一種快速熱電偶測溫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，特別是涉及一種快速熱電偶測溫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，大功率脈沖激光已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于口腔科、美容科、眼科和皮膚科等科室相關(guān)疾病的治療中。然而，在臨床實際應(yīng)用中，這些激光器在相應(yīng)生物組織上的照射劑量僅由臨床醫(yī)生的實際經(jīng)驗進(jìn)行控制。然而這種僅停留在感性認(rèn)識上的控制經(jīng)常是不精確的，由熱損傷造成的醫(yī)療事故也就伴隨而來。
[0003]激光痛覺刺激技術(shù)的特點(diǎn)是不與皮膚接觸，不會刺激機(jī)械感受神經(jīng)，可精確得出電生理學(xué)數(shù)據(jù)，是最有效的檢測神經(jīng)疼痛的方法。激光照射區(qū)域的體表溫度是激光痛覺刺激技術(shù)的一個重要參數(shù)。
[0004]目前，可用于被照射皮膚表面溫度測量的傳感器主要有紅外熱像儀、在線式紅外測溫儀和熱電偶測溫儀三種。
[0005]1、在線式紅外成像儀器體積較大、其價格昂貴，且測試易受環(huán)境噪聲的影響。
[0006]2、在線式紅外測溫儀的光學(xué)分辨率決定了其測溫范圍是面測溫，測溫點(diǎn)的大小隨照射距離而變化。在激光的測溫點(diǎn)較小或溫度分布不均的情況下，無法測得準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)，且易收到散射光的影響。
[0007]3、普通熱電偶測溫儀存在熱慣性效應(yīng)，影響快速測溫可信性，且熱電偶會直接吸收激光的能量從而導(dǎo)致能量無法直接傳導(dǎo)到皮膚上。
[0008]為了研究強(qiáng)脈沖激光在生物體上造成的溫度響應(yīng)情況，提高脈沖強(qiáng)激光對疾病的治療效果，降低發(fā)生醫(yī)療事故的風(fēng)險，有必要研發(fā)一種專用的快速測溫設(shè)備，以實現(xiàn)對脈沖激光照射生物體所致溫度變化情況的記錄和對激光器的控制。
[0009]CN201220506212.3公開了一種帶網(wǎng)絡(luò)接口的熱電偶溫度測試儀表，該專利主要的應(yīng)用方向是比較危險或環(huán)境惡劣領(lǐng)域的應(yīng)用以及防雷設(shè)計；其技術(shù)方案中沒有針對性的對熱電偶選型做出設(shè)計，采樣速率、采樣精度較差，噪聲較大。
[0010]CN201310677102.2公開了一種基于Labview的熱電偶自動測溫分析方法和系統(tǒng)，適用于熱處理及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，無法快速計算瞬時溫升速度和濾波后溫度值，其技術(shù)方案采用的是Labview的工作模式和NI數(shù)據(jù)采集卡，其不足之處出在于其數(shù)據(jù)采集程序繁瑣、設(shè)備成本高，不能適用于醫(yī)用領(lǐng)域使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種用于快速、實時測量激光照射表面的溫度變化的快速熱電偶測溫裝置。
[0012]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:一種快速熱電偶測溫裝置，其特征在于包括測溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端；
[0013]所述測溫端包括依次進(jìn)行連接的傳感器、接口電路、溫度控制器和通訊模塊；所述通訊模塊與所述PC端連接；
[0014]所述傳感器為鎧裝熱電偶；
[0015]所述接口電路為由ADS1224和ADS620組成熱電偶測溫接口和AD轉(zhuǎn)換電路；
[0016]所述溫度控制器設(shè)置有單片機(jī)電路系統(tǒng)，將采樣和讀取的溫度值通過所述通訊模塊發(fā)送至所述PC端；
[0017]所述通訊模塊設(shè)置有RS485串口 ；
[0018]所述PC端設(shè)置有RS485/RS232轉(zhuǎn)換器。
[0019]優(yōu)選的，所述溫度控制器還連接有觸發(fā)端。
[0020]優(yōu)選的，所述溫度控制器還連接有由繼電器控制的報警端和控制端。
[0021]本發(fā)明的工作原理是:熱電偶測溫裝置用于測量由激光在生物體上或組織內(nèi)部造成的溫度變化，從而對激光在生物體上的熱效應(yīng)進(jìn)行分析，同時該測溫儀器也可用于微波輻射造成的生物組織溫度變化的測量或是其他需要在生物體上進(jìn)行測溫的場合，測溫精確度高；
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023](1)熱電偶測溫裝置的測溫端為鎧裝熱電偶，能夠使測溫點(diǎn)緊貼組織，并且由于測溫點(diǎn)很小，因此不會阻擋激光的照射，其誤差較?。辉撴z裝熱電偶的采樣頻率為60Hz，測溫精度為0.25°C，能夠?qū)崿F(xiàn)對脈沖激光造成組織的溫度變化進(jìn)行測量和記錄，適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；
[0024](2)本發(fā)明能夠測量最快響應(yīng)時間為20ms的準(zhǔn)確溫度值，能夠測量由于最短脈寬為1ms的脈沖激光而造成的皮膚表面溫度場的瞬時變化的細(xì)節(jié)情況；
[0025](3)本發(fā)明還提供了適用于醫(yī)用領(lǐng)域的報警端和控制端；所述報警端是由繼電器控制，可依據(jù)實際情況進(jìn)行閃光和蜂鳴器報警；例如，設(shè)置好疼痛閾值和損傷閾值后，如被測生物體表面溫度超出閾值，就會觸發(fā)報警信號，從而避免由熱輻射損傷而導(dǎo)致的醫(yī)療事故；所述觸發(fā)端能夠?qū)γ}沖激光器進(jìn)行控制，以進(jìn)一步確保治療的安全性，以實現(xiàn)多種類數(shù)據(jù)復(fù)合記錄分析。
【附圖說明】
[0026]圖1所示為一種快速熱電偶測溫裝置的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系框圖；
[0027]圖2所示為PC端的采樣程序界面。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]實施例:
[0030]如圖1所示為一種快速熱電偶測溫裝置的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系框圖，包括測溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端。
[0031]所述測溫端包括依次進(jìn)行連接的傳感器、接口電路、溫度控制器和通訊模塊；所述通訊模塊與所述PC端連接；
[0032]所述傳感器為鎧裝熱電偶，進(jìn)一步的優(yōu)選型號為0.5mm和0.25mm的鎧裝針絲熱電偶。該型號的熱電偶其溫度響應(yīng)時間僅在5-20ms以內(nèi)，其測溫端十分細(xì)小，對脈沖激光照射而帶來的遮擋誤差很小。
[0033]所述接口電路為由ADS1224和ADS620組成熱電偶測溫接口和AD轉(zhuǎn)換電路；經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，該接口電路能夠達(dá)到最快240SPS (sample per second)的采樣速率?？焖贌犭娕紲y溫裝置使用60SPS的采樣速率，可以用過采樣的方式進(jìn)一步的提高采樣精度并減少噪聲，提尚?目噪比。
[0034]所述溫度控制器設(shè)置有單片機(jī)電路系統(tǒng)，將采樣和讀取的溫度值通過所述通訊模塊發(fā)送至所述PC端；所述通訊模塊設(shè)置有RS485串口 ；所述PC端設(shè)置有RS485/RS232轉(zhuǎn)換器。
[0035]優(yōu)選的，所述溫度控制器還連接有觸發(fā)端。
[0036]優(yōu)選的，所述溫度控制器還連接有由繼電器控制的報警端和控制端。
[0037]本發(fā)明提供的快速熱電偶測溫裝置的工作過程為:通過PC端預(yù)先設(shè)置目標(biāo)溫度和預(yù)先設(shè)定的溫度控制，利用配套的電源調(diào)整控制電壓值。將該電源控制電壓端口接入半導(dǎo)體激光電源后面板外控接口的PIN1，2管腳，并輔之以合適的激光電源設(shè)置，即可在不接入溫度控制器的情況下，對輸出激光的功率進(jìn)行控制。在未設(shè)置目標(biāo)溫度值時，該控制電壓為1.30V，這樣可避免由輸出電壓過低而造成的電源工作異常。在設(shè)置目標(biāo)溫度值后，溫度控制器可基于自身采集的溫度和輸出的控制電壓構(gòu)成反饋回路并實現(xiàn)控溫。由于溫度控制器程控電路的設(shè)計周期較長，故而采用這種溫度控制型的熱電偶，可以盡早的找出合適的溫度控制方法，縮短研發(fā)的時間。溫度控制器的通訊方式為RS485通訊，通過算法解算，其測量精度可達(dá)0.1°C。此外，為防止醫(yī)療事故，溫度控制型熱電偶模塊可以設(shè)定安全防護(hù)功能:當(dāng)進(jìn)行控制5s后，溫度若無變化或明顯升高，則關(guān)閉控制電壓輸出。
[0038]PC端采用RS485/RS232轉(zhuǎn)換器記錄采集到的溫度數(shù)據(jù)，將RS485模式轉(zhuǎn)換為RS232通訊模式，并基于RS232串口程序自動記錄溫度數(shù)據(jù)。串口程序的采樣間隔時間可由用戶自行設(shè)定。在開始測溫后，PC端的采樣程序會和溫度控制器的單片機(jī)形成應(yīng)答，不斷的發(fā)送命令并接收溫度數(shù)據(jù)。同時，該程序可將讀取到的溫度值實時的轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的溫度值并顯示在PC端屏幕上。在測溫結(jié)束后，所測得的數(shù)據(jù)將按順序存儲為csv文件，以方便用excel軟件進(jìn)行加工處理。優(yōu)選設(shè)置的最小采樣間隔為10ms，若采樣間隔小于10ms，將出現(xiàn)嚴(yán)重的通訊錯誤。PC端的采樣程序界面如圖2所示。
[0039]應(yīng)用實例:快速熱電偶測溫裝置加載繼電器控制的報警端和控制端，實現(xiàn)對口腔血管瘤脈沖激光凝固治療中的控制；快速熱電偶測溫裝置在離體皮膚表面和不同深度上進(jìn)行測溫，以分析脈沖激光照射在皮膚上所致溫度場分布；當(dāng)皮膚表面溫度超過43°C (痛覺感受器激活溫度)，快速熱電偶測溫裝置配合腦電記錄儀進(jìn)行痛覺刺激的同步記錄。
[0040]此外，現(xiàn)有技術(shù)中有基于Labview測溫方法的若干缺陷:(1)NI的數(shù)據(jù)采集卡價格昂貴，而我們的整套系統(tǒng)在實現(xiàn)了最快采樣速度為60sps的性能下，其成本遠(yuǎn)低于采用NI數(shù)據(jù)采集卡和Labview的工作模式；(2)針對醫(yī)用和實驗領(lǐng)域，本發(fā)明使用的PC端軟件系統(tǒng)基于VB編程，設(shè)計為在自動讀取和存儲數(shù)據(jù)(最長65535，記錄時間54分鐘)后，轉(zhuǎn)換為CSV文件以方便利用excel進(jìn)行分析。在生成的csv文件中，可以利用算法計算出瞬時溫升速度、濾波后溫度值等。同時，本發(fā)明使用的PC端軟件系統(tǒng)的顯示界面可以擴(kuò)展，當(dāng)前溫度值，最高溫度值顯示等也可實現(xiàn)。
[0041]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種快速熱電偶測溫裝置，其特征在于包括測溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端; 所述測溫端包括依次進(jìn)行連接的傳感器、接口電路、溫度控制器和通訊模塊；所述通訊模塊與所述PC端連接； 所述傳感器為鎧裝熱電偶； 所述接口電路為由ADS1224和ADS620組成熱電偶測溫接口和AD轉(zhuǎn)換電路； 所述溫度控制器設(shè)置有單片機(jī)電路系統(tǒng)，將采樣和讀取的溫度值通過所述通訊模塊發(fā)送至所述PC端； 所述通訊模塊設(shè)置有RS485串口 ； 所述PC端設(shè)置有RS485/RS232轉(zhuǎn)換器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速熱電偶測溫裝置，其特征在于所述溫度控制器還連接有觸發(fā)端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速熱電偶測溫裝置，其特征在于所述溫度控制器還連接有由繼電器控制的報警端和控制端。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速熱電偶測溫裝置，其特征在于包括測溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端；所述測溫端包括依次進(jìn)行連接的傳感器、接口電路、溫度控制器和通訊模塊；所述通訊模塊與所述PC端連接；本發(fā)明用于測量由激光在生物體上或組織內(nèi)部造成的溫度變化，從而對激光在生物體上的熱效應(yīng)進(jìn)行分析，同時該測溫儀器也可用于微波輻射造成的生物組織溫度變化的測量或是其他需要在生物體上進(jìn)行測溫的場合，測溫精確度高，適用于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】A61B5/01
【公開號】CN105249935
【申請?zhí)枴緾N201510670538
【發(fā)明人】董曉曦, 楊基春, 李迎新
【申請人】中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月15日