一種快速熱電偶測(cè)溫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，特別是涉及一種快速熱電偶測(cè)溫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，大功率脈沖激光已經(jīng)越來(lái)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(shí)際應(yīng)用中，這些激光器在相應(yīng)生物組織上的照射劑量?jī)H由臨床醫(yī)生的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。然而這種僅停留在感性認(rèn)識(shí)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(lái)。
[0003]激光痛覺(jué)刺激技術(shù)的特點(diǎn)是不與皮膚接觸，不會(huì)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(cè)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(jué)刺激技術(shù)的一個(gè)重要參數(shù)。
[0004]目前，可用于被照射皮膚表面溫度測(cè)量的傳感器主要有紅外熱像儀、在線式紅外測(cè)溫儀和熱電偶測(cè)溫儀三種。
[0005]1、在線式紅外成像儀器體積較大、其價(jià)格昂貴，且測(cè)試易受環(huán)境噪聲的影響。
[0006]2、在線式紅外測(cè)溫儀的光學(xué)分辨率決定了其測(cè)溫范圍是面測(cè)溫，測(cè)溫點(diǎn)的大小隨照射距離而變化。在激光的測(cè)溫點(diǎn)較小或溫度分布不均的情況下，無(wú)法測(cè)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(cè)溫儀存在熱慣性效應(yīng)，影響快速測(cè)溫可信性，且熱電偶會(huì)直接吸收激光的能量從而導(dǎo)致能量無(wú)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(duì)疾病的治療效果，降低發(fā)生醫(yī)療事故的風(fēng)險(xiǎn)，有必要研發(fā)一種專用的快速測(cè)溫設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖激光照射生物體所致溫度變化情況的記錄和對(duì)激光器的控制。
[0009]CN201220506212.3公開(kāi)了一種帶網(wǎng)絡(luò)接口的熱電偶溫度測(cè)試儀表，該專利主要的應(yīng)用方向是比較危險(xiǎn)或環(huán)境惡劣領(lǐng)域的應(yīng)用以及防雷設(shè)計(jì)；其技術(shù)方案中沒(méi)有針對(duì)性的對(duì)熱電偶選型做出設(shè)計(jì)，采樣速率、采樣精度較差，噪聲較大。
[0010]CN201310677102.2公開(kāi)了一種基于Labview的熱電偶自動(dòng)測(cè)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(wú)法快速計(jì)算瞬時(shí)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)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(shí)時(shí)測(cè)量激光照射表面的溫度變化的快速熱電偶測(cè)溫裝置。
[0012]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的所采用的技術(shù)方案是:一種快速熱電偶測(cè)溫裝置，其特征在于包括測(cè)溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端；
[0013]所述測(cè)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(cè)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(guò)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(bào)警端和控制端。
[0021]本實(shí)用新型的工作原理是:熱電偶測(cè)溫裝置用于測(cè)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(duì)激光在生物體上的熱效應(yīng)進(jìn)行分析，同時(shí)該測(cè)溫儀器也可用于微波輻射造成的生物組織溫度變化的測(cè)量或是其他需要在生物體上進(jìn)行測(cè)溫的場(chǎng)合，測(cè)溫精確度高；
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0023](1)熱電偶測(cè)溫裝置的測(cè)溫端為鎧裝熱電偶，能夠使測(cè)溫點(diǎn)緊貼組織，并且由于測(cè)溫點(diǎn)很小，因此不會(huì)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(cè)溫精度為0.25°C，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈沖激光造成組織的溫度變化進(jìn)行測(cè)量和記錄，適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；
[0024](2)本實(shí)用新型能夠測(cè)量最快響應(yīng)時(shí)間為20ms的準(zhǔn)確溫度值，能夠測(cè)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(chǎng)的瞬時(shí)變化的細(xì)節(jié)情況；
[0025](3)本實(shí)用新型還提供了適用于醫(yī)用領(lǐng)域的報(bào)警端和控制端；所述報(bào)警端是由繼電器控制，可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行閃光和蜂鳴器報(bào)警；例如，設(shè)置好疼痛閾值和損傷閾值后，如被測(cè)生物體表面溫度超出閾值，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，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(shí)現(xiàn)多種類數(shù)據(jù)復(fù)合記錄分析。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1所示為一種快速熱電偶測(cè)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(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0029]實(shí)施例:
[0030]如圖1所示為一種快速熱電偶測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系框圖，包括測(cè)溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端。
[0031]所述測(cè)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(hào)為0.5mm和0.25mm的鎧裝針絲熱電偶。該型號(hào)的熱電偶其溫度響應(yīng)時(shí)間僅在5-20ms以內(nèi)，其測(cè)溫端十分細(xì)小，對(duì)脈沖激光照射而帶來(lái)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(cè)溫接口和AD轉(zhuǎn)換電路；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)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(cè)溫裝置使用60SPS的采樣速率，可以用過(guò)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(guò)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(bào)警端和控制端。
[0037]本實(shí)用新型提供的快速熱電偶測(cè)溫裝置的工作過(guò)程為:通過(guò)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(duì)輸出激光的功率進(jìn)行控制。在未設(shè)置目標(biāo)溫度值時(shí)，該控制電壓為1.30V，這樣可避免由輸出電壓過(guò)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(shí)現(xiàn)控溫。由于溫度控制器程控電路的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，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(shí)間。溫度控制器的通訊方式為RS485通訊，通過(guò)算法解算，其測(cè)量精度可達(dá)0.rc。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(wú)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(dòng)記錄溫度數(shù)據(jù)。串口程序的采樣間隔時(shí)間可由用戶自行設(shè)定。在開(kāi)始測(cè)溫后，PC端的采樣程序會(huì)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(shí)，該程序可將讀取到的溫度值實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的溫度值并顯示在PC端屏幕上。在測(cè)溫結(jié)束后，所測(cè)得的數(shù)據(jù)將按順序存儲(chǔ)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(cuò)誤。PC端的采樣程序界面如圖2所示。
[0039]應(yīng)用實(shí)例:快速熱電偶測(cè)溫裝置加載繼電器控制的報(bào)警端和控制端，實(shí)現(xiàn)對(duì)口腔血管瘤脈沖激光凝固治療中的控制；快速熱電偶測(cè)溫裝置在離體皮膚表面和不同深度上進(jìn)行測(cè)溫，以分析脈沖激光照射在皮膚上所致溫度場(chǎng)分布；當(dāng)皮膚表面溫度超過(guò)43°C (痛覺(jué)感受器激活溫度)，快速熱電偶測(cè)溫裝置配合腦電記錄儀進(jìn)行痛覺(jué)刺激的同步記錄。
[0040]此外，現(xiàn)有技術(shù)中有基于Labview測(cè)溫方法的若干缺陷:(1)NI的數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格昂貴，而我們的整套系統(tǒng)在實(shí)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(duì)醫(yī)用和實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，本實(shí)用新型使用的PC端軟件系統(tǒng)基于VB編程，設(shè)計(jì)為在自動(dòng)讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(最長(zhǎng)65535，記錄時(shí)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(jì)算出瞬時(shí)溫升速度、濾波后溫度值等。同時(shí)，本實(shí)用新型使用的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(shí)現(xiàn)。
[0041]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速熱電偶測(cè)溫裝置，其特征在于包括測(cè)溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端; 所述測(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)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(bào)警端和控制端。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種快速熱電偶測(cè)溫裝置，其特征在于包括測(cè)溫端和用于顯示和記錄溫度值的PC端；所述測(cè)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；本實(shí)用新型用于測(cè)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(duì)激光在生物體上的熱效應(yīng)進(jìn)行分析，同時(shí)該測(cè)溫儀器也可用于微波輻射造成的生物組織溫度變化的測(cè)量或是其他需要在生物體上進(jìn)行測(cè)溫的場(chǎng)合，測(cè)溫精確度高，適用于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】A61B5/01
【公開(kāi)號(hào)】CN205094414
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520798143
【發(fā)明人】董曉曦, 楊基春, 李迎新
【申請(qǐng)人】中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日