非接觸式體溫監(jiān)測儀

1、非接觸式體溫監(jiān)測儀前言與背景體溫是人體最基本的生理參數，對于日常護理和病情檢測都是非常重要的。在公共場所進行體溫監(jiān)測時主要考慮以下三個基本要求：非接觸、測量的快速性和準確性。用于測量人體溫度的儀器儀表大體上可以分為兩丈類：接觸式的和非接觸式的。接觸式溫度計又可分為玻璃液體溫度汁、電子體溫計和液晶溫度計；非接觸式溫度計又可分為耳溫計、手持式額溫計、醫(yī)用紅外熱像以及紅釙體溫監(jiān)測儀。式溫度計又可分為耳溫計、手持式額溫計、醫(yī)用紅外熱像以及紅釙體溫監(jiān)測儀。接觸式體溫計缺點是測量的速度慢，測量時要求與病人接觸，因此在使用時容易因為消毒不徹底而引起交叉感染。而非接觸測溫儀不需與被測對象接觸，因此在測量體溫時

2、不會造成交叉感染；而且它的測量速度快，通常測量時間小于1秒。輻射測溫法又稱為非接觸測溫法，現有的紅外測溫法、光譜測溫法、全輻射測溫法等都屬于這個范疇，它們都是以物體的熱輻射測量為基礎，直接應用了基本的輻射定律。上世紀60年代之前，輻射測溫還主要用于高溫測量(800以上)，但隨著紅外技術的發(fā)展，它已逐步擴展到中溫、常溫甚至低溫范圍。本文將簡要介紹非接觸紅外輻射測溫的基本原理、黑體輻射定律及人體輻射特性。對黑體輻射定律及其意義的徹底了解，乃是進行輻射測溫的基礎；對人體輻射特性的研究奠定了利用非接觸紅外輻射測溫法進行體表溫度測量的理論基礎。本設計為紅外非接觸測溫監(jiān)測儀。紅外輻射測溫法具有快速、非接觸

3、等優(yōu)點，利用人體的紅外輻射能量，選擇合理的非接觸體溫測量方式，可以替代傳統(tǒng)的人體溫度測量方法。不僅可以確診疾病的發(fā)生，還可以對某些重大疾病或隱藏于身體內部的健康隱患起著積極的預防與警示作用。2003年初，當非典型性肺炎在我國蔓延的時候，紅外非接觸體溫測量儀成為主要的體溫監(jiān)測設備，在機場、碼頭、車站等人口流動的公共場所起到了積極的疾病防御作用。采用紅外非接觸測溫方法進行體溫測量可以滿足這樣的要求。因此對非接觸人體體表溫度的測量方法進行研究有著非常現實的意義，是在非常時期應付突發(fā)疫情的必要工作。一、設計的目的與意義 生理參數是人體最重要、最基本的生命指標,對危重病人進行生命指標參數的監(jiān)測是醫(yī)務工作

4、者及時了解病情狀況的重要手段之一,它有利于對有生命危險的傷病員進行及時有效的治療和搶救處理，完善病人的醫(yī)療護理以及研究人體對環(huán)境變化的反應都有著重要的意義。 其中體溫是人體最基本的生理參數，對于日常護理和病情檢測都是非常重要的。有許多疾病都能通過體溫的變化來預測，所以體溫計在醫(yī)療領域中占有十分重要的地位。人體體溫測試儀應用范圍不僅僅局限于醫(yī)學，在消防上消防員在撲火的同時也要對自己的體溫做到了解，如果體溫過高或者心率過快就要及時撤離，以免發(fā)生危險；軍事上用于部隊訓練，必須實施隨時監(jiān)測，體溫使訓練能夠在良好的體征下進行，提高效果。因此，在許多領域都需要這種測試儀對人體體溫進行精確測試。二、 紅外非

5、接觸體溫測量的特點(1)非接觸很明顯，由于“非典”的傳染性原因，不能像過去那樣使用水銀溫度計進行個體體溫的測量，它可能在測量過程中引起交叉感染；如果采用水銀溫度計進行體溫測量，不僅需要采取高質量的消毒措施和配備人數眾多的工作人員，還給被測人帶來諸多不便和精神壓力。因此在公共場所使用水銀溫度計是很不現實的。而紅外體溫測量方法是接收人體發(fā)出的紅外輻射能量進行體溫測量，因此不需要與人體進行接觸。(2)快速性公共場所人流量大，如果對每個被測人都需要進行幾分鐘的測量，必將引起現場的混亂，影響人們正常的生活和工作。紅外測溫儀中采用響應速度很快的紅外探測器，響應時間可達到毫秒級，因此應用紅外測溫儀可以迅速獲

6、得人體的溫度。(3)準確性體溫測量時需要很高的準確性，l的誤差可能導致給出錯誤的診斷結果。紅外測溫儀可以給出很高的測量精度和重復性，如果在人體溫度測溫范圍內對其進行逐點標定，其本身誤差范圍可控制在0.2以內。因此采用紅外非接觸測量天律大學碩士學位論文第三章非接觸體溫測量方法及誤差研究體溫的方法可以達到令人滿意的測量準確度。三、 紅外測溫儀工作原理紅外測溫儀是利用紅外傳感器對被測目標時的熱輻射進行采集，通過轉換電路將紅外傳感器采集到的光信號轉換成電信號，再將電信號通過放大電路，A/D轉換等單元電路處理后送到單片機中，最后單片機將帶有數據信息的電信號進行分析處理，將電信號轉變成與之相對應大小的溫度

7、值顯示輸出。紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統(tǒng)匯集其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?。該信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。除此之外，還應考慮目標和測溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對性能指標的影響及修正方法。 自然界一切溫度高于絕對零度的物體，都在不停地向外發(fā)出紅外線。物體發(fā)出的紅外線能量大小及其波長分 布同它的表面溫度有密切關系，紅外測溫設備借助光學系統(tǒng)的濾光作用，使目標物體表面的

8、紅外輻射進入儀器的只能是預定工作波段。超過工作波段的其它輻射波長都被限制進入。紅外測溫終端利用物體表面溫度與發(fā)射的紅外輻射量有一定的函數關系，通過接收被測目標表面的紅外輻射能量來進行溫度測量。紅外溫度監(jiān)測儀的測溫原理如圖所示。微處理器電路通信電路AD轉換紅外溫度傳感器濾波、放大被測目標 目標路濾波、放大 環(huán)境路參考電壓圖1 紅外溫度監(jiān)測儀測量原理由于傳感器采樣的電壓信號很微弱，加之在采樣過程中可能會有噪聲干擾，輸出信號中會包含一些低頻交流信號，所以，在進行A/D轉換之前，需對其進行濾波、放大。 信號濾波與放大后，進行最后的數據準備：A/D轉換。A/D芯片選擇了一款12位串行模數轉換器

9、，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程。一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。絕對黑體在物理學和輻射測溫學中部是一個重要的概念。黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1。應該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克

10、黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱黑體輻射定律。四、 設計系統(tǒng)非接觸式紅外測溫終端由紅外溫度傳感器、信號濾波與放大處理電路、轉換電路、微處理器電路、串口通信電路等組成，紅外溫度傳感器采集由物體發(fā)射的紅外能量并將其轉換成電壓信號，由信號濾波與放大處理電路進行濾波、放大，再由轉換電路進行數模轉換，后送至微處理器電路進行數據處理，得到物體的溫度信息，經串口通信電路傳送至上位機軟件進行顯示、處理等，圖中，從紅外溫度傳感器分別輸出目標表面值和環(huán)境值進行處理，參考電壓電路加入了一路標準參考電壓信號，提高測量的精度。這其中用到的原理有。圖2 測量系統(tǒng)簡圖五、誤差

11、源分析 應用行進中測量法進行體溫測量時，除了需要考慮來自于外界環(huán)境、皮膚表面狀態(tài)及體表與體內溫度差別等影響所有非接觸體表溫度測量法共有的誤差因素外，還要考慮行走速度、方向等因素所引入的測量誤差。(1)環(huán)境因素對于環(huán)境因素的考慮有兩個方面的內容：一是環(huán)境溫度對測溫儀的影響，二是環(huán)境因素對皮膚狀態(tài)的影響，這種影響可以通過紅外測溫儀進行溫度補償而消除環(huán)境因素對皮膚狀態(tài)的影響，表現在額頭溫度隨環(huán)境溫度、濕度、氣流等外界因素的變化而變化，這種影響可以通過限制測溫儀的使用條件而減小。(2)皮膚表面狀態(tài)被測物表面的發(fā)射率對溫度測量結果有一定的影響。而皮膚表面發(fā)射率與皮膚表面狀態(tài)有關，因此皮膚表面狀態(tài)影響到皮膚溫度的測量。盡管皮膚的發(fā)射率因皮膚的狀態(tài)而異，但是其范圍在098左右，不會相差得太大。（3）測量方法本身可能引入的誤差由于是在行進過程中對額頭溫度進行測量，而紅外儀器本身進行測量時又具有一定的響應時間，因此人的行進速度對溫度測量必然會產生一定影響，當速度大到超過某個限度的時候必然引入測量誤差。另外受到測溫儀視場的限制，人的行進方向也將成為誤差來源之一。六、總結非接觸式體溫監(jiān)測儀要快速進行體溫測量。在這種快速體溫篩選法思想的指導下，本文主要研究了“行進中測量法”，一種可以在人的行進過程中測量體表溫度的方法，分析了使用這種方法測量體表溫度的誤差來源，并為這種方法建立了理論模型，為后續(xù)實