CN105051509A - 身体核心温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定生物的身体核心温度的双温度传感器，所述双温度传感器具有传感器块（2），所述传感器块在一侧承载有设置用于平放在皮肤表面上的第一温度传感器（4）并且在另一侧与所述第一温度传感器间隔地承载有第二温度传感器（5），并且所述双温度传感器具有运算单元，设立所述运算单元用于在应用所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的测量值的条件下计算所述身体核心温度，其特征在于，所述传感器块（2）保持在罩状的箱体壳（1）中，如下形成所述箱体壳，使得所述传感器块处的第一温度传感器（4）和所述箱体壳（1）的与所述第一温度传感器间隔的环绕的外部的边缘（8）处于一个平面中，从而所述传感器块（2）在所述箱体壳（1）平放在所述皮肤表面上时被由所述箱体壳进行封闭的填充空气的空腔包围。

Description

身体核心温度传感器

技术领域

本发明涉及一种用于确定生物的身体核心温度的双温度传感器，所述双温度传感器具有传感器块，该传感器块在一侧承载有设置用于平放在皮肤表面上的第一温度传感器并且在另一侧与第一温度传感器间隔地承载有第二温度传感器；并且所述双温度传感器具有运算单元，设立所述运算单元用于在应用第一温度传感器和第二温度传感器的测量值的条件下计算身体核心温度。

背景技术

这样的双温度传感器凭借第一温度传感器测量皮肤表面处的温度并且凭借第二温度传感器测量在传感器块的远离第一温度传感器的另一末端处的温度。由第一传感器和第二传感器的温度的差值得出通过传感器块的材料体的热量流，并且由此在已知传感器块和身体组织的导热性以及皮肤温度时能够计算在生物的身体的内部的身体核心温度。妨碍测量的精确性的问题在于，通过传感器块的热量不仅仅沿着纵向方向、即沿着连接第一温度传感器和第二温度传感器的方向流动，而且还横向于其向着传感器块的侧壁流动。真正要通过第一温度传感器和第二温度传感器确定的热量流丢失了该横向走向的热量流。因此，已经存在尝试将此传感器块中的干扰的、横向走向的热量流进行减少或者以其它的方式进行补偿。

在DE102005004933B3中说明了一种具有权利要求1的前序部分的特征的双温度传感器。在那儿进行说明的双温度传感器中规定，传感器块中横向走向的损失热量流以计算方式进行补偿。为此，在传感器块的侧表面处设置第三温度传感器，用以检测用于横向走向的损失热量流的大小。然后，第三温度传感器的温度进入到在提到的专利文献中提出的、扩展的用于计算核心温度的公式中，用以由此在考虑到损失热量流的条件下更精确地计算实际的身体核心温度。然而，横向走向的损失热量流的这种以计算方式进行的补偿仅仅是近似的修正，或者说此外还需要与第三温度传感器相关联的更大的设备方面的耗费。当然，更愿意力求达到在双温度传感器中不需要这种以计算方式进行的修正。

在由DE102008026642B4公开的同样具有权利要求1的前序部分的特征的双温度传感器中，通过传感器块的横向走向的损失热量流的问题在以下方法中得到克服。双温度传感器具有其中带有隔离体块的容纳元件，将第一温度传感器和第二温度传感器引入到该隔离体块中，其中，布置第一温度传感器用于检测皮肤侧的温度并且布置第二温度传感器用于检测上侧的环境温度。在此，目前在材料结构方面应该如此构造容纳元件或者隔离块，使得存在各向异性的热量传导，特别当然存在这样的各向异性，使得沿着纵向方向从第一温度传感器到第二温度传感器的热量传导大于沿着横向方向的热量传导。以该种方式，应该将干扰测量的横向走向的损失热量流相对于为测量需要的沿着纵向方向的损失热量流进行抑制。此外，能够规定，在隔离块中，以纵向延伸的孔或者同心的弓形槽的形式设置沿着横向方向对于热量传导的干扰位置。然而，由此仅仅达到干扰测量的横向走向的损失热量流的一定程度的减少，然而没有达到测量误差的真正明显的减少。

由EP2251660A1公开了一种双温度传感器，该双温度传感器与在前述的双温度传感器中那样同样具有带有第一温度传感器和第二温度传感器的传感器块。该传感器块在此凭借固定夹压到皮肤表面处，其中，固定夹的伸展到皮肤表面的臂在那儿利用粘贴元件粘贴在皮肤处。此外，在固定夹和传感器块的背向皮肤的上侧面之间作用了弹簧，用以压紧传感器块。为了减少横向走向的损失热量流，在此，传感器块全面地由作为隔离体的泡沫材料体包围。然而，即使通过该泡沫材料体也还发生热量交换，使得损失热量流一如既往地干扰测量。在公开的这种双温度传感器中，隔离体的多孔的泡沫材料具有0.06W/m*K的平均的导热性。所有公开的传感器的平均的直径为大约55mm，而传感器块具有大约10mm的直径。传感器块的侧面的外壁和泡沫材料外的传感器的外部空间之间的平均的距离为大约22.5mm。由此，达到大约2.67W/m²*K的传热系数。因此，横向走向的损失热量流然而还保持在显著地干扰双温度传感器的测量的范围内。

发明内容

本发明的任务为，如此构造双温度传感器，使得通过传感器块的横向走向的损失热量流的影响即使在没有以计算方式进行的补偿时也小得能够忽略。

权利要求1的特征用于解决该任务。有利的实施方式在从属权利要求中给出。

根据本发明，传感器块保持在罩状的箱体壳中，如此形成该箱体壳，使得设置用于贴靠在皮肤表面处的第一温度传感器和箱体壳的与所述第一温度传感器间隔的环绕的外部的边缘处于一个平面中，从而传感器块在箱体壳平放在皮肤表面上时被由箱体壳进行封闭的填充空气的空腔包围。优选地，传感器块被中心地保持在罩状的箱体壳中。得到证实的是，将传感器块包围在半球体中的箱体壳（该箱体壳以其与传感器块间隔的外部的环绕的边缘贴靠在皮肤表面处）提供了隔离的、填充空气的空腔，该空腔相比所有至今为止的用于双温度传感器的箱体结构远远更好地减少了传感器块中干扰的、横向走向的热量流，从而还由此引起的测量误差绝对能够忽略。此外，在下文中与实施例有关地示出，在根据本发明的双温度传感器中，传热系数相比于传感器块通过包围的泡沫材料进行隔离的双温度传感器减少了多于系数2。而后还留下的由横向走向的、侧向地从传感器块指向的热量流引起的测量误差能够忽略，从而也不再需要以计算方式进行的修正。

在此，“罩状的”理解为一种箱体壳，该箱体壳在其外部边缘平放到皮肤上时，为其在外部边缘内、皮肤表面上的内部空间如同拱顶或者钟罩那样架设穹顶（überw?lbt）。然而，该罩状的造型在本发明的意义中应该不隐含旋转对称（如同球座那样）并且也不隐含箱体壳的壁的连续平滑的走向。箱体壳也能够具有多边形的外部边缘并且由带有平坦的壁表面的零件组成，因此，例如具有棱锥体或者平截头棱锥体的形状。混合形状例如平截头圆锥体的形状同样是可行的。

在有利的实施方式中，在箱体壳的内部形成至少一个从箱体壳的内壁伸出的连接板，用以加固箱体壳。箱体壳能够由合成材料以较小的壁厚构造。为了给予该结构足够的刚性，那么能够存在一个或者多个在内壁处形成的、作为加固筋起作用的连接板。

在有利的实施方式中，所述连接板在其高度方面如下进行尺寸设计，使得连接板的背向箱体壳内壁的边缘处于箱体壳的外部的环绕的边缘的平面中。由此，连接板的处于下部的边缘在箱体壳贴靠在皮肤表面处时同样平放在皮肤表面上，这在贴靠在皮肤上时有助于稳定双温度传感器的位置。此外，能够同箱体壳的外部的环绕的边缘一样给连接板的下部的边缘设置粘贴元件，使得双温度传感器能够由此附着地保持在皮肤表面处。原则上也可行的是，一个或者多个这样的连接板在箱体壳的内部形成连续的壁，从而将箱体壳的内部的空腔划分成分体积。

箱体壳例如能够具有在使用中平放在皮肤表面上的、圆形的外部的边缘。然后，箱体壳例如能够具有球冠（球座）的形状。然而原则上如下的箱体壳的形状也是可行的，即在箱体壳中，平放在皮肤表面上的外部的边缘具有多边形的或者不同地成形的周边并且箱体壳的形状不是球形的。无论如何，能够为箱体壳的外部的环绕的边缘定义平均的直径。在有利的实施方式中，箱体壳的环绕的外部的边缘的平均的直径大于传感器块的平均的直径的2倍，其中，通过在第一温度传感器和第二温度传感器之间延伸的纵向轴线形成传感器块的平均的直径的中心点。更进一步优选的是，箱体壳的环绕的外部的边缘的平均的直径大于传感器块的平均的直径的3倍。在特别优选的实施方式中，箱体壳的外部的边缘的平均的直径大于传感器块的直径的4倍。在更进一步优选的实施方式中，箱体壳的环绕的外部的边缘的平均的直径大于传感器块的直径的5倍。传感器块的直径能够为例如大约10mm并且箱体壳的环绕的外部的边缘的直径能够为大约55mm或者更大。这种温度传感器一方面在关于其尺寸方面能够容易地进行操作，另一方面大大地扩展了侧向包围传感器块的填充空气的空腔。

在优选的实施方式中，传感器块通过至少一个固定元件保持在箱体壳中，该固定元件一方面在第二温度传感器的一侧与传感器块进行连接并且另一方面在箱体壳的中心的区域中直接地或者间接地与所述箱体壳的内壁进行连接。由此，由传感器块的固定引起的、通过固定元件的热量流是无关紧要的，因为向着第二温度传感器的热量流由此实际上不再受到影响。能够例如在传感器块的上部的、背向皮肤的末端处形成两个或者更多个薄的支架，这些支架在箱体壳的中心的区域中与其内壁或者与所述连接板中的一个或者多个进行连接。传感器块的这种在箱体壳中的悬挂通过悬挂元件将每个干扰的热量流降低到最低限度。

干扰的热量流的另一关键要点与将皮肤表面上的第一温度传感器与运算单元进行连接的电导线有关。因为导电性好的材料通常也是导热性好的，所以存在问题，即通向第一温度传感器引导的导线（该导线也伸展到箱体壳的外部空间中直至运算单元）引起从第一温度传感器的干扰的热量流出，因为箱体壳的外部的温度大多小于皮肤表面的温度，使得热量能够从第一温度传感器中流出。为了回避该问题，如此在箱体壳中引导与第一温度传感器进行连接的导线，使得其在运行中在箱体壳贴靠在皮肤表面上时与皮肤表面处于传热接触中。导线在箱体壳内部的传热接触的路径中，从第一温度传感器向外至箱体壳的外部的环绕的边缘具有至少部分非直线的或者弯曲的走向，在该边缘处，该导线从箱体壳中引出。因此，导线不是直接沿着径向方向向外引导至箱体壳的外部的边缘并且在那儿从箱体壳中引出，而是具有至少部分弯曲的或者曲折形的走向，使得与皮肤表面处于传热接触中的导线的长度相对于从箱体壳中直接的导出得到了扩大。由该扩大的导线长度（该导线长度与皮肤表面处于传热接触中并且处于导线从箱体壳的引出和第一温度传感器之间），提供了如此大的缓冲段，使得在典型的测量时间内在第一温度传感器处没有出现明显的热量流出。以该种方式，能够将通过连接第一温度传感器和运算单元的导线发生的热量流有效地减小到最低限度。

针对该目的，由第一温度传感器出发的导线例如能够具有首先径向的走向直到箱体壳的外部的环绕的边缘的附近。在此，该导线例如能够在走向中在连接板的下部的边缘处进行引导。接下来在导线从箱体壳中进行引出之前，导线能够在外部的边缘处在箱体壳的内部环绕地延伸，其中，导线能够在环绕的边缘处例如以180°地、即围绕着环绕的外部的边缘环绕一半地进行引导。以该种方式达到与皮肤表面处于传热接触中的足够的导线长度，从而温度波动对测量没有明显的影响。替代地，当线缆例如由具有较小的电阻但却具有较小的导热性的镍构成时，也能够将短的导线直接引至传感器。

附图说明

接下来根据附图中的实施例对本发明进行解释。在附图中：

图1示出了双温度传感器的示意性的侧向的剖视图；并且

图2针对根据本发明的双温度传感器与传统的双温度传感器相比较地示出了作为环境温度的函数的、由横向走向的热量流引起的测量误差，作为身体的测量的核心温度与实际的核心温度之间的温度差。

具体实施方式

在图1中示出的双温度传感器具有传感器块2，该传感器块在面向皮肤表面的一侧承载有第一温度传感器4并且在对置的、背向皮肤的末端承载有第二温度传感器5。传感器块2在半球体中由罩状的箱体壳1进行遮护。如此形成箱体壳1，使得其外部的环绕的边缘8处于与第一温度传感器4相同的平面中，从而在双温度传感器贴靠在皮肤表面上时，箱体壳围绕传感器块2形成封闭的、填充空气的空腔6。在箱体壳1的内部，能够设置一个或者多个从箱体壳的内壁出发的连接板7，所述连接板提供给箱体壳更高的刚性。连接板7能够在其高度方面如此进行尺寸设计，使得其下部的边缘同样处于通过箱体壳的外部的环绕的边缘8定义的平面中并且因此在双温度传感器贴靠在皮肤表面上时同样平放在皮肤上。能够为外部的环绕的边缘8和连接板7的下部的边缘设有粘贴元件，使得双温度传感器能够粘贴到皮肤表面上。替代地，双温度传感器能够通过紧固带或者以其它的方式保持在皮肤表面上。

传感器块2通过一个或者多个固定元件3保持在箱体壳1的中心，所述固定元件例如能够构造成薄的承载臂。通过固定元件3在传感器块2的上方的外部的末端处的布置，使热量流通过固定元件对第二温度传感器5的温度测量的影响降低到最低限度，因为，由此向着第二温度传感器5的热量流不再明显地受到影响。

箱体壳1的环绕的外部的边缘8的平均的外直径优选比传感器块2的直径大多倍。箱体壳的平均的直径例如能够为55mm，而传感器块具有10mm的直径。

因此，围绕传感器块2形成填充空气的封闭的空腔，通过该空腔将传感器块2中的侧向的损失热量流降低到最低限度。凭借以上规定的尺寸和空气的0.026W/m*K的平均的导热性，针对于根据本发明的双温度传感器得出1.16W/m²*K的传热系数。与此相反，如果研究传统的双温度传感器，那么得出如前所示2.67W/m²*K的传热系数，其比根据本发明的双温度传感器的两倍还多。

在图2中作为环境温度的函数示出了仿真头的测量的身体核心温度与实际的身体核心温度的偏差△T，其中，将根据本发明的双温度传感器的结果（Tcore-Sensor）、传统的、以泡沫材料进行隔离的双温度传感器的结果（Tstudy）和带有修正计算（如在DE102005004933B3中）的双温度传感器的结果（Tcu-STUDY）进行对比。能够看出，对于根据本发明的双温度传感器仅仅还得出0.1℃以内的能够忽略的偏差，这能够与带有以计算方式进行的修正（如在DE102005004933B3中进行说明的那样）的双温度传感器相比。与此相对，泡沫材料隔离的传统的双温度传感器示出了作为环境温度的函数的大得多的偏差。

根据本发明的双温度传感器相对于由DE102008026642B4公开的双温度传感器在关于抑制由传感器块的干扰的侧向的热量流方面再次提供了改进。在提到的专利中要求保护，侧向的热量传导以系数2至20低于通过传感器块沿着纵向方向的热量传导。根据传感器块的结构，通过传感器块2（如其在本发明中应用的那样）存在大约Ks=28至90W/m²*K的热量传导。如以上提到的那样，针对于根据本发明的双温度传感器，干扰的侧向的热量流在进行遮护的空气空腔中仅仅为1.16W/m²*K。侧向的热量流的抑制因此比在DE102008026642B4中进行说明的结构更加强烈或者换句话说热量传导的各向异性更大。根据本发明的双温度传感器结构与在DE102008026642B4中进行说明的双温度传感器之间的决定性的区别在于，包围的传感器箱体不是由在各个位置处设有孔或者槽以用于干扰侧向的热量传导的实心的材料构成，而是在根据本发明的双温度传感器中，箱体壳将传感器块遮护在半球体中并且传感器块仅仅在其上侧面处在箱体壳的空腔中保持在箱体壳的中心的区域中。传感器块如此由箱体壳1包围并且封闭，所述箱体壳以其外部的环绕的边缘8平放在皮肤表面上，使得传感器块在侧向上由填充空气的空腔包围。

Claims (10)

1.用于确定生物的身体核心温度的双温度传感器，所述双温度传感器具有传感器块（2），所述传感器块在一侧承载有设置用于平放在皮肤表面上的第一温度传感器（4）并且在另一侧与所述第一温度传感器间隔地承载有第二温度传感器（5），并且所述双温度传感器具有运算单元，设立所述运算单元用于在应用所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的测量值的条件下计算所述身体核心温度，其特征在于，所述传感器块（2）保持在罩状的箱体壳（1）中，如下形成所述箱体壳，使得所述传感器块处的第一温度传感器（4）和所述箱体壳（1）的与所述第一温度传感器间隔的环绕的外部的边缘（8）处于一个平面中，从而所述传感器块（2）在所述箱体壳（1）平放在所述皮肤表面上时被由所述箱体壳进行封闭的填充空气的空腔包围。

2.根据权利要求1所述的双温度传感器，其特征在于，所述传感器块（2）中心地保持在所述罩状的箱体壳（1）中。

3.根据权利要求1或2所述的双温度传感器，其特征在于，在所述箱体壳（1）的内部，从所述箱体壳的内壁形成至少一个伸出的连接板（7），用以加固所述箱体壳。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的双温度传感器，其特征在于，所述连接板（7）如下进行尺寸设计，使得所述连接板的背向所述箱体壳（1）内壁的边缘处于所述箱体壳的外部的环绕的边缘（8）的平面中。

5.根据上述权利要求中任一项所述的双温度传感器，其特征在于，所述箱体壳（1）的外部的环绕的边缘（8）的平均的直径大于所述传感器块（2）的平均的直径的2倍，其中，所述传感器块的平均的直径的中心点通过在所述第一温度传感器和所述第二温度传感器之间延伸的纵向轴线形成。

6.根据权利要求4所述的双温度传感器，其特征在于，所述箱体壳（1）的外部的环绕的边缘（8）的平均的直径大于所述传感器块（2）的平均的直径的4倍，尤其是大于5倍，其中，所述传感器块的平均的直径的中心点通过在所述第一温度传感器和所述第二温度传感器之间延伸的纵向轴线形成。

7.根据上述权利要求中任一项所述的双温度传感器，其特征在于，所述传感器块（2）通过至少一个固定元件（3）保持在所述箱体壳（1）中，所述固定元件一方面在所述第二温度传感器的一侧与所述传感器块（2）进行连接并且另一方面在所述箱体壳的中心的区域中直接地或者间接地与所述箱体壳（1）的内壁进行连接。

8.根据上述权利要求中任一项所述的双温度传感器，其特征在于，在所述箱体壳（1）中如下引导与所述第一温度传感器（4）连接的导线，使得所述导线在运行中在所述箱体壳（9）的环绕的外部的边缘（8）贴靠时，与所述皮肤表面处于传热接触中并且在所述传热接触中在所述箱体壳的内部在从所述第一温度传感器（4）向外至所述箱体壳的外部的环绕的边缘（8）的路径上具有至少部分非直线的走向，在所述外部的环绕的边缘处所述导线从所述箱体壳（1）中引出。

9.根据权利要求7所述的双温度传感器，其特征在于，与所述第一温度传感器（4）连接的导线从所述第一温度传感器出发径向向外延伸至所述箱体壳的外部的环绕的边缘（8）并且接下来在所述箱体壳内在周向方向上沿着所述环绕的边缘（8）进行引导直至所述导线从所述箱体壳（1）中引出的点。

10.根据权利要求7或8所述的双温度传感器，其特征在于，在所述箱体壳的内部，所述第一温度传感器（4）的导线的与所述皮肤表面处于传热接触中的路径长度为5cm或者更多。