CN109248381A - 非接触式温度控制加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明的题目是一种非接触式温度控制加热装置，包含用于感测物体的表面温度的温度感测器、连接温度感测器的控制电路以及耦接控制电路的加热单元，控制电路根据温度感测器所感测的表面温度控制加热单元发出热能，通过实时感测使用者的体表温度并且同步控制加热单元所发出的热能可以有更舒适更安全的使用环境，并且也能防止过热导致二次伤害或者不热导致效果不佳的问题。

Description

非接触式温度控制加热装置

技术领域

本发明涉及一种加热装置，具体涉及一种能够根据物体表面温度改变热能的非接触式温度控制加热装置。

背景技术

随着科技的进步，加热装置对于人们生活中的用途也越来越广泛，例如在天气寒冷的时候，人们常会通过热风机或电暖炉来保暖，或者针对烫伤患者进行患部医疗时，医疗人员也会利用红外线照护灯或相关加热医疗装置对患部进行照射医疗。

然而，公知的加热装置都仅有开启/关闭、强度调整或时间设定等基本的设定功能，并且无法随时针对人体的体表温度进行强度或温度上的调节，容易导致过冷或过热体验不佳的问题，尤其是加热装置应用在医疗设备时，医疗人员往往都是依据患者的受伤程度预先设定好照射的时间和强度，使得医疗设备启动后只会根据该设定进行照射，也就是说不管患者在照射过程的情况如何，医疗设备都会用一定的强度照射一定的时间，如此会容易发生低温烫伤或二次伤害的问题。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够根据人体体表温度改变热能的非接触式温度控制加热装置。

为了达到上述目的，依据本发明的一种非接触式温度控制加热装置包含用于感测物体的表面温度的温度感测器、连接温度感测器的控制电路以及耦接控制电路的加热单元，控制电路根据温度感测器所感测的表面温度控制加热单元发出热能。

在一个实施例中，加热单元包括可发出热能的灯体以及连接灯体的灯罩，控制电路是根据温度感测器所感测的表面温度控制灯体发出热能，其中该灯体可为卤素灯、碳素灯、陶瓷灯其中之一或是上述任两种的结合。

在一个实施例中，加热单元还包括连接灯罩的三轴传动轴，控制电路根据温度感测器所感测的表面温度控制该三轴传动轴动作以及灯体发出热能。

在一个实施例中，加热单元包括可发出热能的灯体、连接灯体的灯罩及至少位于灯罩内的反射罩，控制电路根据温度感测器所感测的表面温度控制各该反射罩动作及控制灯体发出热能。

在一个实施例中，加热单元包括多个可发出热能的灯体以及连接这些灯体的灯罩，该控制电路根据温度感测器所感测的表面温度分别控制这些灯体发出热能。

在一个实施例中，非接触式温度控制加热装置还包含连接该控制电路的气温感测器，且温度感测器为摄像机，温度感测器对物体进行摄像以取得图像信息，该图像信息包括多个像素信号以及对应各该像素信号的温度值，温度感测器根据气温感测器所感测到的环境气温而取得人体温度范围，温度感测器判断图像信息中各该像素信号的温度值是否位于人体温度范围中并且标记位于人体温度范围中的像素信号，再计算所有被标记的像素信号的温度值而取得该表面温度。

在一个实施例中，温度感测器计算所有被标记的像素信号的温度值的平均值、标准差、偏差值或上述组合而取得该表面温度。

在一个实施例中，温度感测器为摄像机，温度感测器对物体进行摄像并取得多个影像并且将这些影像叠合成图像信息，该图像信息包括多个像素信号以及对应各该像素信号的温度值，温度感测器根据图像信息中温差的变化而取得该表面温度。

在一个实施例中，非接触式温度控制加热装置还包含连接控制电路的距离感测器，该距离感测器用以感测物体与非接触式温度控制加热装置之间的距离。

在一个实施例中，非接触式温度控制加热装置还包含连接控制电路的记录模块，用以记录温度感测器、控制电路及加热单元的运作信息。

如上所述，本发明的非接触式温度控制加热装置通过实时感测使用者的体表温度，同步控制加热单元所发出的热能，可使使用者能有更舒适更安全的使用环境，且应用于医疗用途时，也能防止过热导致二次伤害或者不热导致效果不佳的问题而有较佳的治疗效果。

附图说明

图1为本发明第一实施例的一种非接触式温度控制加热装置的立体示意图。

图2为本发明加热单元为反射式设计的示意图。

图3为本发明加热单元为多灯体式设计的示意图。

图4为本发明加热单元为二次反射式设计的示意图。

图5为本发明第二实施例的一种非接触式温度控制加热装置的立体示意图。

图6为本发明第二实施例的一种非接触式温度控制加热装置的流程图。

图7为气温与被测体表面温度的对应关系示意图。

图8为图6的步骤S20的细部流程图。

图9为图6的步骤S20的另一种细部流程图。

具体实施方式

以下将参照相关附图说明依据本发明多个实施例的一种非接触式温度控制加热装置，其中相同的组件将以相同的附图标记加以说明。

图1为本发明第一实施例的一种非接触式温度控制加热装置100的立体示意图，本发明非接触式温度控制加热装置100根据物体(如人体或非生物体)的表面温度而发出对应该表面温度的热能，可应用于提供暖气的电暖炉或智能家电中，也可以应用于针对烫伤患者进行患部医疗的医疗设备中，应用范围并不限制，而在本实施例中，以应用于针对患者进行患部医疗的医疗设备为例说明。非接触式温度控制加热装置100包含温度感测器1、连接温度感测器1的控制电路2以及耦接控制电路2的加热单元3。

温度感测器1为非接触式的红外线温度感测器(IR temperature sensor)，用以感测烫伤患者或被治疗者的患部的体表温度。控制电路2用以控制各电路组件间的运作。加热单元3可通过有线或无线的方式与控制电路2进行通信，因此控制电路2根据所感测到的体表温度可控制加热单元3发出热能，以对患者的患部进行照射，体表温度可以是单一温度值也可以是包含多个温度数值的温度分布。因此，非接触式温度控制加热装置100可实时感测患部的体表温度，对应控制照射热能的强度，可避免人为设定疏失而使照射时间过长导致烫伤或二次伤害的问题。

在本实施例中，加热单元3包括灯体31以及连接灯体31的灯罩32。灯体31可为卤素灯、碳素灯、陶瓷灯等任何可发出近/远红外线的光源，也可以是上述任意两种结合的双灯丝设计，也就是说，灯体31会发出两种不同的光谱，其中一个可为固定热能(不变光谱)，另一个则根据体表温度发出特定温度的热能，或是两个都可以根据体表温度发出特定温度的热能，只是一个发出近红外线光源，另一个则发出远红外线光源，灯体31的变化可根据不同应用而更改，并不以上述为限。灯罩32用以将灯体31所发出的光源(热能)朝特定方向(人体方向)发出。

补充说明的是，控制电路2是通过控制加热单元3中灯体31的照射当量、频率、瓦数或工作周期(duty cycle)而改变其温度，且控制电路2将温度感测器1所感测的交流(AC)温度信号转换成直流电(DC)以控制加热单元3，当然，在不同设计中，控制电路2也可以不需要进行交-直流转换，直接以交流电控制加热单元3。此外，温度感测器1可为远/近红外线温度感测器或任何能感测体表温度的感测器，不以本实施例为限。

加热单元3可以有三轴传动式、反射式、多灯体式、二次反射式四种设计。以加热单元3为三轴传动式设计来说，加热单元3还会包括连接灯罩32的三轴传动轴(图中未示出)，所谓三轴传动就是灯罩32可在X轴、Y轴以及Z轴三轴间转动，并且同步控制灯体31的照射角度以及范围也可以配合不同应用而增加高低调整的功能。在某些特定应用中，如果需要被照射的位置是患者的肘部或膝盖等非平面的部位，则此三轴传动式的设计可依据控制电路2根据所感测到的患部体表温度控制加热单元3在特定范围内转动(例如以温度感测器1的感测点为中心半径为5公分的圆形转动)并发出热能，以对患者的患部进行照射，如此不仅可避免肘部中心的照射温度较高周围照射温度较低的不均匀照射的问题，也能有更广泛的照射范围。

配合参照图2，以加热单元3为反射式设计来说，加热单元3还会包括至少位于灯罩32内的反射罩33，每个反射罩33可根据控制电路2的控制而作对应的角度变换，因此，若需要被照射的位置是患者的肘部或膝盖等非平面的部位，此反射式的设计同样可依据控制电路2根据所感测到的患部体表温度控制加热单元3中各个反射罩33的反射角度，利用散射原理分散肘部中心的照射温度，也可以避免肘部中心的照射温度较高周围照射温度较低的不均匀照射的问题，且同样有广泛的照射范围。

参照图1和图3，以加热单元3为多灯体式设计来说，加热单元3包括多个灯体31以及连接灯体31的灯罩32。每个灯体31都可以是上述卤素灯、碳素灯、陶瓷灯等任何可发出近/远红外线的光源或双灯丝设计。因此，在此实施例中，控制电路2可根据所感测到的患部体表温度分布计算出各位置所需的热当量，据以控制加热单元3中各灯体31的输出(或改变频率、瓦数或工作周期等)，如果温度感测器1的感测点的中心温度较高周边温度较低，则控制电路会调降位于中心的灯体31的温度且调升其他灯体31的温度，同样能达到均匀照射的功效。

参照图1和图4，以加热单元3为二次反射式设计来说，加热单元3的灯体31位于灯罩32中，且加热单元3还包括位置对应灯体31的反光罩34，反光罩34会将灯体31的光反射并通过灯罩32做二次反射后发出，因此，如果需要被照射的位置是患者的肘部或膝盖等非平面的部位，此二次反射式的设计同样可利用散射原理分散肘部中心的照射温度，也可以避免肘部中心的照射温度较高周围照射温度较低的不均匀照射的问题，且同样有广泛的照射范围。

特别说明的是，温度感测器1也可以配合上述不论何种设计的加热单元3而同步动作改变感测的范围，也就是说温度感测器1的感测点或感测范围会随着加热单元3的动作而改变，并不限于固定的感测点或感测范围。

图5为本发明第二实施例的一种非接触式温度控制加热装置100的电路示意图，本实施例的非接触式温度控制加热装置100包含温度感测器1、连接温度感测器1的控制电路2、耦接控制电路2的加热单元3、连接控制电路2的显示界面4以及连接控制电路2的气温感测器5。

在本实施例中，温度感测器1为非接触式的红外线摄像机(IR Camera)，利用摄像的方式感测烫伤患者或被治疗者的患部的体表温度，其运作方式在以后的描述中说明。控制电路2以及加热单元3的设计都与第一实施例相同，因此不多加赘述。显示界面4用以显示非接触式温度控制加热装置100的操作模式以及当前的状态信息，例如当前温度、照射时间等。气温感测器5用以感测所在环境的气温。

以下将配合参考图6详细说明本实施例的非接触式温度控制加热装置100的运作，强调的是，图6的运作流程也可以应用于第一实施例中。

步骤S10，当非接触式温度控制加热装置100开机并开始运作时会先进行模式选择，控制电路2会控制显示界面4显示可选择的模式。在本实施例中，显示界面4会显示“舒适模式”、“当量模式”、“简易模式”以及“治疗模式”四种供使用者选择。“舒适模式”是指控制电路2会根据使用者自身所感受到的舒适需求温度而控制加热单元3维持在该温度下运作，使用者毋须亲自设定量化温度；“当量模式”是指控制电路2会根据使用者预先设定的运作(照射)时间以及温度而控制加热单元3维持在该设定下运作；“简易模式”是指控制电路2会根据使用者所设定的温度而控制加热单元3维持在该温度下运作；“治疗模式”则是控制电路2会根据使用者体表温度回馈控制加热单元3输出，让使用者得到依据医师处方的特定热流程(如体表温度变化、时间、照射影响深度、照射波长分布，或上述任意项的组合)。而本实施例是以“治疗模式”为例说明。

特别说明的是，使用者可通过远程控制、近端控制以及自动控制三种方式进行模式选择。远程控制如通过可移动装置(如手机)或遥控器与非接触式温度控制加热装置100通信，利用可移动装置中相对应的应用程序(APP)或遥控器上的按键来选择操作的模式，又或是通过声控的方式(控制电路2中会设有接收对应音频信号的电路)进行模式选择。近端控制则是使用者可直接通过位于非接触式温度控制加热装置100上的控制键110来进行模式选择。自动控制则是通过非接触式温度控制加热装置100中的传感器(图未示)自动感应是否有人体接近并配合预先的设定(如四个模式轮流切换)来进行模式选择。当然，上述仅是举例说明，可选择的模式种类、数量以及选择模式的方式都不以上述为限。

步骤S20，在模式选择(治疗模式)后，温度感测器1会感测烫伤患者或被治疗者的患部的体表温度。参照图5、图7以及图8，在本实施例中，温度感测器1通过如图7所示的气温/体温模型来进行温度感测，温度感测器1会先针对患者(人体)进行摄像以取得图像信息(如步骤S21)，该图像信息包括多个像素信号以及对应各该像素信号的温度值，其中像素信号的数量由摄像机的分辨率决定，分辨率越高则像素信号越多。温度感测器1接着根据气温感测器5所感测到的环境气温并配合如图7所示的气温/体温模型而取得人体温度范围(如步骤S22)，例如：假设气温感测器5感测所在环境的气温为30度，则人体温度范围为25～36度。接着，温度感测器1会判断图像信息中各个像素信号的温度值是否位于人体温度范围中并且标记落于范围中的像素信号(如步骤S23)，换言之，所有被标记的像素信号所构成的影像即为图像信息中人体的位置。最后，温度感测器1计算所有被标记的像素信号的温度值而取得患者的患部的体表温度(如步骤S24)。

特别说明的是，图7所示的气温/体温模型中的数值为示意，实际上会根据不同环境或其他因素而变动。温度感测器1取得体表温度的方式可以是计算所有被标记的像素信号的温度值的平均值、标准差、偏差值等，也可以是先将所有被标记的像素信号做温度高低排列再取前20％高温度值的平均，其方式并不限制。此外，为了避免温度感测器1摄像到热源，例如：在摄像的时候，患者身旁有灯源或是在大太阳底下，如此会导致图像信息中的均值温度过高而失去精准度。因此，在一个实施例中，温度感测器1在摄像取得图像信息后，会先移除其中温度值最高的像素信号或移除前一定比例(如前5％)高温度值的像素信号以提升感测的精准度。

在步骤S21中，温度感测器1针对患者进行摄像的影像张数也不限于一张也可以是短时间内拍摄多张(如20张)，并将所有影像叠合成图像信息，再根据其中温差的变化找到患者的人***置，再利用上述取平均值、标准差等计算方式而取得表面温度，在此所指的温差变化可以是分别计算各像素信号的温差变化是否小于(或大于)预设的偏差值，同样能感测患者的患部的体表温度，因此不以本实施例为限。然而，温差变化的应用还可以是比较开关灯体31前后的温差变化，例如：开启灯体31后瞬间因光反射而导致升温或者是高热源障碍(即开启灯体31前后差异小且不太受加热者)也可以应用于在灯体31的加热过程中观察某些像素信号的受热当量与加热速率关系以判断该表面性质，进而知道是否为生物体表或是生物体表的哪个部位，也可以根据加热速率的变化知道是否治疗有达到血管扩张(导致散热速率增加即表示加热速率下降)的疗效。

在本实施例中，非接触式温度控制加热装置100还包含连接控制电路2的距离感测器6，用以感测人体与非接触式温度控制加热装置100之间的距离。距离感测器6可以辅助增加感测体表温度的准确性，例如：当距离感测器6所感测到的距离超过预设值时，温度感测器1会停止感测并且通过控制电路2控制显示界面4显示错误或警示信号，以告知患者离非接触式温度控制加热装置100太远。此外，也可以配合自动控制时感应是否有人体接近并且配合预先的设定来进行模式选择。

参照图6和图9，温度感测器1也可以利用温度筛选的方式来取得人体温度范围。温度感测器1会先针对患者(人体)进行摄像，以取得图像信息(如步骤S31)，该图像信息包括多个像素信号以及对应各该像素信号的温度值或数据，接着再将图像信息中温度数据以温度(X轴)和计数(Y轴)作图(如步骤S32)，当环境温度正常时(没有接近体温以上的酷热)，该图中会呈现两个以上峰值，接着分别对各峰做高斯-柯西分布回归取最接近35摄氏度附近的峰值，以两个标准差的范围作为人体温度范围(如步骤S33)。最后，温度感测器1计算所有在人体温度范围中的像素信号的温度值而取得患者的患部的体表温度(如步骤S34)。

除上述外，温度感测器1还可以利用距离/比热法来取得人体温度范围，也就是说温度感测器1会先针对患者(人体)进行摄像以取得图像信息，并配合距离感测器6所感测到前方中心物体的距离，在灯体31开启后一段短暂的时间观察各像素点的升温速度是否在正常人体升温速度的范围，据此范围得到人体温度范围，不以本实施例为限。

参照图5和图6，步骤S30，控制电路2根据温度感测器1所感测的体表温度控制加热单元3发出热能。控制电路2的控制方式以及加热单元3的设计与第一实施例相同，因此不多加赘述。

非接触式温度控制加热装置100还包含连接控制电路2的二次安全模块7，用以防止加热单元3发出过热的热能，以避免主要控制***失灵导致患者烫伤。若温度感测器1所感测的温度超过安全值，则安全模块7会被启动而使加热单元3所发出的热能维持安全温度值或范围，此时，控制电路2会取消控制加热单元3，以二次安全模块7的控制为主，直到患者(使用者)重新设定。二次安全模块7可以为过电/热断电保护电路、独立警示电路或任何可防止加热单元3发出过热热能的装置。

控制加热装置100还包含连接控制电路2的记录模块8，用以记录温度感测器1所感测到的体表温度、运作时间、模式、照射当量规划以及灯体31的运作过程(频率、瓦数或工作周期)等各电路运作的信息，以便医疗人员能够进一步掌握患者的治疗结果。记录模块8可单纯储存这些信息也可以通过控制电路2的控制使得显示界面4显示这些信息，或是传送至另一电子装置中以便于远程记录或分析。

综上所述，本发明的非接触式温度控制加热装置100通过实时感测使用者的体表温度，同步控制加热单元3所发出的热能(温度)，可使使用者能有更舒适更安全的使用环境，且应用于医疗用途时，也能防止过热导致二次伤害或是不热导致效果不佳的问题而有较佳的治疗效果。

以上所述仅为举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴而对其进行的等效修改或变更均应包含于后附的权利要求中。

Claims (12)

1.一种非接触式温度控制加热装置，包含：

温度感测器，感测物体的表面温度；

控制电路，连接所述温度感测器；以及

加热单元，耦接所述控制电路，所述控制电路根据所述表面温度控制所述加热单元发出热能。

2.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述加热单元包括可发出热能的灯体以及连接所述灯体的灯罩，所述控制电路根据所述表面温度控制所述灯体发出热能。

3.根据权利要求2所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述灯体可为卤素灯、碳素灯、陶瓷灯其中之一或者是上述任意两种的结合。

4.根据权利要求2所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述加热单元还包括连接所述灯罩的三轴传动轴，所述控制电路根据所述表面温度控制所述三轴传动轴动作及所述灯体发出热能。

5.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述加热单元包括可发出热能的灯体、连接所述灯体的灯罩以及至少位于所述灯罩内的反射罩，所述控制电路根据所述表面温度控制各所述反射罩动作及控制所述灯体发出热能。

6.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述加热单元包括多个可发出热能的灯体以及连接所述灯体的灯罩，所述控制电路根据所述表面温度分别控制所述灯体发出热能。

7.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，还包含连接所述控制电路的气温感测器，且所述温度感测器为摄像机，所述温度感测器对所述物体进行摄像以取得图像信息，所述图像信息包括多个像素信号以及对应各所述像素信号的温度值，所述温度感测器根据所述气温感测器所感测到的环境气温而取得人体温度范围，所述温度感测器判断所述图像信息中各所述像素信号的温度值是否位于所述人体温度范围中并且标记位于所述人体温度范围中的像素信号，所述温度感测器计算所有被标记的像素信号的温度值而取得所述表面温度。

8.根据权利要求7所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述温度感测器计算所有被标记的像素信号的温度值的平均值、标准差、偏差值或上述组合而取得所述表面温度。

9.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述温度感测器为摄像机，所述温度感测器对所述物体进行摄像并取得多个影像且将所述影像叠合成图像信息，所述图像信息包括多个像素信号以及对应各所述像素信号的温度值，所述温度感测器根据所述图像信息中温差的变化而取得所述表面温度。

10.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，还包含连接所述控制电路的距离感测器，所述距离感测器用以感测所述物体与所述非接触式温度控制加热装置之间的距离。

11.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，还包含连接所述控制电路的记录模块，用以记录所述温度感测器、所述控制电路以及所述加热单元的运作信息。

12.根据权利要求1所述的非接触式温度控制加热装置，其中所述温度感测器为摄像机，所述温度感测器对所述物体进行摄像以取得图像信息，所述图像信息包括多个像素信号以及对应各所述像素信号的温度值，所述温度感测器将所述图像信息中各所述温度值以温度及计数作图并利用高斯-柯西分布回归取最接近35摄氏度附近的峰值，再以两个标准差的范围作为人体温度范围，所述温度感测器计算在所述人体温度范围中的像素信号的温度值而取得所述表面温度。