基于红外的人体体温实时监测系统
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现有技术 红外温度 计 单片机控 制系统技 术
创新点 将两种技术结合成一个具有广大应用价值的人 体温度实时监测系统，在进行拓展后可实现更 多的功能，如在增加能感知血压、心率等信息 的传感器之后、可用于对人的血压、心率、呼 吸等实施检测监护与记录处理。
改进 体温测量的精确 度和系统的稳定 性、安全性， 功能 强大， 测量体温更 加便捷。
5.67 10 8 W /( m 2 K 4 ) ； ——物体的辐射率；T ——物体的温度，K；T0 ——物体周
围的环境温度， K 0 。 测量出所发射的 E ， 就可得出温度。 利用这个原理制成的温度测量仪表叫辐 射式温度仪表，红外测温仪表是其中的一种。这种测量不需要与被测对象接触， 因此属于非接触式测量。红外波段范围宽，既适合高温也适合低温，至今这类 温度计在低温范围可测到-50℃，高温区域可测到3000℃； 。在不同的温度范围， 对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温(0℃～100℃)范围，能量主要 集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表， 其具体的设计也不同。
E Aε1 2(T1 T24 )******************************* * * * * * (2)
4
式中：A——光学常数，与仪表的具体设计结构有关； 1 ——被测对象的辐 射率； 2 ——红外温度计的辐射率；T1 ——被测对象的温度，K；T2 ——红外温 度计的温度，K，它由一个内置的温度检测元件测出。
7
辐射率 是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数，数值由0至1.0。最 理想的辐射物体是辐射率1.0的物体， 物理上叫做黑体。 这是一个理论上的概念， 实际上并没有一种物体的辐射率能达到1.0。但可以制造出极为接近于 1.0 的 实际黑体，用于温度计的校准。所有真实的物体，包括人体各部位的表面，其 值都是某个低于1.O的数值。由于 值极难测量而又不确定，所以在仪表测出E 后，按式(2)计算出的T1就会有误差。在实际工作中，仪表是在 1.0 的黑体上 校准好出厂的，只有测量 1 的对象，其示值才代表对象的实际温度，如果对 象 不等于1，则仪表读数不代表对象的实际温度，要进行修正。另外，在使用 中也应注意，光学系统规定了被测目标的最小直径为 20 mm，目标距仪表的距离 L为1米，而当距离大于一米时，D/L为1/40，但在实际应用中，目标尺寸最好是 规定的2倍或最大距离的一半， 这样有助于瞄准， 减小因为手移动而引起的误差。 在当被测物体距离仪表lm时，目标、前瞄准孔、后瞄准上孔的中心三者应成一 线；当被测物体距离仪表超过5m时，目标、前瞄准孔、后瞄准下孔应成一线。 红外体温测量法的优点主要有以下几个方面： (1)与被测对象不接触，测量体温时不会造成不必要的感染； (2)快速，通常测量时间小于1s，一般不会超过2s； (3)报警温度可以自行设置，体温超过38℃ 自动报警，检测仪的红灯就会 闪亮，同时发出蜂鸣声提醒检查人员； (4)玻璃体温计容易破裂损坏，且水银易于污染环境，而红外测温仪表则更 为耐用等优点。
2
由于目前普遍存在的测温基础都需要通过皮肤接触来完成，给人们造成不 便，基于红外的人体体温实时检测，自动监控人体健康方面的研究还是一块空 白，有待于进一步的开发。
参考文献的介绍： 《Full Passive UHF Tag With a Temperature Sensor Suitable for Human Body Temperature Monitoring 》 简介：一个远距离超高频射频识别（RFID ）传感器的设计采用了一个0.35 微米的CMOS标准工艺。结合了功率的优化，结合与该超低功耗温度传感器，可 测到一个ID和一个温度范围从2米到2瓦的有效辐射功率的输出功率。该温度传 感器是基于一个环形振荡器，使用了振荡频率依赖性使用的热感应。这些特性 允许使用RFID作为一个低电量传感器在一个无线人体温度监测系统。 《 Contact/Non-Contact Sensor Mesh For Body Temperature Monitoring》 简介：在这项研究中，一个低成本的数据采集（DAQ）系统已经发展到测量 人体温度从使用多点传感器网络方法。该系统收集和存储原始数据长期记录为 进一步的分析。使用了接触和非接触类型的温度传感器。该系统是专门设计用 于从头部脑电图（EEG）的测量记录。该系统可以记录数据的可移植性，因为它 在正常的日常活动。观察机构一个时间段的监管，并找到与环境相关的温度需 要很长的时间生理记录。 因此，它已成为可以记录温度或晚上的时间不局限在 白天到处流动。使用不同类型的温度传感器和测量环境温度可确定的温度差异 和反应热的身体分开。因此，成本低，坚固耐用，测量系统小巧，便携，同时 温度传感器设计考虑到方便和数据的可靠性。
目录
技术领域 背景技术 ........................... 2 ........................... 2
参考文献的介绍 ....................... 4 发明内容 ............................ 6 具体实施方式 ....................... 10 权力要求书.......................... 12 说明书摘要.......................... 12 摘要附图 .............................13 结语 .............................. 14
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际物体也是成立的，所不同的是实际物体的辐射出射度，在相同温度下要比绝 对黑体的辐射出射度小。实际物体的辐射出射度用公式可表达为：
E σε(T 4 T04 )******************************* * * * * * (1)
式中： E ——辐射出射度 ， W / m 2 ； ——斯蒂芬——波尔兹曼常 数，
Richard Dove, Jeff Brown, Brent Price, Sai Fon, Rodney Ford
【Full Passive UHF Tag With a Temperature Sensor Suitable for Human Body Temperature Monitoring 】
参考文献：
【浅谈红外体温测量法】任婷婷 张雯 梁志华
(重庆市计量质量检测研究院，重庆 40002)
【基于 TS118 ～1 的无接触式人体体温计的实现】傅中君，侯雪亚
(江苏技术师范学院计算机科学与工程学院，江苏常州 213001)
【MULTIPLE LOCATION BODY TEMPERATURE MEASUREMENT OF INFANTS 】
6
说
明
书
附
图1
红外温度计基本原理图如图1所示。 瞄准系统
被 测 表 面
101
主光学系统
主光学系统
102 103
主光学系统
104
主光学系统
105
图 1 红外温度计基本原理框图
201
红外温度计 人体温度显示 处理电路-单片机
203 204 205
警报系统 简易开关
202
采集数据模块
图 2 系统设计原理与架构
A. Vaz, A. Ubarretxena, I. Zalbide, D. Pardo, H. Solar, A. García-Alonso, Member, IEEE, and R. Berenguer, Member, IEEE
【 Contact/Non-Contact Sensor Mesh For Body Temperature Monitoring】
Biyofizik AD, Tip Fak. {murat.ozgoren,mustafa.sakar,adile.oniz}@deu.edu.tr
发明内容
4
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于红外辐射式体温计的人体体温自 动监控系统，本系统可以实时的、自动的监测人体的各个地方的温度，并将此 温度数据传输到数据库，绘制人体全身的体温图，将其与人体的正常体温相对 比，当发现存在较大差异时给予警报，然后将监测得到的人体体温图和监测异 常报告一并发送到用户端。 为了实现该设备实时的人体体温监测，本发明系统包括红外辐射式体温计、 体温信号处理装置、存储装置和结果输出装置。红外辐射式体温计装置包括无 线发送数据的模块，存储装置包括人体实时体温的数据和正常人体体温存储部， 结果输出装置包括显示器；存储装置与信号处理装置相连，存储装置按照体温 信号处理装置发出的指令，将人体各个部分的体温数据存储，将判断是否为改 实时体温图是否与人体正常体温相差在一个正常范围内，结果输出装置与信号 处理装置相连，当实时体温图与人体正常体温相差异常过大，由显示器显示出 该实时人体体温图像，并发出异常信号，并把图像传输到用户端。 上述红外辐射式体温计的具体工作原理如下： 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出 等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温 仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电 信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射 率校正后转变为被测目标的温度值。任何物体温度高于绝对零度时，其内部带 电粒子在原子或分子内会始终不断地处于振动状态，并能自发地向外发射能量。 根据斯蒂芬——波尔兹曼全辐射定律，绝对黑体总的辐射出射度或亮度正比于 它的热力学温度的4次方，这一结论不仅对绝对黑体是正确的，而且对于任何实
8
在系统的正常运行之前必须得提前采集用户平时正常时候的体温值，同时 采集室外的环境温度，这样才具有一定的对比性。然后将采wenku.baidu.com到的数据存入到 单片机的存储器中，以便于将其与后面正常工作时监测到的人体温度进行对比， 从而给出温度高低的正确判断。
206
图中：主光学系统有两个作用：一是把被测处的红外线集中到检测元件上； 二是把进入仪表的红外线发射面限制在固定范围内。检测元件把红外线能量转 换为电信号。信号处理单元把检测元件输出的信号，用电子技术和计算机技术 进行处理，变成人们需要的各种模拟量和数字量信息。显示单元把处理过的信 号变成人们可阅读的数字或画面。瞄准系统用于瞄准(或指示)被测部位。 根据式(1)的原理，仪表所测得的红外辐射为：
说
明
1
书
基于红外的人体体温实时监测系统
技术领域 这个发明是涉及人体实时监护过程中，自动对人体体温的实时检测，如有 异常并给出警报的系统，属于红外测温，人体健康、医疗监控系统领域。 背景技术 临床医学中，体温是一个重要的生理参数。病人的体温为医生提供了生理 状态的重要信息。水银式体温计和电子式体温计通过口腔、腋窝、直肠等体表 接触来测量人体的平均温度。其缺点是测量时间较长，受测量位置的影响大， 给使用者带来诸多不便。目前国内医院对测量人体体温"特别是对婴幼儿的体温 测量和监护仍然沿袭着#&世纪-&年代的方法。主要是护理人员仍然普遍采用传 统的方法，即用水银玻璃温度计进行手工测量和记录。这存在着一些隐患和不 便，这种测量方法存在着测量时间较长，难以昼夜不间断地自动检测人体或者 患者的体温，加重了护理人员的工作负担等缺点。2003 年“非典”疫情的爆发， 对人体体温测量提出了更高的要求，需要一种更加安全方便卫生的测量工具。 红外辐射式体温计应用红外线辐射测量原理实现了人体体温的无接触测量。虽 然红外体温测量仪表在目前还存在准确度不高的缺点，但相信随着这一技术的 不断成熟和完善，不久的将来，红外体温测量仪表将会得到更广泛的应用。 人体体温是临床医学中一个重要的生理参数，现代医学对人体体温的测量 要求更加安全方便卫生。随着人们生活水平的提高，人类对身体健康更加重视， 如何实时监控人体健康特征，由于人体温度是健康的重要表现，如何实时测量 人体的体温，并且该监测装置不能影响到认得正常生活，因此，无接触式人体 体温测量是一种理想的解决方法。
现有技术 红外温度 计 单片机控 制系统技 术
创新点 将两种技术结合成一个具有广大应用价值的人 体温度实时监测系统，在进行拓展后可实现更 多的功能，如在增加能感知血压、心率等信息 的传感器之后、可用于对人的血压、心率、呼 吸等实施检测监护与记录处理。
改进 体温测量的精确 度和系统的稳定 性、安全性， 功能 强大， 测量体温更 加便捷。
5.67 10 8 W /( m 2 K 4 ) ； ——物体的辐射率；T ——物体的温度，K；T0 ——物体周
围的环境温度， K 0 。 测量出所发射的 E ， 就可得出温度。 利用这个原理制成的温度测量仪表叫辐 射式温度仪表，红外测温仪表是其中的一种。这种测量不需要与被测对象接触， 因此属于非接触式测量。红外波段范围宽，既适合高温也适合低温，至今这类 温度计在低温范围可测到-50℃，高温区域可测到3000℃； 。在不同的温度范围， 对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温(0℃～100℃)范围，能量主要 集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表， 其具体的设计也不同。
E Aε1 2(T1 T24 )******************************* * * * * * (2)
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式中：A——光学常数，与仪表的具体设计结构有关； 1 ——被测对象的辐 射率； 2 ——红外温度计的辐射率；T1 ——被测对象的温度，K；T2 ——红外温 度计的温度，K，它由一个内置的温度检测元件测出。
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辐射率 是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数，数值由0至1.0。最 理想的辐射物体是辐射率1.0的物体， 物理上叫做黑体。 这是一个理论上的概念， 实际上并没有一种物体的辐射率能达到1.0。但可以制造出极为接近于 1.0 的 实际黑体，用于温度计的校准。所有真实的物体，包括人体各部位的表面，其 值都是某个低于1.O的数值。由于 值极难测量而又不确定，所以在仪表测出E 后，按式(2)计算出的T1就会有误差。在实际工作中，仪表是在 1.0 的黑体上 校准好出厂的，只有测量 1 的对象，其示值才代表对象的实际温度，如果对 象 不等于1，则仪表读数不代表对象的实际温度，要进行修正。另外，在使用 中也应注意，光学系统规定了被测目标的最小直径为 20 mm，目标距仪表的距离 L为1米，而当距离大于一米时，D/L为1/40，但在实际应用中，目标尺寸最好是 规定的2倍或最大距离的一半， 这样有助于瞄准， 减小因为手移动而引起的误差。 在当被测物体距离仪表lm时，目标、前瞄准孔、后瞄准上孔的中心三者应成一 线；当被测物体距离仪表超过5m时，目标、前瞄准孔、后瞄准下孔应成一线。 红外体温测量法的优点主要有以下几个方面： (1)与被测对象不接触，测量体温时不会造成不必要的感染； (2)快速，通常测量时间小于1s，一般不会超过2s； (3)报警温度可以自行设置，体温超过38℃ 自动报警，检测仪的红灯就会 闪亮，同时发出蜂鸣声提醒检查人员； (4)玻璃体温计容易破裂损坏，且水银易于污染环境，而红外测温仪表则更 为耐用等优点。
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由于目前普遍存在的测温基础都需要通过皮肤接触来完成，给人们造成不 便，基于红外的人体体温实时检测，自动监控人体健康方面的研究还是一块空 白，有待于进一步的开发。
参考文献的介绍： 《Full Passive UHF Tag With a Temperature Sensor Suitable for Human Body Temperature Monitoring 》 简介：一个远距离超高频射频识别（RFID ）传感器的设计采用了一个0.35 微米的CMOS标准工艺。结合了功率的优化，结合与该超低功耗温度传感器，可 测到一个ID和一个温度范围从2米到2瓦的有效辐射功率的输出功率。该温度传 感器是基于一个环形振荡器，使用了振荡频率依赖性使用的热感应。这些特性 允许使用RFID作为一个低电量传感器在一个无线人体温度监测系统。 《 Contact/Non-Contact Sensor Mesh For Body Temperature Monitoring》 简介：在这项研究中，一个低成本的数据采集（DAQ）系统已经发展到测量 人体温度从使用多点传感器网络方法。该系统收集和存储原始数据长期记录为 进一步的分析。使用了接触和非接触类型的温度传感器。该系统是专门设计用 于从头部脑电图（EEG）的测量记录。该系统可以记录数据的可移植性，因为它 在正常的日常活动。观察机构一个时间段的监管，并找到与环境相关的温度需 要很长的时间生理记录。 因此，它已成为可以记录温度或晚上的时间不局限在 白天到处流动。使用不同类型的温度传感器和测量环境温度可确定的温度差异 和反应热的身体分开。因此，成本低，坚固耐用，测量系统小巧，便携，同时 温度传感器设计考虑到方便和数据的可靠性。
目录
技术领域 背景技术 ........................... 2 ........................... 2
参考文献的介绍 ....................... 4 发明内容 ............................ 6 具体实施方式 ....................... 10 权力要求书.......................... 12 说明书摘要.......................... 12 摘要附图 .............................13 结语 .............................. 14
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际物体也是成立的，所不同的是实际物体的辐射出射度，在相同温度下要比绝 对黑体的辐射出射度小。实际物体的辐射出射度用公式可表达为：
E σε(T 4 T04 )******************************* * * * * * (1)
式中： E ——辐射出射度 ， W / m 2 ； ——斯蒂芬——波尔兹曼常 数，
Richard Dove, Jeff Brown, Brent Price, Sai Fon, Rodney Ford
【Full Passive UHF Tag With a Temperature Sensor Suitable for Human Body Temperature Monitoring 】
参考文献：
【浅谈红外体温测量法】任婷婷 张雯 梁志华
(重庆市计量质量检测研究院，重庆 40002)
【基于 TS118 ～1 的无接触式人体体温计的实现】傅中君，侯雪亚
(江苏技术师范学院计算机科学与工程学院，江苏常州 213001)
【MULTIPLE LOCATION BODY TEMPERATURE MEASUREMENT OF INFANTS 】
6
说
明
书
附
图1
红外温度计基本原理图如图1所示。 瞄准系统
被 测 表 面
101
主光学系统
主光学系统
102 103
主光学系统
104
主光学系统
105
图 1 红外温度计基本原理框图
201
红外温度计 人体温度显示 处理电路-单片机
203 204 205
警报系统 简易开关
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采集数据模块
图 2 系统设计原理与架构
A. Vaz, A. Ubarretxena, I. Zalbide, D. Pardo, H. Solar, A. García-Alonso, Member, IEEE, and R. Berenguer, Member, IEEE
【 Contact/Non-Contact Sensor Mesh For Body Temperature Monitoring】
Biyofizik AD, Tip Fak. {murat.ozgoren,mustafa.sakar,adile.oniz}@deu.edu.tr
发明内容
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有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于红外辐射式体温计的人体体温自 动监控系统，本系统可以实时的、自动的监测人体的各个地方的温度，并将此 温度数据传输到数据库，绘制人体全身的体温图，将其与人体的正常体温相对 比，当发现存在较大差异时给予警报，然后将监测得到的人体体温图和监测异 常报告一并发送到用户端。 为了实现该设备实时的人体体温监测，本发明系统包括红外辐射式体温计、 体温信号处理装置、存储装置和结果输出装置。红外辐射式体温计装置包括无 线发送数据的模块，存储装置包括人体实时体温的数据和正常人体体温存储部， 结果输出装置包括显示器；存储装置与信号处理装置相连，存储装置按照体温 信号处理装置发出的指令，将人体各个部分的体温数据存储，将判断是否为改 实时体温图是否与人体正常体温相差在一个正常范围内，结果输出装置与信号 处理装置相连，当实时体温图与人体正常体温相差异常过大，由显示器显示出 该实时人体体温图像，并发出异常信号，并把图像传输到用户端。 上述红外辐射式体温计的具体工作原理如下： 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出 等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温 仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电 信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射 率校正后转变为被测目标的温度值。任何物体温度高于绝对零度时，其内部带 电粒子在原子或分子内会始终不断地处于振动状态，并能自发地向外发射能量。 根据斯蒂芬——波尔兹曼全辐射定律，绝对黑体总的辐射出射度或亮度正比于 它的热力学温度的4次方，这一结论不仅对绝对黑体是正确的，而且对于任何实
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在系统的正常运行之前必须得提前采集用户平时正常时候的体温值，同时 采集室外的环境温度，这样才具有一定的对比性。然后将采wenku.baidu.com到的数据存入到 单片机的存储器中，以便于将其与后面正常工作时监测到的人体温度进行对比， 从而给出温度高低的正确判断。
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图中：主光学系统有两个作用：一是把被测处的红外线集中到检测元件上； 二是把进入仪表的红外线发射面限制在固定范围内。检测元件把红外线能量转 换为电信号。信号处理单元把检测元件输出的信号，用电子技术和计算机技术 进行处理，变成人们需要的各种模拟量和数字量信息。显示单元把处理过的信 号变成人们可阅读的数字或画面。瞄准系统用于瞄准(或指示)被测部位。 根据式(1)的原理，仪表所测得的红外辐射为：
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书
基于红外的人体体温实时监测系统
技术领域 这个发明是涉及人体实时监护过程中，自动对人体体温的实时检测，如有 异常并给出警报的系统，属于红外测温，人体健康、医疗监控系统领域。 背景技术 临床医学中，体温是一个重要的生理参数。病人的体温为医生提供了生理 状态的重要信息。水银式体温计和电子式体温计通过口腔、腋窝、直肠等体表 接触来测量人体的平均温度。其缺点是测量时间较长，受测量位置的影响大， 给使用者带来诸多不便。目前国内医院对测量人体体温"特别是对婴幼儿的体温 测量和监护仍然沿袭着#&世纪-&年代的方法。主要是护理人员仍然普遍采用传 统的方法，即用水银玻璃温度计进行手工测量和记录。这存在着一些隐患和不 便，这种测量方法存在着测量时间较长，难以昼夜不间断地自动检测人体或者 患者的体温，加重了护理人员的工作负担等缺点。2003 年“非典”疫情的爆发， 对人体体温测量提出了更高的要求，需要一种更加安全方便卫生的测量工具。 红外辐射式体温计应用红外线辐射测量原理实现了人体体温的无接触测量。虽 然红外体温测量仪表在目前还存在准确度不高的缺点，但相信随着这一技术的 不断成熟和完善，不久的将来，红外体温测量仪表将会得到更广泛的应用。 人体体温是临床医学中一个重要的生理参数，现代医学对人体体温的测量 要求更加安全方便卫生。随着人们生活水平的提高，人类对身体健康更加重视， 如何实时监控人体健康特征，由于人体温度是健康的重要表现，如何实时测量 人体的体温，并且该监测装置不能影响到认得正常生活，因此，无接触式人体 体温测量是一种理想的解决方法。