專利名稱：溫度預(yù)測方法及裝置的制作方法
溫度預(yù)測方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子溫度計(jì)，尤其涉及用于電子溫度計(jì)的溫度預(yù)測方 法及裝置。背景技術(shù)：
現(xiàn)在常用于人體溫度測量的溫度計(jì)的典型代表是水銀體溫計(jì)，傳統(tǒng)的 水銀溫度計(jì)在使用上有一些不便之處肉眼觀察玻璃管內(nèi)水銀所達(dá)到的刻 度，易引入讀數(shù)誤差；必須等到人體溫度和溫度計(jì)達(dá)到熱平衡，測量時(shí)間 偏長。因此出現(xiàn)了各種電子溫度計(jì)，他們的典型構(gòu)造都是探頭(含熱敏元 件)+AD采樣+處理器處理+顯示部件。電子溫度計(jì)是一種預(yù)測式溫度計(jì)， 其原理是利用采集的一段溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過算法預(yù)測出穩(wěn)定溫度?，F(xiàn)在常用 于人體溫度測量的預(yù)測式溫度計(jì)多數(shù)采取曲線擬合的方式來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典熱 傳導(dǎo)理論一般認(rèn)為溫度的傳導(dǎo)曲線為對(duì)數(shù)曲線，所以很多方案都通過在對(duì) 一小段測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合，進(jìn)而得到最終的溫度值。但人體各個(gè)部位、 每日早晚及男女之間的體溫均存在著差異。人體正常體溫有一個(gè)較穩(wěn)定的 范圍，但并不是恒定不變的。通過研究，發(fā)明人認(rèn)為人體溫度的傳導(dǎo)不同 于理想態(tài)，受很多其他因素的影響，簡單的用對(duì)數(shù)曲線來模擬會(huì)導(dǎo)致預(yù)測 出的結(jié)果具有較大的誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測出結(jié)果誤差較大的問題， 提供一種溫度預(yù)測方法及裝置，能夠適應(yīng)人體差異，在人體和體溫探頭尚 未達(dá)到熱平衡之前，用前面一段數(shù)據(jù)來精確預(yù)測出人體的真實(shí)溫度值。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種溫度預(yù)測方法，包括以下步驟 Al、在溫度計(jì)的探頭與被測物接觸后采集探頭輸出的溫度數(shù)據(jù)； Bl、從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)； Cl、根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的 初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)；
Dl、通過第一特定時(shí)間點(diǎn)之前的斜率確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)；
El、根據(jù)公式y(tǒng) 二 (a*t + b) / (t + c)計(jì)算出溫度y的值，其中，a、b、 c為雙曲線系數(shù)，通過將所述有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)對(duì)y = (a*t + b) / (t + c)進(jìn)行雙曲線擬合求得，t為時(shí)間，其取值為第二特定時(shí)間點(diǎn)；
Fl、根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率、該段溫度曲線的初始 溫度和溫度y值確定出被測物的最終溫度。
其中，所述步驟B1中選擇有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)優(yōu)選包括以下步驟
Bll、計(jì)算采集的溫度數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)；
B12、將求得的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)分別和O比較；
B13、當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)序列滿足所有一階導(dǎo)數(shù)都大于0并且二階導(dǎo) 數(shù)都小于0時(shí)，認(rèn)為該段時(shí)間內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)為有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是在步驟Al之前還包括用于將所述探頭加熱到 預(yù)定溫度的預(yù)熱步驟，所述預(yù)熱步驟包括以下步驟
All、加熱探頭并采集探頭的溫度值；
A12、計(jì)算探頭當(dāng)前的溫度值與預(yù)定溫度的差值；
A13、比較所述差值是否達(dá)到精度要求，如果是，則執(zhí)行步驟Al，如
果沒有達(dá)到精度要求，則執(zhí)行步驟A14;
A14、當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于第一設(shè)定值且大于第二設(shè)定值時(shí)，通過 公式error二coef^P + coef2*I + coef3*D計(jì)算控制參數(shù)，根據(jù)控制參數(shù) 來調(diào)整加熱電流的脈沖寬度，其中error為控制參數(shù)，P為比例項(xiàng)，即當(dāng) 前溫度值和預(yù)定溫度的差值，I為積分項(xiàng)，即對(duì)比例項(xiàng)按照時(shí)間的積分值， D為微分項(xiàng)，即當(dāng)前比例項(xiàng)和上一比例項(xiàng)的差值，coefl、 coef2、 coef3 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；當(dāng)所述差值的絕對(duì)值大于或等于第一設(shè)定值時(shí)，將加熱電流 的脈沖寬度縮減為原寬度的10%~90%;當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于或等于第 二設(shè)定值時(shí)，采用微調(diào)方式。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種溫度預(yù)測裝置，包括
探頭，用于與被測物接觸并感應(yīng)被測物的溫度；
溫度采集單元，用于采集探頭輸出的溫度數(shù)據(jù)；
有效時(shí)間選擇單元，用于從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫 度數(shù)據(jù)；
擬合單元，用于將所述有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)對(duì)y = (a*t + b) / (t + c)進(jìn)行雙曲線擬合，求出雙曲線系數(shù)a、 b、 c，其中t為時(shí)間；
第一特定時(shí)間點(diǎn)確定單元，用于根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率
變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)；
第二特定時(shí)間點(diǎn)確定單元，用于通過第一特定時(shí)間點(diǎn)之前的斜率確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)；
第一計(jì)算單元，用于根據(jù)公式y(tǒng) 二 (a*t + b) / (t + c)計(jì)算出溫度y 的值，其中，a、 b、 c為雙曲線系數(shù)，t為時(shí)間，其取值為第二特定時(shí)間點(diǎn)；
第二計(jì)算單元，用于根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率、該段 溫度曲線的初始溫度和溫度y值確定出被測物的最終溫度。
所述有效時(shí)間選擇單元優(yōu)選包括
求導(dǎo)模塊，用于計(jì)算采集的溫度數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)；
第一比較模塊，用于將求得的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)分別和0比較，且 當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)序列滿足所有一階導(dǎo)數(shù)都大于0并且二階導(dǎo)數(shù)都小于 0時(shí)，認(rèn)為該段時(shí)間內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)為有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是還包括用于將探頭加熱到預(yù)定溫度的預(yù)熱單 元，所述預(yù)熱單元包括
加熱器件，用于通電加熱探頭；
誤差計(jì)算模塊，用于根據(jù)采集單元采集的探頭的溫度值計(jì)算當(dāng)前的溫 度值與預(yù)定溫度的差值；
第二比較模塊，用于比較所述差值是否達(dá)到精度要求； 溫度控制模塊，用于根據(jù)第二比較模塊的比較結(jié)果對(duì)用于加熱探頭的 加熱電流進(jìn)行調(diào)制，以控制探頭的溫度達(dá)到預(yù)定溫度，且當(dāng)所述差值的絕 對(duì)值小于第一設(shè)定值且大于第二設(shè)定值時(shí)，通過公式error = COefl*P + coef2*I + coef3*D計(jì)算控制參數(shù)，根據(jù)控制參數(shù)來調(diào)整加熱電流的脈沖 寬度，其中error為控制參數(shù)，P為比例項(xiàng)，即當(dāng)前溫度值和預(yù)定溫度的 差值，I為積分項(xiàng)，即對(duì)比例項(xiàng)按照時(shí)間的積分值，D為微分項(xiàng)，即當(dāng)前 比例項(xiàng)和上一比例項(xiàng)的差值，coefl、 coef2、 coef3為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；當(dāng)所述 差值的絕對(duì)值大于或等于第一設(shè)定值時(shí)，將加熱電流的脈沖寬度縮減為原 寬度的10%~90%;當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于或等于第二設(shè)定值時(shí)，采用微 調(diào)方式。
本發(fā)明的有益效果是
1)本發(fā)明通過采集探頭和被測物接觸后的一小段數(shù)據(jù)，通過雙曲線 擬合來預(yù)測被測物的最終溫度值，在預(yù)測過程中，根據(jù)實(shí)際測量中的情況 查找出與個(gè)體相關(guān)的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，利用該時(shí)間點(diǎn)確定出代表被測物溫度符
合雙曲線部分的溫度y值，進(jìn)而確定出被測物的最終溫度。本發(fā)明的預(yù)測 方法考慮了各種情況下的不同的傳導(dǎo)率，同時(shí)也考慮個(gè)體的不同，能夠更 精確地預(yù)測被測物的溫度值，所以采用本發(fā)明預(yù)測的最終溫度更接近于被測物的真實(shí)溫度值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，71。/。的預(yù)測溫度數(shù)據(jù)精度在士0.2'C， 93%的預(yù)測溫度數(shù)據(jù)精度在±0.3匸。
2) 在進(jìn)一步改進(jìn)的方案中，利用一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)來抗干擾，驗(yàn) 證數(shù)據(jù)的有效性，從而去除了不合格的數(shù)據(jù)，使預(yù)測結(jié)果更加精確。
3) 為使探頭在開始預(yù)測前盡量少吸收被測物的熱量，在預(yù)測之前先 對(duì)探頭進(jìn)行預(yù)熱處理，本發(fā)明的改進(jìn)方案中根據(jù)探頭的當(dāng)前溫度和預(yù)熱到 的預(yù)定溫度之間的差值，采用不同的加熱控制方法，能夠使探頭很快達(dá)到 預(yù)定的目標(biāo)溫度。


圖1是電子溫度計(jì)的簡易框圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施例的流程圖4是曲線擬合示意圖5是本發(fā)明的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明的另一種實(shí)施例的流程圖7是另一種實(shí)施例的預(yù)熱算法流程圖8是本發(fā)明的另一種實(shí)施例的預(yù)測溫度算法的流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖l表示預(yù)測式溫度計(jì)的基本組成，通常包括五個(gè)部分探頭l、探 頭認(rèn)證2、放大電路3、 CPU4 (其中可含有A/D采樣)和顯示模塊5。
其中探頭1中包含熱敏電阻，是和被測物發(fā)生熱量交換的部分，使用 的時(shí)候，將探頭插入一次性護(hù)套中，放置到被測物測溫部位(例如測試人 體時(shí)放置在口腔、腋下、新生兒背部或直腸處)，等待預(yù)測算法完成。
因?yàn)樗惴ê吞筋^的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，為了防止不合標(biāo)準(zhǔn)的探頭影響算法 的準(zhǔn)確性，甚至損毀硬件電路，加入了探頭認(rèn)證2模塊。在有些溫度計(jì)中， 也可以省略探頭認(rèn)證2模塊。
緊接著對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬放大、采樣輸入到CPU，進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，得到 的預(yù)測結(jié)果輸出到顯示模塊5上。
實(shí)施例一-
本實(shí)施例的溫度預(yù)測裝置請(qǐng)參考圖2，包括用于與被測物接觸并感應(yīng) 被測物溫度的探頭、溫度采集單元、有效時(shí)間選擇單元、擬合單元、第一 特定時(shí)間點(diǎn)確定單元、第二特定時(shí)間點(diǎn)確定單元、第一計(jì)算單元和第二計(jì)算單元。溫度采集單元用于采集探頭輸出的溫度數(shù)據(jù)；有效時(shí)間選擇單元 用于從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)，在優(yōu)選方案中， 有效時(shí)間選擇單元包括求導(dǎo)模塊和第一比較模塊；擬合單元用于將所述有 效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)對(duì)y = (a*t + b) / (t + c)進(jìn)行雙曲線擬合，求出雙 曲線系數(shù)a、 b、 c，其中t為時(shí)間；第一特定時(shí)間點(diǎn)確定單元用于根據(jù)所 述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的初始溫度確定出 第一特定時(shí)間點(diǎn)，第二特定時(shí)間點(diǎn)確定單元用于通過第一特定時(shí)間點(diǎn)之前 的斜率確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)，第一計(jì)算單元用于計(jì)算出代表被測物溫度 符合雙曲線部分的溫度y值，第二計(jì)算單元用于根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度 曲線的最大斜率、該段溫度曲線的初始溫度和溫度y值確定出被測物的最 終溫度。
用戶將探頭拔出探筒，觸動(dòng)算法開關(guān)，進(jìn)入測量過程，溫度預(yù)測流程 請(qǐng)參考圖3，包括以下步驟
1、 在溫度計(jì)的探頭與被測物接觸后，探頭感應(yīng)被測物的溫度，將溫度 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(例如電壓信號(hào))并輸出，溫度采集單元采集探頭輸出的溫 度數(shù)據(jù)。
2、 從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)；預(yù)測溫度是 根據(jù)一小段時(shí)間采集的數(shù)據(jù)、通過一定的算法來預(yù)測出被測物的最終溫度， 所以不需要很長時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)，但并非所有的溫度數(shù)據(jù)都能很好的進(jìn)行 溫度預(yù)測，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)正常情況下，采集的溫度數(shù)據(jù)會(huì) 符合一定的條件，根據(jù)該條件判斷該段時(shí)間的數(shù)據(jù)有效后才開始溫度的預(yù) 測算法。本實(shí)施例中，通過求導(dǎo)模塊求出溫度曲線的一、二階導(dǎo)數(shù)，第一 比較模塊根據(jù)溫度曲線的一、二階導(dǎo)數(shù)的變化來判斷該段時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)
是否有效，當(dāng)指定算法時(shí)間內(nèi)(例如8s時(shí)間)數(shù)據(jù)序列滿足所有一階導(dǎo)
數(shù)都大于0并且二階導(dǎo)數(shù)都小于0時(shí)，認(rèn)為該段時(shí)間的數(shù)據(jù)序列有效，認(rèn)
為該段時(shí)間的數(shù)據(jù)為有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)，開始以下步驟進(jìn)行預(yù)測。
3、 探頭隨著被測物的溫度逐漸升高，采集的溫度數(shù)據(jù)的上升曲線如 圖4所示，它在前期基本滿足公式
y = (a*t + b) / (t + c)------(1)
其中a、 b、 c為系數(shù)，t為時(shí)間。
利用該有效時(shí)間(例如8 s鐘)內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)擬合出雙曲線，得到 系數(shù)a、 b、 c，擬合方法可采用最小二乘法進(jìn)行擬合?？紤]到被測物(例如人體)本身熱量的有限性，當(dāng)溫度上升到一定的 程度后，就不再遵循此雙曲線，因此在預(yù)測最終溫度時(shí)，不可以把t取為 無窮大，而應(yīng)該是一個(gè)和熱傳導(dǎo)率相關(guān)的值。而熱傳導(dǎo)率對(duì)t取值的影響 可以從曲線的初始上升階段的某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)之前的部分得出，所以需要 找出該特定時(shí)間點(diǎn)。
4、 根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的 初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)t0。第一特定時(shí)間點(diǎn)tO由溫度曲線的斜 率變化趨勢(shì)和初始溫度決定，設(shè)斜率值為slope (t)、初始溫度為T0、閥值 為threshold,則可以根據(jù)下面的公式找到第一特定時(shí)間點(diǎn)tO:
coef4氺slope(t0) + coef5氺T0 = threshold------(2)
其中，coef4、 coef5是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，threshold是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其取值根 據(jù)大量實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)得出，coef4的取值范圍為74. 0±20, coef5的取值范圍為 1. O士O. 3， threshold的取值范圍為56±15。
斜率值slope (t)可通過兩個(gè)相鄰采樣溫度數(shù)據(jù)的差值和其時(shí)間間隔 的比值計(jì)算得到，這樣可得到一組與采樣時(shí)間對(duì)應(yīng)的斜率，slope(t0)即是 與第一特定時(shí)間點(diǎn)to對(duì)應(yīng)的斜率。
已知初始溫度為TO、 coef4、 coef5和threshold,通過公式2可以計(jì) 算出式中的slope(t0)，經(jīng)過査表可知該斜率所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，則該時(shí)間為
第一特定時(shí)間點(diǎn)to。
5、 找到第一特定時(shí)間點(diǎn)t0后，通過第一特定時(shí)間點(diǎn)t0之前的斜率 確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)t0'。在本實(shí)施例中，通過第一特定時(shí)間點(diǎn)tO之 前2s或3 s的斜率來確定第二特定時(shí)間點(diǎn)t0'，第二特定時(shí)間點(diǎn)t0'的 計(jì)算公式是
t。' 二 coef6*slope(t0-2)------(3)'
其中，coef6是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，其取值范圍為205士5， slope (t0-2)是第一 特定時(shí)間點(diǎn)t0之前2s的斜率。
t0'隨著曲線的形態(tài)而變化，如圖4所示，三條曲線對(duì)應(yīng)的tO'值分 別為tl、 t2、 t3。
6、 根據(jù)公式y(tǒng) = (a*t + b) / (t + c)計(jì)算出溫度y的值，其中a、 b、 c即為第3步驟中求出的系數(shù)a、 b、 c,式中t取值為第二特定時(shí)間點(diǎn) t0'的值，可計(jì)算出y值，y值代表人體溫度符合雙曲線變化的部分。
7、 根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率、該段溫度曲線的初始 溫度和溫度y值確定出被測物的最終溫度。實(shí)驗(yàn)表明最終溫度z和y值呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，本發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)初始溫度TO和最大斜率值 slopeMax來分類，得到多組比例系數(shù)，然后查表得到系數(shù)e[i] [j] 、d[i] [j] (此系數(shù)隨探頭的結(jié)構(gòu)不同而不同)，代入公式
z 二 e[i]U]*y + d[i][j]------(4)
求得z即為被測物的最終溫度。
在測試人體溫度時(shí)，用同一探頭，測同樣溫度的不同人，測試結(jié)果不 一樣，這和每個(gè)人的皮膚干燥程度等信息有關(guān)。而這些信息隱藏在溫度曲 線的初始階段，為了剔出這些干擾信息，本實(shí)施例中采用査找出與個(gè)體相 關(guān)的第一特定時(shí)間點(diǎn)t0，根據(jù)第一特定時(shí)間點(diǎn)t0進(jìn)而査找出與個(gè)體相關(guān)的 第二特定時(shí)間點(diǎn)tO'，由此得出溫度y值和最終的溫度z值。所以根據(jù)本 實(shí)施例預(yù)測出的溫度值不是基于理想態(tài)的情況，而是和不同的被測個(gè)體、 不同的測試情況有關(guān)，因此預(yù)測結(jié)果更接近于被測物的真實(shí)溫度。
為使預(yù)測結(jié)果更精確，本實(shí)施例還對(duì)不同的初始溫度TO和該段溫度 曲線的最大斜率slopeMax用不同的系數(shù)，不同的系數(shù)就對(duì)應(yīng)著不同的人體 信息。
上述步驟中提供了一種計(jì)算雙曲線系數(shù)a、 b、 c和第一特定時(shí)間點(diǎn)t0、 第二特定時(shí)間點(diǎn)tO'的順序，當(dāng)然也可以按照其他順序計(jì)算，例如先計(jì)算 第一特定時(shí)間點(diǎn)t0、第二特定時(shí)間點(diǎn)tO'，然后再擬合雙曲線系數(shù)a、 b、
Co
在查找第一特定時(shí)間點(diǎn)t0、第二特定時(shí)間點(diǎn)t0'和被測物最終溫度z 時(shí)，除了利用公式(2)、公式(3)和公式(4)夕卜，還可以根據(jù)實(shí)際情況 進(jìn)行更高階次的擬合。比如如果用一階曲線Y:Wx+b來擬合，發(fā)現(xiàn)效果 不好，就可用二階曲線Y-WxZ + b化+ c來擬合，依次類推，直到發(fā)現(xiàn)最 佳的擬合，具體用幾階，決定于具體的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。
實(shí)施例二
要想快速得到被測物(例如人體)的溫度，就應(yīng)該讓人體的溫度傳導(dǎo) 大部分用來加熱探頭，讓探頭因人體接觸而引起的溫升曲線落在算法最感 興趣的區(qū)間上。因此本實(shí)施例的溫度預(yù)測裝置與實(shí)施例相比，增加了預(yù)測 單元，請(qǐng)參考圖5，預(yù)測單元包括加熱器件、誤差計(jì)算模塊、第二比較模 塊和溫度控制模塊。加熱器件緊靠探頭內(nèi)的熱敏電阻，加熱器件可以是加 熱電阻，通電后加熱探頭；誤差計(jì)算模塊用于根據(jù)采集單元采集的探頭的 溫度值計(jì)算當(dāng)前的溫度值與預(yù)定溫度的差值；第二比較模塊用于比較所述 差值是否達(dá)到精度要求；溫度控制模塊用于根據(jù)第二比較模塊的比較結(jié)對(duì)用于加熱探頭的加熱電流進(jìn)行調(diào)制，以控制探頭的溫度達(dá)到預(yù)定溫度。 增加預(yù)測過程后，本實(shí)施例的處理流程如圖6所示，包括以下步驟 測量初始化后，進(jìn)入預(yù)熱階段，將探頭加熱到一個(gè)固定的比較接近人
體的溫度(例如32.5°C)，以保證在算法非敏感階段，探頭對(duì)人體的熱
量盡量少的吸收。
在遇到熱源后開始采集溫度數(shù)據(jù)，并判斷測試時(shí)間是否大于設(shè)定時(shí)間
(例如25s)，如果大于該設(shè)定時(shí)間后，說明測量的時(shí)間己經(jīng)比較長，如果
仍沒有結(jié)果則不需要繼續(xù)測量，轉(zhuǎn)入監(jiān)護(hù)程序，顯示所采集的溫度數(shù)據(jù)。 如果沒有達(dá)到設(shè)定時(shí)間則根據(jù)溫度曲線一、二階導(dǎo)數(shù)的變化來判斷預(yù)測算
法何時(shí)開始，當(dāng)指定算法時(shí)間內(nèi)(例如8S時(shí)間)數(shù)據(jù)序列滿足所有一階
導(dǎo)數(shù)都大于Q并且二階導(dǎo)數(shù)都小于Q時(shí)，認(rèn)為數(shù)據(jù)有效，開始進(jìn)行預(yù)測。
在預(yù)測時(shí)可以采用和實(shí)施例一相同的預(yù)測方法，計(jì)算出最終溫度后判 斷該最終溫度是否合理，如果合理則通過顯示模塊顯示預(yù)測結(jié)果，如果不
合理，則在預(yù)測時(shí)間沒有超過設(shè)定時(shí)間(例如25s)時(shí)，繼續(xù)采集溫度數(shù)
據(jù)，重新進(jìn)行預(yù)測。
其中，預(yù)熱控制流程如圖7所示，包括以下步驟
首先進(jìn)行預(yù)熱控制初始化，接通電流通路，對(duì)探頭進(jìn)行加熱，采集單 元采集探頭的溫度，將探頭的當(dāng)前溫度和預(yù)訂加熱的目標(biāo)溫度(即預(yù)訂溫
度)進(jìn)行比較，即差值PID-探頭當(dāng)前溫度-預(yù)訂溫度，比較差值PID是
否達(dá)到精度要求，如果是，則在探頭接觸到被測物后即開始采集用于預(yù)測 最終溫度的溫度數(shù)據(jù)，如果沒有達(dá)到精度要求，則進(jìn)行反饋控制，通過改 變加熱電流的脈寬來改變加熱時(shí)間，從而控制探頭的溫度變化速度。在進(jìn) 行反饋控制時(shí)根據(jù)誤差的大小，采用三種方式中一種進(jìn)行控制。
1、當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于第一設(shè)定值A(chǔ)l且大于第二設(shè)定值A(chǔ)2時(shí)， 通過以下公式計(jì)算控制參數(shù)，其中，第一設(shè)定值A(chǔ)1和第二設(shè)定值A(chǔ)2根據(jù) 實(shí)際需要而設(shè)定。
error=coef 1氺P + coef2氺I + coef3氺D------(5)
其中，error為控制參數(shù)，P為比例項(xiàng)，即當(dāng)前溫度值和預(yù)定溫度的 差值，I為積分項(xiàng)，即對(duì)比例項(xiàng)按照時(shí)間的積分值，D為微分項(xiàng)，即當(dāng)前 比例項(xiàng)和上一比例項(xiàng)的差值，coefl、 coef2、 coef3為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)，coefl的取值范圍可以是3.8±1. 1， coef2的取值范圍可以是 0. 004±0. 001， coef3的取值范圍可以是0. 95±0. 3。
根據(jù)控制參數(shù)來調(diào)整加熱電流的脈沖寬度，例如P麗=0.5*error，這種控制方式稱為PID控制。
2、 當(dāng)所述差值的絕對(duì)值大于或等于第一設(shè)定值A(chǔ)1時(shí)，即抖動(dòng)幅度很 大時(shí)，則采用擺幅控制方式，將加熱電流的脈沖寬度縮減為原寬度的 10%~90%,加快收斂速度，收斂速度即為溫度由變動(dòng)到穩(wěn)定在預(yù)訂溫度的 時(shí)間。
3、 當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于或等于第二設(shè)定值A(chǔ)2時(shí)，即抖動(dòng)幅度很 小時(shí)，此時(shí)采用微調(diào)方式，采用步進(jìn)調(diào)整，以克服PID固有的波動(dòng)。
現(xiàn)有技術(shù)中通常只采用PID控制，而本實(shí)施例的這種預(yù)熱反饋控制， 相當(dāng)于在現(xiàn)有的PID控制中加入了非線性成分，使得預(yù)熱更快，更穩(wěn)定。
圖6中的預(yù)測算法部分可以采用與實(shí)施例一基本相同的方法，具體流 程如圖8所示，包括以下步驟
1、 利用該有效時(shí)間(例如8 s鐘)內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)擬合出雙曲線，得 到系數(shù)a、 b、 c，雙曲線表達(dá)式是
y = (a氺t + b) / (t + c)
其中a、 b、 c為系數(shù)，t為時(shí)間。
2、 根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的 初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)t0。通過第一特定時(shí)間點(diǎn)t0之前一定時(shí) 間(例如2秒)的斜率確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)tO'。
3、 根據(jù)公式y(tǒng) = (a* t0' + b) / (t0' + c)計(jì)算出溫度y的值。
4、 判斷有效時(shí)間的溫度曲線的初始溫度值TO是否合理，如果合理則 進(jìn)行步驟5，如果不合理則判斷檢測時(shí)間是否超過設(shè)定時(shí)間(例如25s)， 如果超過，則轉(zhuǎn)入監(jiān)護(hù)程序。
5、 根據(jù)初始溫度值T0選擇擬合曲線橫下標(biāo)i。
6、 判斷有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率值是否合理，如果合理則進(jìn)行 步驟7，如果不合理則判斷撿測時(shí)間是否超過設(shè)定時(shí)間，如果超過，則轉(zhuǎn) 入監(jiān)護(hù)程序。
7、 根據(jù)有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率值選擇擬合曲線縱下標(biāo)j。
8、 查表得到補(bǔ)償系數(shù)e[i][j]、 d[i][j]。
9、 將補(bǔ)償系數(shù)e[i][j]、 d[i]U]代入公式 z = e[i][j]*y + d[i][j]
求得z即為被測物的最終溫度。
10、 判斷被測物的最終溫度是否合理，如果合理則進(jìn)行預(yù)測結(jié)果顯示，如果不合理則判斷檢測時(shí)間是否超過設(shè)定時(shí)間，如果超過，則轉(zhuǎn)入監(jiān)護(hù)程 序。
綜上所述，本發(fā)明預(yù)測精確、抗干擾、測量快速有效，除了可應(yīng)用于 人體溫度預(yù)測外，還可以應(yīng)用于掐他需要快速獲取溫度的領(lǐng)域，例如工業(yè) 控制等。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種溫度預(yù)測方法，其特征在于包括以下步驟A1、在溫度計(jì)的探頭與被測物接觸后采集探頭輸出的溫度數(shù)據(jù)；B1、從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)；C1、根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)；D1、通過第一特定時(shí)間點(diǎn)之前的斜率確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)；E1、根據(jù)公式y(tǒng)＝(a*t+b)/(t+c)計(jì)算出溫度y的值，其中，a、b、c為雙曲線系數(shù)，通過將所述有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)對(duì)y＝(a*t+b)/(t+c)進(jìn)行雙曲線擬合求得，t為時(shí)間，其取值為第二特定時(shí)間點(diǎn)；F1、根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率、該段溫度曲線的初始溫度和溫度y值確定出被測物的最終溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的溫度預(yù)測方法，其特征在于所述步驟Bl中選擇有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)包括以下步驟Bll、計(jì)算采集的溫度數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)；B12、將求得的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)分別和0比較；B13、當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)序列滿足所有一階導(dǎo)數(shù)都大于0并且二階 導(dǎo)數(shù)都小于0時(shí)，認(rèn)為該段時(shí)間內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)為有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的溫度預(yù)測方法，其特征在于所述步驟Cl 中第一特定時(shí)間點(diǎn)通過以下公式求得coef4氺slope(t0) + coef5氺T0 = threshold其中，coef4、 coef5、 threshold是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，TO是有效時(shí)間的溫度 數(shù)據(jù)的初始溫度，slope是有效時(shí)間的溫度曲線的斜率，t0是第一特定時(shí) 間點(diǎn)，sl叩e (tO)是第一特定時(shí)間點(diǎn)tO所對(duì)應(yīng)的斜率。
4. 如權(quán)利要求1所述的溫度預(yù)測方法，其特征在于所述步驟Dl 中第二特定時(shí)間點(diǎn)通過以下公式求得t = coef6*slope(tO-A)其中，coef6是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，sl叩e是有效時(shí)間的溫度曲線的斜率，t0 是第一特定時(shí)間點(diǎn)，slope (tO-A)為第一特定時(shí)間點(diǎn)t0之前A秒的斜率。
5. 如權(quán)利要求1所述的溫度預(yù)測方法，其特征在于所述步驟Fl 中被測物的最終溫度z通過以下公式求得z = e[i][j]*y + d[i][j]其中，z為被測物的最終溫度，e[i][j]、 d[i][j]為根據(jù)所述初始溫 度和所述最大斜率值通過查表所得的系數(shù)。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的溫度預(yù)測方法，其特征在于在步驟Al之前還包括用于將所述探頭加熱到預(yù)定溫度的預(yù)熱步驟，所述 預(yù)熱步驟包括以下步驟All、加熱探頭并采集探頭的溫度值；A12、計(jì)算探頭當(dāng)前的溫度值與預(yù)定溫度的差值；A13、比較所述差值是否達(dá)到精度要求，如果是，則執(zhí)行步驟Al，如 果沒有達(dá)到精度要求，則執(zhí)行步驟A14;A14、當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于第一設(shè)定值且大于第二設(shè)定值時(shí)，通 過公式error二coef^P + coef2*I + coef3*D計(jì)算控制參數(shù)，根據(jù)控制參 數(shù)來調(diào)整加熱電流的脈沖寬度，其中error為控制參數(shù)，P為比例項(xiàng)，即 當(dāng)前溫度值和預(yù)定溫度的差值，I為積分項(xiàng)，即對(duì)比例項(xiàng)按照時(shí)間的積分 值，D為微分項(xiàng)，即當(dāng)前比例項(xiàng)和上一比例項(xiàng)的差值，coefl、coef2、coef3 為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；當(dāng)所述差值的絕對(duì)值大于或等于第一設(shè)定值時(shí)，將加熱電流 的脈沖寬度縮減為原寬度的10%~90%;當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于或等于第 二設(shè)定值時(shí)，采用微調(diào)方式。
7. 如權(quán)利要求6所述的溫度預(yù)測方法，其特征在于所述第一設(shè)定 值為0. 6°C ，所述第二設(shè)定值為0. 3°C 。
8. —種溫度預(yù)測裝置，其特征在于包括 探頭，用于與被測物接觸并感應(yīng)被測物的溫度； 溫度采集單元，用于采集探頭輸出的溫度數(shù)據(jù)；有效時(shí)間選擇單元，用于從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫 度數(shù)據(jù)；擬合單元，用于將所述有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)對(duì)y = (a*t + b) / (t + c)進(jìn)行雙曲線擬合，求出雙曲線系數(shù)a、 b、 c，其中t為時(shí)間；第一特定時(shí)間點(diǎn)確定單元，用于根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率 變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)；第二特定時(shí)間點(diǎn)確定單元，用于通過第一特定時(shí)間點(diǎn)之前的斜率確定 出第二特定時(shí)間點(diǎn)；第一計(jì)算單元，用于根據(jù)公式y(tǒng) = (a*t + b) / (t + c)計(jì)算出溫度 y的值，其中，a、 b、 c為雙曲線系數(shù)，t為時(shí)間，其取值為第二特定時(shí)間點(diǎn)；第二計(jì)算單元，用于根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率、該段溫度曲線的初始溫度和溫度y值確定出被測物的最終溫度。
9. 如權(quán)利要求8所述的溫度預(yù)測裝置，其特征在于所述有效時(shí)間 選擇單元包括-求導(dǎo)模塊，用于計(jì)算采集的溫度數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)； 第一比較模塊，用于將求得的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)分別和0比較，且 當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)序列滿足所有一階導(dǎo)數(shù)都大于0并且二階導(dǎo)數(shù)都小 于0時(shí)，認(rèn)為該段時(shí)間內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)為有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的溫度預(yù)測裝置，其特征在于還包括用 于將探頭加熱到預(yù)定溫度的預(yù)熱單元，所述預(yù)熱單元包括加熱器件，用于通電加熱探頭；誤差計(jì)算模塊，用于根據(jù)采集單元采集的探頭的溫度值計(jì)算當(dāng)前的溫 度值與預(yù)定溫度的差值；第二比較模塊，用于比較所述差值是否達(dá)到精度要求； 溫度控制模塊，用于根據(jù)第二比較模塊的比較結(jié)果對(duì)用于加熱探頭的 加熱電流進(jìn)行調(diào)制，以控制探頭的溫度達(dá)到預(yù)定溫度，且當(dāng)所述差值的絕 對(duì)值小于第一設(shè)定值且大于第二設(shè)定值時(shí)，通過公式err0r = COefl*P + coef2*I + coef3*D計(jì)算控制參數(shù)，根據(jù)控制參數(shù)來調(diào)整加熱電流的脈沖 寬度，其中error為控制參數(shù)，P為比例項(xiàng)，即當(dāng)前溫度值和預(yù)定溫度的 差值，I為積分項(xiàng)，即對(duì)比例項(xiàng)按照時(shí)間的積分值，D為微分項(xiàng)，即當(dāng)前 比例項(xiàng)和上一比例項(xiàng)的差值，coefl、 coef2、 coef3為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；當(dāng)所述 差值的絕對(duì)值大于或等于第一設(shè)定值時(shí)，將加熱電流的脈沖寬度縮減為原 寬度的10%~90%;當(dāng)所述差值的絕對(duì)值小于或等于第二設(shè)定值時(shí)，采用微 調(diào)方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫度預(yù)測方法及裝置，包括以下步驟A1.在溫度計(jì)的探頭與被測物接觸后采集探頭輸出的溫度數(shù)據(jù)；B1.從采集的溫度數(shù)據(jù)中選擇一段有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)；C1.根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的斜率變化趨勢(shì)和該段溫度曲線的初始溫度確定出第一特定時(shí)間點(diǎn)；D1.通過第一特定時(shí)間點(diǎn)之前的斜率確定出第二特定時(shí)間點(diǎn)；E1.根據(jù)公式y(tǒng)＝(a*t+b)/(t+c)計(jì)算出溫度y的值，其中，a、b、c為雙曲線系數(shù)，通過對(duì)所述有效時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行雙曲線擬合求得，t為時(shí)間，其取值為第二特定時(shí)間點(diǎn)；F1.根據(jù)所述有效時(shí)間的溫度曲線的最大斜率、該段溫度曲線的初始溫度和溫度y值確定出被測物的最終溫度。本發(fā)明能夠更精確地預(yù)測被測物的溫度值。
文檔編號(hào)G01K7/42GK101435727SQ20071012452
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者何先梁, 劉中華, 左鵬飛, 波 張 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司