KR20110082282A

KR20110082282A - 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110082282A
Application number: KR1020100002185A
Authority: KR
Inventors: 신재호
Original assignee: (주)휴비딕
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-07-19

Abstract

본 발명에 따른 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치 및 방법은, 예를 들어, 사람 이마의 측두 동맥에서 발생하는 미세한 적외선을 수신하기 위한 센서부를, 사람의 이마에 밀착시키지 않고 소정 거리 떨어진 상태에서도, 정확한 체온을 측정할 수 있게 됨은 물론, 사람 이마의 표면 온도가 아닌 중심 온도(Core Temperature)를 보다 정확하게 검출할 수 있게 되므로, 적외선 체온 측정기의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

Description

적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치 및 방법 {Apparatus and method for detecting core temperature in infrared rays thermometer}

본 발명은, 예를 들어, 사람의 이마의 측두 동맥에서 발생하는 미세한 적외선(Infrared Rays)을 수신하여, 체온을 측정하는 적외선 체온 측정기에 적용되는 중심 온도(Core Temperature) 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기는, 접촉식 체온 측정기와 비접촉식 체온 측정기로 구별되는 데, 상기 접촉식 체온 측정기는, 예를 들어, 알코올 및 수은 등을 이용하여, 사람의 체온을 측정하게 된다.

또한, 상기 접촉식 체온 측정기는, 예를 들어, 사람의 구강 또는 항문 등에 삽입 및 접촉되어 체온을 측정하기 때문에, 환자들이 불쾌감을 느끼게 되므로, 현재에는 비접촉식 체온 측정기가 널리 사용되고 있다.

한편, 상기 비접촉식 체온 측정기는, 사람의 신체 일부분에서 발생하는 미세한 적외선(IR)을 수신하여, 체온을 측정하게 되는 데, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, 적외선 귓속 체온 측정기(100)에는, 센서부(10)와 표시부(11), 그리고 측정 버튼(12) 등이 포함 구성된다.

그리고, 상기 센서부(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 사람의 귓속에 삽입(Insert)되어, 고막 주위에서 방출되는 적외선을 수신한 후, 전기 신호로 변환하여, 그에 상응하는 체온을 측정하게 된다.

또한, 상기 표시부(11)는, 상기 센서부(10)에 의해 측정된 체온을 엘씨디(LCD) 등에 숫자로 표시하게 되므로, 전술한 바와 같이, 사람의 구강 또는 항문 등에 삽입 및 접촉되는 접촉식 체온 측정기에 비해, 환자들이 불쾌감을 상대적으로 덜 느끼게 된다.

한편, 최근에는, 비접촉식 체온 측정기의 하나로서, 적외선 이마 체온 측정기가 개발 출시되어 상용화되고 있는 데, 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 적외선 이마 체온 측정기(200)에는, 센서부(20)와 표시부(21), 그리고 측정 버튼(22) 등이 포함 구성된다.

그리고, 상기 센서부(20)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 사람의 이마 표면에 접촉(Touch)된 상태에서 소정 시간(예 3 ~ 5초) 동안 스캔(Scan) 동작이 수행되면, 그 소정 시간 동안, 이마의 측두 동맥에서 발생하는 미세한 적외선을 수신하여 체온을 측정하게 된다.

또한, 상기 표시부(21)는, 상기 센서부(20)에 의해 측정된 체온을 엘씨디(LCD) 등에 숫자로 표시하게 되므로, 전술한 바와 같이, 사람의 구강 또는 항문 등에 삽입 및 접촉되는 접촉식 체온 측정기에 비해, 환자들이 불쾌감을 훨씬 덜 느끼게 될 뿐만 아니라, 센서부를 귓속에 삽입해야 하는 적외선 귓속 체온 측정기(100)에 비해서도, 환자들이 불쾌감을 훨씬 덜 느끼게 된다.

그러나, 상기와 같은 적외선 이마 체온 측정기(200)는, 상기 센서부(20)가, 사람의 이마에 수직으로 정확하게 밀착되지 않으면, 이마의 측두 동맥에서 발생하는 미세한 적외선을 정상적으로 수신할 수 없기 때문에, 체온 측정에 오류가 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 센서부(20)를 사람의 이마에 밀착시킨 상태에서, 스캔(Scan)하는 소정 시간(예: 3 ~ 5초) 동안, 사용자는, 상기 측정 버튼(22)을 계속 누르고 있어야만 하므로, 사용상의 불편함을 느끼게 되는 문제점이 있다.

본 발명은, 예를 들어, 사람의 이마의 측두 동맥에서 발생하는 미세한 적외선(Infrared Rays)을 수신하기 위한 센서부를, 사람의 이마에 밀착시키지 않고 소정 거리 떨어진 상태에서도, 정확한 체온을 측정할 수 있도록 함과 아울러, 사람의 이마의 표면 온도가 아닌 중심 온도(Core Temperature)를 보다 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위한 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치는, 대기 온도(Ta)를 검출하기 위한 센서; 사람 이마의 표면 온도(Ts)를 검출하기 위한 표면 온도 검출기; 및 사람 이마의 중심 온도(Tc)를 검출하기 위한 중심 온도 검출기를 포함하여 구성되되, 상기 중심 온도(Tc)는, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta와 B=(k1×Ts)+k2에 의해 검출되며, 상기 k1, k2는, 상수 값으로 미리 설정되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 k1은, 비례 상수이고, 상기 k2는, 오프셋 값으로서, 상기 k1은, 상기 k2 보다 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 k1과 k2는, 대기 온도(Ta)가 조절된 상태에서, 표면 온도(Ts)와 중심 온도(Tc)를 각각 측정한 후, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta 에 대입하여, B 값을 산출하고, 상기 산출된 B 값과 표면 온도(Ts)를, B=(k1×Ts)+k2 에 대입하여, k1, k2를 산출하는 실험 결과에 의해 미리 설정되는 것을 특징으로 하며,

또한, 본 발명에 따른 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 방법은, 대기 온도(Ta)와 사람 이마의 표면 온도(Ts)를 검출하는 1단계; 및 상기 대기 온도(Ta)와 표면 온도(Ts)에 근거하여, 사람 이마의 중심 온도(Tc)를 검출하는 2단계를 포함하여 이루어지되, 상기 중심 온도(Tc)는, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta와 B=(k1×Ts)+k2에 의해 검출되며, 상기 k1, k2는, 상수 값으로 미리 설정되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 k1과 k2는, 대기 온도(Ta)가 조절된 상태에서, 표면 온도(Ts)와 중심 온도(Tc)를 각각 측정한 후, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta 에 대입하여, B 값을 산출하고, 상기 산출된 B 값과 표면 온도(Ts)를, B=(k1×Ts)+k2 에 대입하여, k1, k2를 산출하는 실험 결과에 의해 미리 설정되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 적외선 귓속 체온 측정기에 대한 구성을 도시한 것이고,
도 2는 일반적인 적외선 이마 체온 측정기에 대한 구성을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명이 적용되는 적외선 체온 측정기에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치에 대한 실시예의 구성을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 중심 온도 검출 수식의 도출 과정을 도시한 것이고,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 실험 그래프와 실험 데이터 값들을 도시한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 방법에 대한 실시예의 동작 흐름도를 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 중심 온도 검출 장치 및 방법은, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 사람의 이마와 소정 거리 떨어진 상태에서, 사람의 이마 표면에서 발생하는 적외선을 수신하는 완전 비접촉 방식(예: No Touch & No Scan)의 적외선 체온 측정기(300) 등에 적용된다.

한편, 상기 적외선 체온 측정기(300)는, 예를 들어, 사용상의 편의성을 위하여, 기역자의 캠코더 형상으로 제작되며, 온도 표시를 위한 엘씨디(LCD)가 손잡이의 상측에 가로 방향으로 배치되어, 사용자가 오른손으로 손잡이를 감싸 쥔 상태에서도, 엘씨디에 표시되는 온도를 용이하게 확인할 수 있게 된다.

또한, 상기 적외선 체온 측정기(300)에는, 예를 들어, 사람의 이마의 측두 동맥에서 발생하는 미세한 적외선을, 소정 거리 떨어진 상태에서도 정밀하게 수신할 수 있도록 하기 위하여, 고감도의 적외선 열 감지 센서인 써모파일 센서 모듈(Themopile Sensor Module)이 사용된다.

그리고, 상기 써모파일 센서 모듈은, 후면에 배치된 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장되어 전기적으로 접속되며, 상기 써모파일 센서 모듈의 앞에는, 적외선을 집광시키기 위한 집광 렌즈(Lens)가 설치된다.

한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 써모파일 센서 모듈이 삽입되는 적외선 가이드(IR Guide)는, 예를 들어, 아노다이징(Anodizing) 처리에 의해 검정 색상으로 착색된 알루미늄 재질이 사용되는 데, 상기 적외선 가이드는, 측정 대상인 사람의 이마 부분에서 발생하는 적외선을 집중시킴과 아울러, 주변에 불필요한 적외선의 유입을 차단하게 된다.

또한, 상기 적외선 가이드에 삽입된 써모파일 센서 모듈을 안정적으로 고정시키기 위하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 고무 오링(O-Ring)과 고정 파이프(Pipe)가 사용되며, 상기 인쇄 회로 기판은, 상기 적외선 가이드의 후면 상에 체결되는 스크루(Screw)에 의해 견고하게 고정된다.

그리고, 상기 적외선 체온 측정기(300)에는, 예를 들어, 대기 온도를 측정하기 위한 센서로서, 광학 센서(Optical Sensor)가 설치되며, 상기 광학 센서에 의해 검출된 대기 온도(예: Ta)와, 상기 써모파일 센서 모듈에 의해 검출된 표면 온도(예: Ts)에 근거하여, 사람 이마의 중심 온도(예: Tc)를 검출하게 되는 데, 상기 중심 온도 검출 동작에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 중심 온도 검출 장치 및 방법이 적용되는 적외선 체온 측정기에는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 집광 렌즈(10), 써모파일 센서(31), 내부 센서(32), 광학 센서(33), 앰프(34), 로우패스필터(35), A/D 컨버터(36,37, 38), 표면 온도 검출기(39), 중심 온도 검출기(40), 컨트롤러(41), 메모리(42), 그리고 디스플레이(43) 등이 포함 구성된다.

한편, 상기 써모파일 센서(31)와 내부 센서(32)는, 하나의 써모파일 센서 모듈(Thermopile sensor Module) 내에 포함 구성되고, 상기 표면 온도 검출기(39)와 중심 온도 검출기(40)는, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor) 내에 펌웨어(Firmware) 등으로 포함 구성될 수 있으며, 상기 광학 센서(33)는, 대기 온도를 측정하는 다른 유형의 센서로 대체 사용될 수도 있다.

그리고, 상기 메모리(42)는, 예를 들어, 플래시(Flash) 메모리 또는 이이피롬(EEPROM) 등과 같은 비휘발성 메모리가 사용되며, 상기 컨트롤러(41)는, 사용자의 키(User Key) 입력에 따라, 상기 표면 온도 검출기(39)와 중심 온도 검출기(40) 등을 동작 제어하여, 사람의 이마의 표면 온도(Ts) 아닌 중심 체온(Tc)을 정확하게 검출하여, 상기 디스플레이(43)에 표시하게 된다.

한편, 사람 이마의 중심 온도(Tc)는, 사람 이마의 피부 층들을 투과하는 과정에서 감소되고, 사람 이마의 표면 온도(Ts)는, 대기 온도(Ta)에 영향을 받게 되므로, 이를 열 저항 모델링(Thermal Resistance Modeling)으로 표현하면, 예를 들어, 도 5와 같이 된다.

예를 들어, 중심에서 표면으로 전달되는 열전달 율을 ‘gx’라고 가정하고, 제1 피부 층의 전도(Conduction) 저항을 ‘R1’, 제2 피부 층의 전도(Conduction) 저항을 ‘R2’, 그리고 대기 중의 복사(Radiation) 저항을 ‘R3’라고 가정하면, 상기 열전달 율 gx는, 다음과 같은 식(1) 및 식(2)로 표현될 수 있다.

gx = (Tc-Ta)/(R1+R2+R3)....식(1)

gx = (Tc-Ti)/R1 = (Ti-Ts)/R2 = (Ts-Ta)/R3 ...식(2)

여기서, Tc는 중심 온도, Ti는 내부 온도, Ts는 표면 온도, Ta는 대기온도이다.

또한, 상기 식(1)과 식(2)에 근거하여, 다음과 같은 식(3), 식(4), 식(5)을 도출할 수 있다.

(Tc-Ta)/(R1+R2+R3) = (Ts-Ta)/R3 ....식(3)

(Tc-Ta)/(Ts-Ta) = (R1+R2+R3)/R3 ....식(4)

Tc = ((R1+R2+R3)/R3))×(Ts-Ta)+Ta ...식(5)

그리고, 상기 (R1+R2+R3)/R3을, 예를 들어, 중심 온도 검출 보정 계수 ‘B’라고 가정하면, 다음과 같은 식(6)을 도출할 수 있다.

Tc = B×(Ts-Ta)+Ta ...식(6)

한편, 상기 보정 계수 B는, 실험 결과를 통해 산출될 수 있는 데, 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 대기 온도 Ta를 20도, 25도, 30도로 각각 조절한 상태에서, 표면 온도 Ts를 변경하여, 중심 온도 Tc를 검출하는 실험 결과를 실시하게 되면, 상기 표면 온도 Ts가 증가함에 따라, 상기 중심 온도 Tc가 증가함을 알 수 있다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 식(6) Tc = B×(Ts-Ta)+Ta에, 대기 온도 Ta, 표면 온도 Ts, 중심 온도 Tc를 대입하게 되면, 상기 보정 계수 B를 산출할 수 있는 데, 상기 보정 계수 B와 표면 온도 Ts의 관계를 살펴보면, 상기 표면 온도 Ts가 증가할 때, 상기 보정 계수 B가, 1차 함수적으로 비례하게 증가하므로, 다음과 같이 식(7)을 도출할 수 있다.

B = (k1×Ts)+k2 ... 식(7)

여기서, k1은 비례 상수이고, k2는 오프셋 값이다.

한편, 도 7에 도시한 바와 같이 검출된 표면 온도 Ts와 보정 계수 B를, 상기 식(7)에 대입하여, 상기 비례 상수 k1과 오프셋 값 k2를 각각 산출하는 데, 예를 들어, k1은 0.03, k2는 0.1로 산출될 수 있으며, (k1 < k2)를 만족하게 된다.

그리고, 상기 중심 온도 검출기(40)에서는, 상기와 같이 도출 및 산출된 식(6) Tc = B×(Ts-Ta)+Ta와, 식(7) B = (k1×Ts)+k2, 그리고 k1 = 0.03 및 k2 = 0.1을 이용하여, 사람 이마의 중심 온도(Tc)를 보다 정확하게 검출하게 된다.

예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 식(6) Tc = B×(Ts-Ta)+Ta와 식(7) B = (k1×Ts)+k2, 그리고 k1 및 k2 값이, 상기 중심 온도 검출기(40) 내에 저장된 상태에서(S10), 사용자의 키 입력 등에 의해 체온 측정 동작이 요청되면(S11), 상기 중심 온도 검출기(40)에서는, 상기 표면 온도 검출기(39)에서 검출된 사람 이마의 표면 온도 Ts와, 상기 광학 센서(33)에서 검출된 대기 온도 Ta를 확인하게 된다(S12).

그리고, 상기 표면 온도 Ts와, 상기 실험 결과에 의해 미리 저장된 k1 = 0.03과 k2 = 0.1을, 상기 식(7) B = (k1×Ts)+k2를 대입하여, 보정 계수 B를 산출하게 되는 데(S13), 예를 들어, 상기 표면 온도가 Ts = 35도이면, 상기 보정 계수는, B = (0.03×35)+0.1 = 1.15가 된다.

또한, 상기 중심 온도 검출기(40)에서는, 상기와 같이 산출된 보정 계수(예: B = 1.15)와, 대기 온도 Ta, 그리고 표면 온도 Ts를, 상기 식(6) Tc = B×(Ts-Ta)+Ta에 대입하여, 중심 온도 Tc를 검출하게 된다(S14).

예를 들어, 상기 보정 계수가 B = 1.15이고, 상기 표면 온도가 Ts=35도이고, 상기 대기 온도가 Ta=20도이면, 상기 중심 온도는 Tc = 1.15 ×(35-20)+20 = 37.25가 된다.

그리고, 상기와 같이 검출된 중심 온도 Tc를, 상기 디스플레이(43)를 통해 표시하게 되며(S15), 이후 전원이 오프되지 않은 상태에서(S16), 체온 측정 동작이 다시 요청되면, 전술한 바와 같은 일련의 동작을 다시 수행하여, 사람 이마의 표면온도가 아닌 중심 온도를, 정확하게 검출 및 표시하게 된다.

한편, 상기 표면 온도 검출기(39)에서는, 상기 써모파일 센서(31)에서 검출된 온도와, 상기 내부 센서(32)에서 검출된 온도 간의 차 값을, 표면 온도 Ts로 검출하게 되는 데, 이와 같은 표면 온도 검출 동작은, 써모파일 센서 모듈을 사용하는 다양한 유형의 적외선 체온 측정기에 이미 널리 사용되고 있는 공지 기술이므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

참고로, 상기 중심 온도 Tc에 대한 검출 정밀도를 높이기 위해서는, 도 7을 참조로 전술한 바 있는 실험 데이터를 보다 풍부하고 정밀하게 확보 및 분석하여, 보정 계수 B의 정밀도를 향상시키는 것이 바람직하다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

100 : 적외선 귓속 체온 측정기
200 : 적외선 이마 체온 측정기
300 : 적외선 체온 측정기
10,20 : 센서부 11,21 : 표시부
12,22 : 측정 버튼 30 : 집광 렌즈
31 : 써모파일 센서 32 : 내부 센서
34 : 앰프 35 : 로우패스필터
36,37,38 : A/D 컨버터 39 : 표면 온도 검출기
40 : 중심 온도 검출기 41 : 컨트롤러
42 : 메모리 43 : 디스플레이

Claims

대기 온도(Ta)를 검출하기 위한 센서;
사람 이마의 표면 온도(Ts)를 검출하기 위한 표면 온도 검출기; 및
사람 이마의 중심 온도(Tc)를 검출하기 위한 중심 온도 검출기를 포함하여 구성되되,
상기 중심 온도(Tc)는, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta와 B=(k1×Ts)+k2에 의해 검출되며,
상기 k1, k2는, 상수 값으로 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 k1은, 비례 상수이고, 상기 k2는, 오프셋 값으로서, 상기 k1은, 상기 k2 보다 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 k1과 k2는, 대기 온도(Ta)가 조절된 상태에서, 표면 온도(Ts)와 중심 온도(Tc)를 각각 측정한 후, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta 에 대입하여, B 값을 산출하고,
상기 산출된 B 값과 표면 온도(Ts)를, B=(k1×Ts)+k2 에 대입하여, k1, k2를 산출하는 실험 결과에 의해 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 장치.
대기 온도(Ta)와 사람 이마의 표면 온도(Ts)를 검출하는 1단계; 및
상기 대기 온도(Ta)와 표면 온도(Ts)에 근거하여, 사람 이마의 중심 온도(Tc)를 검출하는 2단계를 포함하여 이루어지되,
상기 중심 온도(Tc)는, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta와 B=(k1×Ts)+k2에 의해 검출되며,
상기 k1, k2는, 상수 값으로 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 방법.
제 4항에 있어서,
상기 k1은, 비례 상수이고, 상기 k2는, 오프셋 값으로서, 상기 k1은, 상기 k2 보다 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 방법.
제 4항에 있어서,
상기 k1과 k2는, 대기 온도(Ta)가 조절된 상태에서, 표면 온도(Ts)와 중심 온도(Tc)를 각각 측정한 후, Tc=B×(Ts-Ta)+Ta 에 대입하여, B 값을 산출하고,
상기 산출된 B 값과 표면 온도(Ts)를, B=(k1×Ts)+k2 에 대입하여, k1, k2를 산출하는 실험 결과에 의해 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 적외선 체온 측정기에서의 중심 온도 검출 방법.