红外耳温计分度方法及数据分析

　　通常医用温度计分为两类:玻璃水银温度计和电子数字式体温计.这两种温度计的测量方式都是接触式的,对于像通过唾液等方式传播的疾病(例如SARS),若消毒不当,很容易在测量体温时产生交叉感染.

　　耳温计是一种利用人耳鼓膜的红外辐射信号来测量人体温度的医用温度计.人耳鼓膜与脑部的体温控制中心下丘脑具有同一血液供应来源,耳部比其他位置(例如口腔、腋下、肛门)更快、更准确地反映体温的变化,鼓膜的温度更加接近人体心脏的实际温度.另一方面,人耳道的结构可视为一黑体空腔,外耳道的深度平均为30 mm,直径约8 mm[1],参见图1.

　　目前,红外耳温计的探测器一般选择热电堆,或热释电传感器.但不管采用哪一种探测器,其辐射功率都难以绝对测量,故通常采用已知温度的标准黑体辐射源,对温度计进行分度.为此,我们研制了专用于红外耳温计分度的黑体空腔.

　　1　理论基础

　　辐射温度计可分成单波长温度计、比色(或多波长)温度计和全辐射温度计三种类型.由于被测物体的发射率难以准确知道,所以辐射温度计一般测得的是物体的假定温度,单波长温度计测得的是物体的亮度温度,比色温度计测得的是物体的颜色温度,而全辐射温度计测得的是物体的辐射温度[2].

　　本研究中所使用的红外耳温计采用全辐射式测量方法,由斯蒂芬-玻尔兹曼定律得到

　　方程(1)中,T为被测物体的热力学温度;TP为物体的辐射温度,即温度计的读数;ε为物体的全波发射率.在温度计分度时,ε为黑体辐射源的空腔发射率.

　　作为医用温度计,技术指标要求红外耳温计的最小分度值为0.1℃.这就要求在分度耳温计时,耳温计的读数与黑体空腔的实际温度之偏差应小于0.1℃.将发射率ε分别为0.9,0.99,0.999以及t从35℃至42℃,每间隔1℃,代入方程(1)计算t与tP的偏差,计算结果列于表1.由表1可以看出,只有当黑体空腔的空腔发射率达到0.999时,偏差才满足要求.

　　2　黑体空腔的设计

　　2.1　参数确定

　　黑体空腔的形状采用圆柱形腔身,深度为60mm,直径为7.5 mm,底部为一锥度90°的锥体,黑体空腔的插孔形状与温度计的探头完全匹配.为了提高工厂的工作效率,我们在同一黄铜体上设计加工了对称的双腔,可同时用于两只耳温计的分度.黑体空腔的剖面图参见图2.

　　2.2　内表面处理

　　黄铜的表面发射率大约在0.35-0.40,氧化后略有提高.上述尺寸的空腔发射率约为0.97,显然不能满足要求.为了使空腔的发射率达到0.999,必须对黄铜进行表面处理.表面处理可采用渗碳发黑、涂黑等方法.我们采用涂黑方法,可使壁面的发射率提高到0.85以上.经处理以后,计算得到的空腔发射率达到了0.999.