в положении модулятора 209 первого теплового потока. Данная температура предоставляется в качестве сигнала 204 в общий модуль 201 управления. Защитное средство 212 проверяет то, является температура, которая измеряется посредством температурного датчика 210 модулятора первого теплового потока, превышающей первое предварительно заданное защитное пороговое значение или ниже второго предварительно заданного защитного порогового значения. Если условие удовлетворяется, защитное средство 212 инструктирует модулятор 209 первого теплового потока совместно с контроллером 202 модулятора теплового потока уменьшать добавление или извлечение тепла соответственно. Если, например, температура модулятора 209 первого теплового потока превышает первое защитное пороговое значение, сигнал 203, который управляет модулятором 209 первого теплового потока, инструктирует модулятору 209 первого теплового потока снижать добавление тепла.

Третий температурный датчик 215 считывает температуру на второй стороне 216 теплоизолятора 208. В варианте осуществления по фиг.2 третий температурный датчик 215 контактирует с модулятором 207 второго теплового потока. Сигнал 213 принимается посредством общего модуля 201 управления из третьего температурного датчика 215. Сигнал 213 представляет измеренную температуру на второй стороне 216 теплоизолятора 208. Разность температур между третьим температурным датчиком 215 и первым температурным датчиком 218 может использоваться посредством контроллера 202 модулятора теплового потока, чтобы управлять модулятором 207 второго теплового потока. Сигнал 214 предоставляется в модулятор 207 второго теплового потока посредством центрального модуля 201 управления.

В другом варианте осуществления, разность температур между третьим температурным датчиком 215 и вторым температурным датчиком 211 используется для того, чтобы управлять модулятором 207 второго теплового потока. В еще одном другом варианте осуществления, средняя температура из температур, измеренных посредством первого температурного датчика 218 и второго температурного датчика 211, минус температура, измеренная посредством третьего температурного датчика 215, используется для того, чтобы управлять модулятором 207 второго теплового потока.

Третий температурный датчик 215 размещается рядом с модулятором 207 второго теплового потока. Следовательно, защитное средство 212 использует температуру, считанную посредством третьего температурного датчика 218, чтобы проверять, является или нет модулятор 207 второго теплового потока слишком теплым или слишком холодным. Если считанная температура находится за пределами безопасного диапазона, защитное средство создает помехи для управления модулятора 207 второго теплового потока, чтобы уменьшать добавление или извлечение тепла посредством модулятора 207 второго теплового потока.

Фиг.3a изображает другой вариант осуществления датчика 300 измерения температуры нулевого теплового потока. Фиг.3a изображает поперечное сечение датчика 300 измерения температуры нулевого теплового потока. Фиг.3b изображает поперечное сечение датчика измерения температуры нулевого теплового потока в линии AA' по фиг.3a, и вид поперечного сечения берется от направления, которое изображено посредством стрелки на фиг.3a.

Датчик 300 измерения температуры нулевого теплового потока имеет цилиндрическую форму, как изображено на фиг.3a и фиг.3b, и содержит теплоизолятор 308. На первой стороне 312 теплоизолятора 308 датчик 300 измерения температуры нулевого теплового потока содержит первый температурный датчик 301, второй температурный датчик 303, третий температурный датчик 311, температурный датчик 304 модулятора первого теплового потока, температурный датчик 309 модулятора второго теплового потока и модулятор 310 первого теплового потока. Модулятор 310 первого теплового потока имеет форму кольца и размещается на границе 305 первой стороны 312 теплоизолятора 308. Теплоизолятор 308 имеет вторую сторону 302, расположенную напротив первой стороны 312. Датчик 300 измерения температуры нулевого теплового потока имеет модулятор 307 второго теплового потока и четвертый датчик 306 измерения температуры на второй стороне. Хотя не изображено, следует отметить, что датчик 300 измерения температуры нулевого теплового потока дополнительно содержит контроллер модулятора теплового потока и защитное средство.

Фиг.4a изображает поперечное сечение другого варианта осуществления датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока. Фиг.4b изображает поперечное сечение датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока в линии BB' по фиг.4a. Датчик 400 измерения температуры нулевого теплового потока является набором слоев. Нижний слой на фиг.4a должен быть размещен на объекте, внутренняя температура тела которого должна считываться. Нижний слой содержит теплопроводящий материал 409, в котором компоновано множество температурных датчиков 410. На первой границе нижнего слоя размещается модулятор 404 первого теплового потока, а на другой границе размещается модулятор 407 второго теплового потока. Следующим слоем является первый теплоизолятор 403. Поверх первого теплоизолятора наносится модулятор 402 третьего теплового потока. Поверх модулятора 402 третьего теплового потока размещается второй теплоизолятор 401. Температурный датчик 405 модулятора третьего теплового потока скомпонован в контактной области между вторым теплоизолятором 401 и модулятором 402 третьего теплового потока.

Первая разность температур между температурным датчиком 405 модулятора третьего теплового потока и по меньшей мере одним из множества температурных датчиков 410 является показателем теплового потока в первом направлении из нижнего слоя в направлении к модулятору 402 третьего теплового потока. Первая разность температур используется для того, чтобы управлять модулятором 402 третьего теплового потока, чтобы уменьшать абсолютное значение разности температур. Если при применении первая разность температур между температурным датчиком 405 модулятора третьего теплового потока и множеством температурных датчиков 410 является близкой к нулю или равной нулю, температура во множестве температурных датчиков 410 является близкой к внутренней температуре тела объекта.

При применении, если нижний слой датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока контактирует с поверхностью объекта, теплопроводящий материал 409 обменивается теплом с поверхностью объекта и становится подверженным, как пояснено в варианте осуществления по фиг.1, вторым разностям температур во втором направлении, как изображено посредством стрелки 411. Множество температурных датчиков 410 считывают вторые разности температур между соответствующими положениями температурных датчиков 410. Если температура рядом с модулятором 404 первого теплового потока или модулятором 407 второго теплового потока отклоняется от температуры в центре теплопроводящего материала 409, контроллер (не изображен) датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока инструктирует модулятору 404 первого теплового потока или модулятору 407 второго теплового потока добавлять тепло или извлекать тепло, так что абсолютное значение измеренных вторых разностей температур посредством множества температурных датчиков 410 становится меньшим. Если абсолютные значения вторых разностей температур становятся меньшими, более равномерное температурное распределение в теплопроводящем материале 409 получается, и, следовательно, внутренняя температура тела объекта считывается более точно.

Теплоизолятор 401, нанесенный поверх модулятора 402 третьего теплового потока, имеет функцию, чтобы не допускать необязательных тепловых потерь в окружающую среду датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока. Посредством изоляции модулятора 402 третьего теплового потока большая часть тепла, которое добавляется или извлекается посредством модулятора 402 третьего теплового потока, используется для того, чтобы оказывать влияние на тепловой поток из нижней части измерительного датчика 400 в направлении к модулятору 402 третьего теплового потока. Это приводит к более эффективному датчику 400 измерения температуры нулевого теплового потока.

Следует отметить, что форма датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока может отличаться в других вариантах осуществления. Форма не ограничена формами, изображенными на фиг.3b и фиг.4b. Другими возможными формами первой стороны являются, например, квадрат, эллипс или многоугольник.

Фиг.5 изображает другой вариант осуществления датчика 500 измерения температуры нулевого теплового потока. Датчик 500 измерения температуры нулевого теплового потока состоит из двух частей, первой части и второй части. Первая часть и вторая часть соединяются через провод 508 или, в другом варианте осуществления, например, через беспроводное соединение для передачи данных.

Первая часть - это средство 501 управления и обратной связи датчика 500 измерения температуры нулевого теплового потока. Вторая часть - это измерительное средство 510 датчика измерения температуры нулевого теплового потока. При применении измерительное средство 510 контактирует с объектом, внутренняя температура тела которого должна измеряться. Измерительное средство 510 содержит, например, температурные датчики, модуляторы теплового потока и теплоизоляторы. При применении средство 501 управления и обратной связи может быть размещено близко к объекту, внутренняя температура тела которого измеряется. В другом варианте осуществления, в случае, если измерительное средство 510 и средство 501 управления и обратной связи обмениваются данными через линию передачи беспроводных данных, средство 501 управления и обратной связи может быть размещено удаленно в местоположении, в котором, например, медицинский эксперт удаленно отслеживает пациента.

Средство 501 управления и обратной связи содержит дисплей 502. На дисплее 502 показывается, какая температура 504 измеряется на первой стороне измерительного средства 510. Первая сторона измерительного средства 510 является стороной измерительного средства 510, которая является ближайшей к объекту, внутренняя температура тела которого измеряется. Дисплей 502 дополнительно показывает в сообщении 503 то, представляет или нет отображаемая температура 504 достоверную внутреннюю температуру тела. В примере по фиг.5 сообщение 503 отображается курсивом, поскольку пользователю лучше знать, что измеренная температура еще не является достоверной. Отображение сообщения курсивом привлекает дополнительное внимание к сообщению. Если сообщение 503 указывает, что температура является достоверной, сообщение 503 отображается обычным шрифтом. Другие способы для того, чтобы отображать "еще недостоверное" сообщение 503, заключаются в отображении сообщения 503, например, другим цветом. Другое сообщение 505 отображается на дисплее 502, которое предоставляет обратную связь пользователю о размещении датчика. В примере по фиг.5 датчик размещается надежно на поверхности объекта.

Средство управления и обратной связи дополнительно содержит контроллер 506 модулятора теплового потока, средство 507 определения, регистратор 509 термической массы и защитное средство 511. Данные подсистемы средства 501 управления и обратной связи поддерживают связь между собой, предоставляют на дисплей 502 сигналы для представления информации на дисплее и поддерживают связь с измерительным средством 510.

Контроллер 506 модулятора теплового потока управляет модуляторами теплового потока измерительного средства 510, чтобы уменьшать измеренные разности температур в измерительном средстве 510 в первом и втором направлениях. Контроллер 506 модулятора теплового потока принимает из измерительного средства 510 измеренные температуры, которые используются для того, чтобы управлять добавлением тепла и извлечением тепла посредством модуляторов теплового потока измерительного средства 510.

Средство 507 определения определяет на основе измеренных температур и/или на основе измеренных тепловых потоков в измерительном средстве 510 то, является или нет измеренная температура 504 достоверным представлением внутренней температуры тела объекта. Средство 507 определения определяет, получается или нет тепловое равновесие между измерительным средством 510 и объектом. В варианте осуществления средства 507 определения средство 507 определения вычисляет среднюю температуру из числа предварительно заданных считанных температур на первой стороне измерительного средства 510. Текущая измеренная температура на первой стороне измерительного средства 510 сравнивается с вычисленной средней температурой. Если текущая измеренная температура не отклоняется больше, чем на предварительно заданное первое пороговое значение, от текущей считанной температуры, определяется, что текущая считанная температура на первой стороне измерительного датчика 510 является достоверным показателем внутренней температуры тела объекта. В другом варианте осуществления средства 507 определения текущая считанная температура рассматривается в качестве достоверной внутренней температуры тела, если измеренная разность(и) температур в первом или/и втором направлении меньше предварительно заданного второго порогового значения. В еще одном варианте осуществления средства 507 определения текущая считанная температура на первой стороне измерительного средства 510 подтверждается как достоверная, если измерительный датчик 510 применяется дольше предварительно заданного периода времени, например 20 минут.

Следует отметить, что вышеописанные варианты осуществления средства 507 определения также могут комбинироваться.

Результат определения средства 507 определения используется для того, чтобы управлять сообщением 503 на дисплее 502.

Регистратор 509 термической массы предназначен для определения наличия термической массы на первой стороне измерительного средства 510. Регистратор 509 термической массы оказывает влияние, на основе сигнала модуляции, на управляющий сигнал одного или более модуляторов теплового потока измерительных датчиков, чтобы получать модулированный тепловой поток на первой стороне измерительного средства 510. В измерительном средстве 510 модулированный сигнал передается в качестве модулированного тепла в температурные датчики измерительного средства 510. Температура(ы), считанная посредством одного или более температурных датчиков измерительного средства 510, анализируется, чтобы определять наличие сигнала модуляции в считанном сигнале(ах) температуры. На основе наличия сигнала модуляции в считанном сигнале(ах) температуры тепловое сопротивление оценивается. Если измерительное средство 510 контактирует с объектом, который выступает в качестве термической массы, тепловое сопротивление превышает тепловое сопротивление в случае, когда измерительный датчик 510 не контактирует с объектом. Если оцененное тепловое сопротивление превышает предварительно заданное пороговое тепловое сопротивление, термическая масса определяется. Результат определения используется для того, чтобы отображать сообщение 505 на дисплее 502, касающееся корректного размещения измерительного датчика 510 на объекте.

Фиг.4b используется для того, чтобы подробнее пояснять определение термической массы. Регистратор 509 термической массы может модулировать добавление тепла или извлечение тепла модулятора 404 первого теплового потока на основе синусоидального сигнала. Следовательно, размещенный левее всего температурный датчик из множества температурных датчиков 410 считывает первый сигнал температуры с компонентом синуса. Синус первого считанного сигнала температуры должен иметь первую амплитуду, и предполагается, что синус первого считанного сигнала температуры является синфазным с синусоидальным сигналом модуляции, поскольку самый левый температурный датчик размещается рядом с модулятором 404 первого теплового потока. В отсутствие термической массы, центральный температурный датчик из множества температурных датчиков считывает второй сигнал температуры с компонентом синуса. Амплитуда синуса второго сигнала температуры ниже синуса первого сигнала температуры в результате теплового сопротивления между модулятором 404 первого теплового потока и центральным температурным датчиком. Сигналы, вероятно, являются немного несинфазными вследствие временной задержки между добавлением тепла посредством модулятора 404 первого теплового потока и поступлением тепла в положении центрального температурного датчика.

Если первая сторона датчика 400 измерения температуры нулевого теплового потока контактирует с объектом, объект выступает в качестве термической массы. Существенная часть тепла, которая добавляется посредством модулятора 404 первого теплового потока, протекает в объект, и подчасть части может протекать через объект в направлении центрального температурного датчика через более длинный путь в качестве прямого пути через теплопроводящий материал 409. Следовательно, центральный температурный датчик принимает меньше тепла от модулятора 404 первого теплового потока по сравнению со случаем, в котором датчик 400 измерения температуры нулевого теплового потока не контактирует с объектом, и временная задержка между добавлением тепла и поступлением тепла в центральном температурном датчике может быть более длительной. В данном случае второй сигнал температуры имеет компонент синуса с более низкой амплитудой и является в большей степени несинфазным с сигналом модуляции. Определение того, что амплитуда ниже и что сигнал является в большей степени несинфазным, является основой определения того, что термическая масса присутствует на первой стороне.

В других вариантах осуществления сигнал модуляции является другим типом сигнала, таким как, например, прямоугольная волна, пилообразный, волна с широтно-импульсной модуляцией или псевдослучайная последовательность. В других вариантах осуществления другие способы используются для того, чтобы определять наличие сигнала модуляции в сигнале температурных датчиков. Примерами решений для того, чтобы определять сигнал в шуме, являются синфазное и квадратурное синхронное детектирование, согласованный фильтр, анализ в частотной области (FFT или DCT) или однотональное извлечение.

Защитное средство 511 средства 501 управления и обратной связи не допускает, чтобы измерительное средство 510 становилось слишком горячим или слишком холодным. Защитное средство 511 принимает измеренные значения температуры датчиков температур измерительного средства 510, которые находятся рядом с модуляторами теплового потока измерительного средства 510. Если одна или более принимаемых температур не превышает первое защитное пороговое значение, защитное средство 511 инструктирует модуляторам теплового потока со слишком высокой температурой уменьшать добавление тепла. Если одна или более принимаемых температур ниже второго защитного порогового значения, защитное средство 511 инструктирует модуляторам теплового потока со слишком низкой температурой уменьшать извлечение тепла. В другом варианте осуществления возможно то, что модуляторам теплового потока со слишком высокой или слишком низкой температурой инструктируется переключаться с нагрева на охлаждение или с охлаждения на нагрев соответственно.

В другом варианте осуществления защитного средства 511 защитное средство 511 анализирует потребляемую мощность модуляторов теплового потока измерительного средства 510. Если один из модуляторов теплового потока использует слишком большую мощность, мощность, предоставленная в соответствующий модулятор(ы) теплового потока, уменьшается. Слишком большая потребляемая мощность посредством модулятора теплового потока является признаком, например, перегревания либо локально слишком низкой температуры либо предупреждением короткого замыкания.

В другом варианте осуществления защитного средства 511 защитное средство 511 и контроллер 506 модулятора теплового потока взаимодействуют, чтобы не допускать перегревания модуляторов теплового потока. На параметры контроллера 506 модулятора теплового потока может оказывать влияние защитное средство, так что механизм управления контроллера 506 модулятора теплового потока никогда не дает возможность становления модуляторов теплового потока слишком теплыми или слишком холодными.

Следует отметить, что комбинации вышеописанного варианта осуществления защитного средства также могут быть реализованы в датчике 500 измерения температуры нулевого теплового потока.

Следует отметить, что вышеуказанные варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники должны иметь возможность разрабатывать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения все номера ссылок, помещенные в круглые скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола "содержит" и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от изложенных в формуле изобретения. Артикль единственного числа перед элементом не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть осуществлено посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством надлежащим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройстве, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть осуществлены посредством идентичного элемента аппаратных средств. Простой факт того, что определенные меры упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация данных мер не может быть использована с выгодой.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения внутренней температуры тела объекта. Датчик (100) измерения температуры нулевого теплового потока содержит слой (107), датчик (105) первого температурного градиента, модулятор (103) первого теплового потока и контроллер (102) модулятора теплового потока. Слой (107) имеет располагающиеся напротив друг друга первую сторону (112) и вторую сторону (108). При применении первая сторона (112) является ближайшей к объекту (113). Слой (107) предназначен для получения первой разности температур поверх слоя (107) в ответ на первый тепловой поток в первом направлении от первой стороны (112) ко второй стороне (108). Датчик (105) первого температурного градиента считывает на первой стороне (112) слоя (107) вторую разность температур во втором направлении. Второе направление идет от первой границы первой стороны (112) в направлении ко второй границе первой стороны (112). Модулятор (103) первого теплового потока размещается на первой стороне (112) слоя (107) и сконструирован с возможностью изменять второй тепловой поток во втором направлении на первой стороне (112) слоя (107), чтобы оказывать влияние на вторую разность температур. Контроллер (102) модулятора теплового потока управляет модулятором (103) первого теплового потока на основе считанной второй разности температур, чтобы снижать абсолютное значение второй разности температур. Технический результат - повышение точности определения внутренней температуры тела объекта. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) измерения температуры нулевого теплового потока для считывания внутренней температуры тела объекта (107, 208, 308, 403), причем датчик (100, 200, 300, 400, 500) измерения температуры нулевого теплового потока содержит:
- слой (107, 208, 308, 403), имеющий располагающиеся напротив друг друга первую сторону (112, 217, 312, 408) и вторую сторону (108, 216, 302, 406), при этом при применении первая сторона (112, 217, 312, 408) является ближайшей к объекту (113), и слой (107, 208, 308, 403) предназначен для получения первой разности температур поверх слоя (107, 208, 308, 403) в ответ на первый тепловой поток в первом направлении от первой стороны (112, 217, 312, 408) ко второй стороне (108, 216, 302, 406),
- датчик (105) первого температурного градиента для считывания на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403) второй разности температур во втором направлении, причем второе направление идет от первой границы первой стороны (112, 217, 312, 408) в направлении ко второй границе первой стороны (112, 217, 312, 408),
- модулятор (103, 209, 310, 404) первого теплового потока, размещенный на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403) и сконструированный с возможностью изменения второго теплового потока во втором направлении на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403), чтобы оказывать влияние на вторую разность температур, и
- контроллер (102, 202, 506) модулятора теплового потока для управления модулятором (103, 209, 310, 404) первого теплового потока на основе считанной второй разности температур, чтобы снижать абсолютное значение второй разности температур.

2. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.1, в котором датчик (105) первого температурного градиента предназначен для считывания второй разности температур между центром первой стороны (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403) и первой границей или второй границей первой стороны (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403).

3. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.1, дополнительно содержащий:
- датчик (106) второго температурного градиента для считывания первой разности температур в первом направлении,
- модулятор (104, 207, 307, 402) второго теплового потока, размещенный на второй стороне (108, 216, 302, 406) слоя (107, 208, 308, 403) и сконструированный с возможностью изменения первого теплового потока, чтобы оказывать влияние на первую разность температур, и
- при этом контроллер (102, 202, 506) модулятора теплового потока сконструирован с возможностью дополнительного управления модулятором (104, 207, 307, 402) второго теплового потока на основе считанной первой разности температур, чтобы снижать абсолютное значение первой разности температур.

4. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.1 или 3,
- в котором датчик (103) первого температурного градиента содержит первый температурный датчик (218, 301) и второй температурный датчик (211, 303), причем первый температурный датчик (218, 301) и второй температурный датчик (211, 303) смещаются во втором направлении и сконструированы с возможностью измерения температуры на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403) в соответствующем первом положении и соответствующем втором положении, и
при этом второй температурный датчик (211, 303) размещается между модулятором (103, 209, 310, 404) первого теплового потока и первым температурным датчиком (218, 301).

5. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.4, в котором контроллер (102, 202, 506) теплового потока сконструирован с возможностью управления модулятором (103, 209, 310, 404) первого теплового потока, чтобы добавлять тепло, если второй температурный датчик (211, 303) считывает более низкую температуру, чем первый температурный датчик (218, 301), или извлекать тепло, если второй температурный датчик (211, 303) измеряет более высокую температуру, чем первый температурный датчик (218, 301).

6. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.4 со ссылкой на п.3, дополнительно содержащий:
- третий температурный датчик, размещенный на второй стороне (108, 216, 302, 406) слоя (107, 208, 308, 403) для измерения температуры на второй стороне (108, 216, 302, 406) слоя (107, 208, 308, 403),
- при этом датчик (106) второго температурного градиента применяет третий температурный датчик (215, 306) в комбинации с первым температурным датчиком (218, 301) и/или вторым температурным датчиком (211, 303), чтобы считывать первую разность температур.

7. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.1, в котором модулятор (103, 209, 310, 404) первого теплового потока размещен на одной из границ (305) первой стороны (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403).

8. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.1, в котором слой (107, 208, 308, 403) имеет одно или более следующих свойств:
- слой (107, 208, 308, 403) имеет удельную теплопроводность, которая не отклоняется больше, чем в 10 раз, от удельной теплопроводности верхнего слоя (108) объекта (113),
- удельная теплопроводность слоя (107, 208, 308, 403) ниже удельной теплопроводности верхнего слоя (107, 208, 308, 403) объекта (113),
- слой (107, 208, 308, 403) изготовлен из гибкого материала, и/или
- слой (107, 208, 308, 403) выполнен так, что он не поглощает жидкостей.

9. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.3, дополнительно содержащий:
- температурный датчик (211, 218, 301, 303, 311), размещенный на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403), для считывания температуры в положении на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403),
- средство (507) определения для определения того, является или нет считанная температура на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403) надежным представлением внутренней температуры тела объекта (113), и
- при этом средство (507) определения сконструировано с возможностью определения на основе одного из следующих или обоих из следующих критериев:
- текущая считанная температура посредством температурного датчика (211, 218, 301, 303, 311) является достоверным представлением внутренней температуры тела объекта (113), если текущая считанная температура не отклоняется больше, чем на первое пороговое значение, от среднего предварительно заданного числа ранее считанных температур посредством температурного датчика (211, 218, 301, 303, 311),
- текущая считанная температура посредством температурного датчика (211, 218, 301, 303, 311) является надежным представлением внутренней температуры тела объекта (113), если абсолютное значение текущей считанной первой разности температур и/или текущей считанной второй разности температур меньше второго порогового значения.

10. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.9, дополнительно содержащий:
- средство (502) для предоставления обратной связи пользователю, является или нет считанная температура на первой стороне (112, 217, 312, 408) достоверным представлением внутренней температуры тела объекта (113).

11. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.4, дополнительно содержащий:
- регистратор (509) термической массы для определения наличия термической массы на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403) на основе считанного теплового сопротивления на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403),
- при этом регистратор (509) термической массы сконструирован с возможностью определять то, что термическая масса присутствует, если считанное тепловое сопротивление превышает предварительно заданное пороговое тепловое сопротивление, и
- при этом регистратор (509) термической массы сконструирован с возможностью считывания теплового сопротивления посредством управления модулятором (103, 209, 310, 404) первого теплового потока на основе сигнала модуляции, чтобы получать модулированный второй тепловой поток, и посредством анализа считанной температуры посредством первого температурного датчика (218, 301) и/или второго температурного датчика (211, 303), чтобы оценивать тепловое сопротивление между модулятором (103, 209, 310, 404) первого теплового потока и первым температурным датчиком (218, 301) и/или вторым температурным датчиком (211, 303) на основе передачи сигнала модуляции для считанной температуры первого температурного датчика (218, 301) и/или второго температурного датчика (211, 303).

12. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.11, дополнительно содержащий:
- средство (502) для предоставления обратной связи пользователю о наличии термической массы на первой стороне (112, 217, 312, 408) слоя (107, 208, 308, 403).

13. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.1 или 3, дополнительно содержащий:
- температурный датчик (210, 304, 309) модулятора первого теплового потока, размещенный рядом с модулятором (103, 209, 310, 404) первого теплового потока для считывания температуры модулятора (103, 209, 310, 404) первого теплового потока,
- защитное средство (212, 511) для предотвращения повышения температуры в части датчика (100, 200, 300, 400, 500) измерения температуры нулевого теплового потока, превышающей предварительно заданную первую защитную температуру, или уменьшения температуры в части датчика (100, 200, 300, 400, 500) измерения температуры нулевого теплового потока, ниже предварительно заданной второй защитной температуры, и
- при этом защитное средство (212, 511) сконструировано с возможностью уменьшения добавления тепла посредством модулятора (103, 209, 310, 404) первого теплового потока, если считанная температура модулятора (103, 209, 310, 404) первого теплового потока превышает первую защитную температуру, и защитное средство сконструировано с возможностью уменьшения извлечения тепла посредством модулятора (103, 209, 310, 404) первого теплового потока, если считанная температура модулятора (103, 209, 310, 404) первого теплового потока ниже второй защитной температуры.

14. Датчик (100, 200, 300, 400, 500) по п.13 со ссылкой на п.3, дополнительно содержащий:
- температурный датчик (215, 306, 405) модулятора второго теплового потока, размещенный рядом с модулятором (104, 207, 307, 402) второго теплового потока для считывания температуры модулятора (104, 207, 307, 402) второго теплового потока, и
- при этом защитное средство (212, 511) дополнительно выполнено с возможностью уменьшения добавления тепла посредством модулятора (104, 207, 307, 402) второго теплового потока, если считанная температура модулятора (104, 207, 307, 402) второго теплового потока превышает предварительно заданную первую защитную температуру, и защитное средство сконструировано с возможностью уменьшения извлечения тепла посредством модулятора (104, 207, 307, 402) второго теплового потока, если считанная температура модулятора (104, 207, 307, 402) второго теплового потока ниже предварительно заданной второй защитной температуры.

15. Датчик измерения температуры тела, чтобы измерять внутреннюю температуру тела животного или человека, содержащий датчик (100, 200, 300, 400, 500) измерения температуры нулевого теплового потока по п.1.