CN116007777A - 一种电子体温计及体温测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子体温计及体温测量方法，其中电子体温计包括：热敏电阻传感器，用于采集第一体温数据；红外测温传感器，用于采集第二体温数据；微处理器，用于按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值。本发明结合热敏电阻传感器和红外测温传感器采集的体温数据计算最终的温度值，实现又快又准确的测量效果。本发明可广泛应用于医疗器械领域。

Description

一种电子体温计及体温测量方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种电子体温计及体温测量方法。

背景技术

人体温度测量根据温度探头的形式而分成两类：一类是直接接触式，利用热平衡方法获得体温，如热敏电阻传感器等，这个方法是目前体温测量的标准方法，缺点是由于达到热平衡需要一定时间，所以测量时间长。另一类是非接触式，利用人体的热辐射获得体温，如红外传感器等，这个方法的特点测量时间短，但测量误差较大。

现有技术方案为了兼容两种效果，将热敏电阻传感器和红外传感器集合在一个电子体温计内，通过开关选择不同的测量方式，如为了较准确地测得体温值，采用热敏电阻传感器进行测量，为了快速地测得体温值，采用红外传感器进行测量，但是这种方案仍无法实现又快又准地测量体温。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种电子体温计及体温测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种电子体温计，包括：

热敏电阻传感器，用于采集第一体温数据；

红外测温传感器，用于采集第二体温数据；

微处理器，用于按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值。

进一步地，所述微处理器具体通过以下方式计算最终的温度值：

根据时间戳存储所述第一体温数据和所述第二体温数据；

计算每个时间点上，通过所述热敏电阻传感器测量的第一温度值与通过所述红外测温传感器测量的第二温度值的差值；

根据所述差值最小的至少一组所述第一体温值以及与其时间对应的所述第二体温值，作为特征点；

根据获得的若干个特征点计算所述最终的温度值。

进一步地，所述微处理器还用于检测所述第一温度值是否正常，具体为：

根据所述第一温度值计算热传递系数，计算相邻时间点上所述热传递系数的差分值，若所述差分值大于预设值，判定所述第一温度值出现异常。

进一步地，所述微处理器还用于对异常数据进行修正，具体为：

在判断所述第一温度值出现异常后，获取与所述第一温度值时间对应的所述第二温度值；

根据所述第二温度值计算所述热传递系数，根据所述热传递系数计算新的温度值，并以所述新的温度值更新所述第一温度值；

计算更新后的所述第一温度值与时间对应的所述第二温度值的差值，根据所述差值是否大于预设差值判断是否将更新后的所述第一温度值用于计算所述最终的温度值。

进一步地，包括外壳和设置在所述外壳内的电路板，所述外壳包括主体部分和探测部分；

所述探测部分包括测温帽和测温窗口，所述热敏电阻传感器设置在所述测温帽内，所述红外测温传感器的位置与所述测温窗口的位置匹配。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种体温测量方法，包括以下步骤：

通过热敏电阻传感器采集第一体温数据；

通过红外测温传感器采集第二体温数据；

按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值。

进一步地，所述按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值，包括：

根据时间戳存储所述第一体温数据和所述第二体温数据；

计算每个时间点上，通过所述热敏电阻传感器测量的第一温度值与通过所述红外测温传感器测量的第二温度值的差值；；

根据所述差值最小的至少一组所述第一体温值以及与其时间对应的所述第二体温值，作为特征点；

根据获得的若干个特征点计算所述最终的温度值。

进一步地，所述根据获得的若干个特征点计算所述最终的温度值，包括：

采用以下公式计算每个特征点对应的温度值：

T_i＝D+B*Tb_{_ntci}+C*Tb_i

式中，Tb_{_ntci}表示通过热敏电阻传感器测量的温度值，Tb_i表示通过红外测温传感器测量的温度值；D、B、C均为预设的系数；

对若干个特征点对应的温度值求平均，作为所述最终的温度值。

进一步地，所述根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值，包括：

根据所述第一温度值计算热传递系数，计算相邻时间点上所述热传递系数的差分值，若所述差分值大于预设值，判定所述第一温度值出现异常。

进一步地，还包括对异常数据进行修正的步骤：

在判断所述第一温度值出现异常后，获取与所述第一温度值时间对应的所述第二温度值；

根据所述第二温度值计算所述热传递系数，根据所述热传递系数计算新的温度值，并以所述新的温度值更新所述第一温度值；

计算更新后的所述第一温度值与时间对应的所述第二温度值的差值，根据所述差值是否大于预设差值判断是否将更新后的所述第一温度值用于计算所述最终的温度值。

本发明的有益效果是：本发明结合热敏电阻传感器和红外测温传感器采集的体温数据计算最终的温度值，实现又快又准确的测量效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是本发明实施例中一种电子体温计的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中探测部分的局部结构示意图；

图3是本发明实施例中一种体温测量方法的步骤流程图；

图4是本发明实施例中采用热敏电阻传感器快速测温的拟合曲线图；

图5是本发明实施例中一种体温测量方法的具体流程示意图。

附图标记：1-测温钢帽；2-测温窗口；3-控制面板；4-显示屏；5-开关按钮；6-热敏电阻传感器；7-海绵；8-红外测温传感器；9-红外PCB小板；10-外壳。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

现有的人体腋下电子体温计多用热敏电阻(NTC)作为测温传感器，为接触型测温，实测时间为6～10分钟。考虑人体体温上升区间符合热学的变化趋势，可建立测试时间30秒及之前的测温数据和实测值的特定关系，从而实现30秒之前的快速测温。其中，快速预测值的体温精度低于实测法测量值。

现预测算法多采用函数模型拟合的方法进行预测。算法设计流程为：采用一定预测时间测量的体温数据和真实体温数据，根据已知的函数模型，确定预测时间体温数据和实测值的变化趋势。该函数模型的参数是由一定预测时间测量的体温数据为基础运算出来的，预测值选用：该函数模型在某一特定时间点时的输出值。但在实际使用时，预测的准确性受多种因素的影响。比如，第一个为：成年人的腋毛，因标准的人体热传递模型是基于固定的热传递参数而设定，但是不同人的腋毛会导致热传递参数有差异。第二个为：测量过程中放在腋下会出现抖动的情况，特别是在婴幼儿(36个月以下的小孩)腋下测温更容易出现，使得预测值的体温数据与实测值的热传递模型发生变化。以上的2个因素，大大影响了预测算法的临床测量准确度。

为解决上述的影响因素的差异性，提高预测法在临床测量的准确度，本发明的测温组件设计了红外测温传感器和热敏电阻传感器，根据2个测温组件采集到的体温数据，综合计算出最终的温度值。另外，作为进一步优选的实施例，通过设计特定算法识别异常抖动的热敏电阻传感器的测量值，其次依据红外测温传感器不受抖动的影响，设计综合特征算法，以红外测量值和热敏电阻传感器测量值为输入量，优选输出一个最接近人体的体温值。由原来的特征量：NTC预测值，引入特征量：红外测温值，两个特征量相互约束和修正，通过内部设计特定的判断算法再输出预测值。

如图1和图2所示，本实施例提供一种电子体温计，包括外壳10和设置在外壳10内的电路板，外壳10包括主体部分和探测部分，电路板包括热敏电阻传感器6、红外测温传感器8和微处理器。

参见图2，探测部分包括测温帽和测温窗口2，热敏电阻传感器6设置在测温帽内，红外测温传感器8的位置与测温窗口2的位置匹配。

其中，热敏电阻传感器6，用于采集第一体温数据；

红外测温传感器8，用于采集第二体温数据；

微处理器，用于按照时间对应关系存储第一体温数据和第二体温数据，并根据存储的第一体温数据和第二体温数据计算最终的温度值。

进一步作为可选的实施方式，电路板还包括模拟放大模块和A/D转换模块，传感器采集到的体温数据依次通过模拟放大模块和A/D转换模块，传输至微处理器。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，测温帽为测温钢帽1，测温钢帽1内填充有海绵7。热敏电阻传感器6设置在测温钢帽1的中间位置，且被海绵7顶住使热敏电阻传感器6充分与测温钢帽1接触。测温窗口2设置在测温钢帽1的下方，且测温窗口2与红外测温传感器8紧贴。探测部分内还设有红外PCB小板9，红外PCB小板9与红外测温传感器8连接。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，在外壳10上设有控制面板3，控制面板3上设有用于显示温度值的显示屏4和开关按钮5。

基于上述的电子体温计，如图3所示，本实施例还提供一种体温测量方法，包括以下步骤：

S1、通过热敏电阻传感器采集第一体温数据；

S2、通过红外测温传感器采集第二体温数据；

S3、按照时间对应关系存储第一体温数据和第二体温数据，并根据存储的第一体温数据和第二体温数据计算最终的温度值。

其中，步骤S3具体包括步骤S31-S34：

S31、根据时间戳存储第一体温数据和第二体温数据；

S32、计算每个时间点上，通过热敏电阻传感器测量的第一温度值与通过红外测温传感器测量的第二温度值的差值；

S33、根据差值最小的至少一组第一体温值以及与其时间对应的第二体温值，作为特征点；

S34、根据获得的若干个特征点计算最终的温度值。

作为可选的实施方式，可以将特征点中的第一温度值和第二温度值进行求平均，作为最终的温度值。

作为另一种可选的实施方式，可以对特征点中的第一温度值和第二温度值分配权重，以求得最终的温度值。例如，采用以下公式计算每个特征点对应的温度值：

T_i＝D+B*Tb_{_ntci}+C*Tb_i

再将多个特征点对应的温度值求平均，作为最终的温度值。

进一步作为可选的实施方式，在步骤S3中还包括检测异常数据的步骤。因此在测量过程中，可能会出现想抖动这样的情况，从而使得测量的数据出现异常，如果直接将异常数据应用于温度值的计算，则会严重影响测量的精准度，基于此，本实施例提出数据异常的检测，具体为：

根据第一温度值计算热传递系数，计算相邻时间点上热传递系数的差分值，若差分值大于预设值，判定第一温度值出现异常。

出现像抖动这种接触异常时，直接影响的是热传递系数，若在某瞬间，热传递系数出现较大的变动，则判定为出现异常。

针对上述描述的异常情况，本实施例还提出对异常数据进行修正的步骤：

A1、在判断第一温度值出现异常后，获取与第一温度值时间对应的第二温度值；

A2、根据第二温度值计算热传递系数，根据热传递系数计算新的温度值，并以新的温度值更新第一温度值；

A3、计算更新后的第一温度值与时间对应的第二温度值的差值，根据差值是否大于预设差值判断是否将更新后的第一温度值用于计算最终的温度值。

以下结合附图及具体实施例对上述方案进行详细地解释说明。

1)NTC快速(预测)测温实现

测温传感器，采用以下公式(1)来技术人体温度：

由上式转换，获得：

T＝T₁-(T₁-T₂)e^-At

式中，T为温度传感器测量的当前温度，T₁为人体温度，T₂为传感器初始温度，A为热传递系数，t为时间。采用最小二乘法(又称最小平方法)，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。拟合曲线，用上述公式求出人体温度T₁。具体地，程序实现可采用迭代逼近的方法。由图4可知，人体和传感器接触面积越大，则热传递系数A越大，反之，热传递系数A越小。所以，当人体发生抖动时，会影响触面积，直接影响了热传递系数A。

2)红外测温实现

红外测温反应快，它不需要与人体接触，只要接收到人体的红外辐射即可测定温度，反应时间一般在毫秒级甚至微秒级。另外，测温灵敏度高，由于物体的辐射能量与温度的四次方成正比，因此物体温度的微小变化，就会引起辐射能量较大的变化，红外传感器即可迅速地检测出来。

根据红外测温原理(公式(2))，转化为实际应用式(3)，即可测量出人体腋下的温度。

其中，公式(2)为：

式中，E为辐射出射度(W/m²)；σ为斯蒂芬波尔兹曼常数，5.67×10^-8W/(m²K⁴)；ε为物体的辐射率；T为物体的温度(单位为K)；T₀为物体周围的环境温度(单位为K)。

公式(3)为：

式中，E为人体皮肤发出的能量(W/m²)；T₀为环境的温度(单位为K)；K_S为在特定的结构时为特定常数，系数K_S通过标准黑体校准得出。T为人体腋下皮肤的测量到的温度，单位为K；其中T_g为表温值，根据大量的临床数据获取到表温转换为体温的关系，根据T_g和T₀计算到体温值：T_b。

3)红外测温传感器与热敏电阻传感器的综合特征优选的实现方式

参见图5，通过设计异常识别算法，来识别热敏电阻传感器采集的温度是否出现异常。具体地，挑选热敏电阻传感器前N秒的测温数据，对于N个温度值，根据公式(1)计算出与N个温度值对于的热传递系数A₁，A₂，…A_N，再计算相邻两个热传递系数A的差分值，得到△A₁，△A₂，…△A_N-1。根据标准的NTC测温数据和异常抖动的NTC测温数据，设计△A的阈值△A_q，将差分值大于△A_q的温度值判定为异常抖动数据。其中，在具体计算热传递系数时，可设定一个人体温度值，比如人体温度为37℃。

红外测温传感器以0.25秒/次的高速度读取测温数据，因此数据不受抖动的影响。当NTC测量数据异常时，例如出现抖动时，用红外在高速读取测温数据对NTC的热传递系数A进行修正，以得出准确的NTC测温值。当NTC测量数据无抖动时(即没有异常)，用NTC测温值和红外测温值综合优选算法求出测量值，得出准确的体温预测值。

若出现抖动时，通过以下方式对热传递系数A进行修正：读取NTC测量的实时数据，用公式(1)分别算出t₀,t₁...t_n的热传递系数A₀,A₁...A_n。在同一个时间用红外测温公式(3)算出的温度值为Tb₁,Tb₂...Tb_n，根据红外测温值和公式(1)，确定新热传递系数A_{new_1},A_{new_2}...A_{new_n}，根据新的热传递系数计算新的NTC对应的测量值Tb_{_ntc1},Tb_{_ntc2}...Tb_{_ntcn}，由此实现对异常数据的修正。

差异判断算法：根据修正步骤可以得到NTC和红外的实时测温值，计算每个时间点的NTC与红外测温实时温度值的差值：diff₁,diff₂...diff_n，并对diff₁,diff₂...diff_n求和，获得sum_diff。根据临床标准库的数据，设计阈值：sum_diff_R。若sum_diff大于sum_diff_R，则进入综合特征优选算法，否则持续输出NTC和红外测温值，计算sum_diff，当满足大于sum_diff_R后，则进入下一步。

综合特征优选算法：根据每个时间点的NTC与红外测温温度值的差值：diff₁,diff₂...diff_n,优选其中差异最小的1个或多个(2个及2个以上)点为特征点。

根据以下公式技术特征点的温度值：

Ti为第i个特征点的体温值，Tb_ntci为第i个由NTC传感器得到的体温值，Tbi为第i个由红外测温传感器得到的体温值。D，B，C系数为标准数据库中的数据，可根据最小二乘法拟合得到。

在本实施例中，用5个特征点，分别为：T1＝f(Tb_{_ntc1},Tb₁)、T2＝f(Tb_{_ntc2},Tb₂)、T3＝f(Tb_{_ntc3},Tb₃)、T4＝f(Tb_{_ntc4},Tb₄)、T5＝f(Tb_{_ntc5},Tb₅)。

再根据这5个特征点的温度值，求平均作为最终的温度值：

T_final为最终输出的体温值。

上述的电子体温计，在实验测试中个，在腋下、口腔或者直肠部位最快能够4s测量出人体体温值，远远低于现有温度计的测量时间(6～10分钟)。总的来说，本发明利用红外测温快的特性和NTC测温特性，在腋下进行预测时，跟据2种测温数据，用一系列的算法得出较为准确的预测值，实现又快又准确的体温测量。综合测量时间的最快可达到4s，使得腋下、口腔或者直肠部位测量体温时极为方便。临床精度优于其他的电子体温计。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电子体温计，其特征在于，包括：

热敏电阻传感器，用于采集第一体温数据；

红外测温传感器，用于采集第二体温数据；

微处理器，用于按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值。

2.根据权利要求1所述的一种电子体温计，其特征在于，所述微处理器具体通过以下方式计算最终的温度值：

根据时间戳存储所述第一体温数据和所述第二体温数据；

计算每个时间点上，通过所述热敏电阻传感器测量的第一温度值与通过所述红外测温传感器测量的第二温度值的差值；

根据所述差值最小的至少一组所述第一体温值以及与其时间对应的所述第二体温值，作为特征点；

根据获得的若干个特征点计算所述最终的温度值。

3.根据权利要求2所述的一种电子体温计，其特征在于，所述微处理器还用于检测所述第一温度值是否正常，具体为：

根据所述第一温度值计算热传递系数，计算相邻时间点上所述热传递系数的差分值，若所述差分值大于预设值，判定所述第一温度值出现异常。

4.根据权利要求3所述的一种电子体温计，其特征在于，所述微处理器还用于对异常数据进行修正，具体为：

在判断所述第一温度值出现异常后，获取与所述第一温度值时间对应的所述第二温度值；根据所述第二温度值计算所述热传递系数，根据所述热传递系数计算新的温度值，并以所述新的温度值更新所述第一温度值；

计算更新后的所述第一温度值与时间对应的所述第二温度值的差值，根据所述差值是否大于预设差值判断是否将更新后的所述第一温度值用于计算所述最终的温度值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种电子体温计，其特征在于，包括外壳和设置在所述外壳内的电路板，所述外壳包括主体部分和探测部分；

所述探测部分包括测温帽和测温窗口，所述热敏电阻传感器设置在所述测温帽内，所述红外测温传感器的位置与所述测温窗口的位置匹配。

6.一种体温测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过热敏电阻传感器采集第一体温数据；

通过红外测温传感器采集第二体温数据；

按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值。

7.根据权利要求6所述的一种体温测量方法，其特征在于，所述按照时间对应关系存储所述第一体温数据和所述第二体温数据，并根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值，包括：

根据时间戳存储所述第一体温数据和所述第二体温数据；

计算每个时间点上，通过所述热敏电阻传感器测量的第一温度值与通过所述红外测温传感器测量的第二温度值的差值；；

根据所述差值最小的至少一组所述第一体温值以及与其时间对应的所述第二体温值，作为特征点；

根据获得的若干个特征点计算所述最终的温度值。

8.根据权利要求7所述的一种体温测量方法，其特征在于，所述根据获得的若干个特征点计算所述最终的温度值，包括：

采用以下公式计算每个特征点对应的温度值：

T_i＝D+B*Tb_{_ntci}+C*Tb_i

式中，Tb_{_ntci}表示通过热敏电阻传感器测量的温度值，Tb_i表示通过红外测温传感器测量的温度值；D、B、C均为预设的系数；

对若干个特征点对应的温度值求平均，作为所述最终的温度值。

9.根据权利要求7所述的一种体温测量方法，其特征在于，所述根据存储的所述第一体温数据和所述第二体温数据计算最终的温度值，包括：

根据所述第一温度值计算热传递系数，计算相邻时间点上所述热传递系数的差分值，若所述差分值大于预设值，判定所述第一温度值出现异常。

10.根据权利要求9所述的一种体温测量方法，其特征在于，还包括对异常数据进行修正的步骤：

在判断所述第一温度值出现异常后，获取与所述第一温度值时间对应的所述第二温度值；根据所述第二温度值计算所述热传递系数，根据所述热传递系数计算新的温度值，并以所述新的温度值更新所述第一温度值；

计算更新后的所述第一温度值与时间对应的所述第二温度值的差值，根据所述差值是否大于预设差值判断是否将更新后的所述第一温度值用于计算所述最终的温度值。

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