Электронный медицинский термометр

Изобретение относится к приборостроению, в частности к средствамизмерения температуры для нужд здравоохранения.Известен медицинский термометр,содержащий емкость и отсчетную трубку, связанные между собой и частично заполненные ртутью. Трубка жестко связана со шкалой. Конструкция Опозволяет определять температуру тела пациента, не отнимая прибор отточки измерения.Недостатками устройства являютсяэкологическая опасность, так как в 5нем используется ртуть, и недостаточная точность, так как отсчет производится на глаз, по положению ртутного мениска относительно шкалы,Наиболее близким к предлагаемомуявляется электронный медицинскийтермометр, содержащий два кварцевыхгенератора с вынесенными пьезоэлектрическими кристаллами и схему обработки сигнала, которая включает средства для периодического измерениятемпературы, сравнения, подсчета идавления числа импульсов, для коммутации, принятия решений и цифровойиндикации результатов измерения, 30Недостатками прототипа являютсяизлишняя сложность, обусловленнаязаложенным в приборе алгоритмом оценки результатов измерения и определения окончания процесса измерения,большие габариты, обусловленные налитчием трехступенчатой индикации результатов измерения.Цель изобретения - упрощение конструкции и уменьшение габаритов устройства при повышении точностиизмерений,Цель достигается за счет размещения устройства в корпусе, соответствующем по форме корпусу обычного ртут ного медицинского термометра, с выносом температурно-зависимого резонатора в утонченную часть корпуса, выполненную из материала с высоким коэффициентом теплопередачи, и за счетрасположения в корпусе автономнойсхемы обработки сигналов. На фиг. 1 изображена схема прибора; на фиг, 2 - структурная схема блока обработки.55Электронный медицинский термометр содержит температурно-зависимый резо" натор 1, связанный с первым кварцевым генератором 2 и температурно-ста- бильный резонатор 3, связанный с вторым кварцевым генератором 4. На фиг.1 показаны также первая схема 5 сравнения, коммутатор 6, двоично-десятичный счетчик 7 с дешифратором, индикатор 8, первый счетчик 9, вторая схема 10 сравнения, формирователь 11 цикла измерения, второй счетчик 12, делитель 13, формирователь 14 временного интервала между смежными измерениями, третий и четвертый счетчики 15 и 16, усилитель 17, звуковой сигнализатор 18, стартовый элемент.- пусковая кнопка 19.Работа термометра основана на сравнении частот двух генераторов - опорного 4 и температурно-зависимого 2. Частота опорного генератора стабилизирована кварцевым резонатором типа РКи имеет высокую стабильность на частоте 32768 Гц во всем диапазоне измеряемых температур, Частота температурно-зависимого генератора 2 изменяется по линейному закону благодаря использованию температурно-зависимого кварцевого резонатора 1 типа РКТс чувствительностью 1,9-2,1 Гц/ С.Устройство содержит два аналогичных генератора 2 и 4. Частоты резо" наторов 1 и 3 отличаются на некоторую величину, определяемую диапазоном изменения параметра. Причем резонатор 1 представляет собой температур. но-зависимый кварцевый измерительный преобразователь. На схему 5 сравнения. поступают частоты Р и Р=Р(й ), Сигнал разностной частоты ЬГ подается на коммутатор 6. С помощью делителя 13 Формируются сигналы с часто-ами 1; 2; 1024 Гц. Формирователь 14 формирует интервал времени измерения, равный 5 с, и управляет формирователем 11 цикла, который, в свою очередь, с помощью коммутатора 6 подключает выход схемы 5 сравнения к входам счетчиков 9 и 12 с коэффициентом пересчета п=256 и двоично-десятичного счетчика с дешифратором 7.Выходы его соединены с трехразрядным семисегментным индикатором 8.Состояние счетчиков 9 и 12 сравни- вается схемой 10 сравнения, При ра- венстве кодов счетчиков 9 и 12 на выходе 10 появляются импульсы, количество которых подсчитывается счетчиком 15. Сигнал с выхода счетчика 1517199 блокирует формирователь 14 и разрешает работу счетчика 16, который управляет работой усидителя 17 с нагрузкой в виде малогабаритного телефона 18.5.Схема работает следующим образом.После нажатия на кнопку 19 происходит установка всех счетчиков в нулевое состояние. Сигнал разностной частоты ДР частоты коммутатор 6 в течение 5 с поступает на счетчики 7 и 9, Следующие 5 с этот сигнал подается на счетчик 12. Затем происходит сравнение кодов счетчиков 9 и 12 с помощью схемы 10. В случае совпадения кодов четыре раза подряд счетчик 15 блокирует формирователь 14 и через него 11-тый коммутатор 6, а сцетцик 16 формирует 4 импульса длительностью 0 0,5 с, которые разрешают прохождение звуковой частоты 1024 Гц на вход усилителя 17. Сцетчик 16 становится на самоблокировку, а на индикаторе 8 индицируется показание измеренной температуры с дискретностью 0,1 С. Если цувствительность датчика равна 2 Гц/С, то при изменении температуры на 1 С за время измерения 5 с на сцетчики проходит 10 импульсов, а на индикаторе отображается число 01,0 С. В результате при первонацальной настройке температурно-зависимого резонатора на частоту 32768 Гц при ОфС и времени измерения 5 с получают устройство с высокой линейностью и равномерностью шкалы в широком диапазоне измерения температуры. Обработка результатов сводитсяк простому сцету числа периодов разностной частоты без дополнительной обработки и введения масштабных коэффициентов.Датчик 1 является низкочастотным. Его малые размеры позволяют размес титьдатцик на общей печатной плате. Подстройка устройства осуществляется изменением частоты опорного генератора стандартными методами (триммер, электронная настройка и т.д.) при температуре окружающей среды на уровне измеряемого диапазона (например, его середины - 38 С).Чувствительность датчика 1 высокая, а постоянная времени составляет - 1 с. При измерении температуры55 тела 37 С от температуры окружающей среды 20 С требуется 17 с, Сам процесс измерения температуры более 27длительный. Помещая термометр в подмышечную впадину, производят прогрев не только датчика., но и корпуса термометра. При этом температура тела несколько понижается, а затем снова начинает повышаться, т.е. появляется колебательный процесс установления температуры. Поэтому нельзя считать измерение законченным при первом совпадении результатов двух смежных измерений. Двухкратное совпадение результатов может удовлетворить точности измерения, но следует учитывать, цто при любом дискретном измерении погрешность составляет +1 младшего разряда. Поэтому для получения более достоверных результатов необходимо трехкратное совпадение результатов. Однако с точки зрения схемотехники счетчик с коэффициентом пересчета 3 получают с помощью двух триггеров с обратными связями, Эти же два триггера, но без обратных связей, дают пересчет 4, цто удлиняет процесс измерения температуры, но увеличивает достоверность полученных результатов измерения.. Блок обработки выполнен в виде одной бескорпусной большой интегральной схемы (БИС), разработанной на основе вь 1 сококацестзенной КИДП-технологии с самосовмещенным поликреиниевым затвором и двух микронными проектными нормами.БИС осуществляет выделение разностной цастоты эталонного кварцевого 4 и температурного кварцевого 2 генераторов за определенное время с учетом чувствительности конкретного датчика, являющеися функцией от измеряемой температуры, БИС проводит сравнение предыдущего и последующего замеров, осуществляет дешифрацию и вывод информации, а также функцию управления жидкокристаллическим индикатором в режиме двухуровневого мультиплексирования.Структурная схема БИС для электронного термометра приведена на фиг.2. Микросхема содержит следующие основные блоки: блок 20 кварцевого генератора (КГ), блок 2 кварцевого генератора температуры (КГТ), блок 22 делителя частоты (ДЧ), блок 23 сцетника времени измерений (СЧ), блок 24 синхронизации (БС), блок 25 выделения разностной частоты (БВ), блок 26 счета разностной частоты (СЧР), ариф"(АЛУ), регистр 28 предварительногохранения (Р П), регистр 29 поправки (РП), регистр 30 вывода данныхР В), дешифратор 31 (ДЫ).Блоки 20 и 21 кварцевых генераторов содержат активные и пассивныеэлементы, интегрированные в составеБИС (кварцевые резонаторы, внешниеэлементы генераторов подключаются квыводам "ВхГ", "ВыхГ", "ВхГТ","ВыхГТ").Делитель частоты осуществляетделение частоты эталонного сигнала32768 Гц до частоты 1 Гц, а такжеформирует исходные сигналы для тактовых последовательностей сигналовБС 24, Счетчик 23 осуществляет счетвременного интервала, в течение которого производится очередное измерение температуры.Блок 24 синхронизации формируетпоследовательность тактовых сигналов,синхронизирующих работу узлов БИС, , 25а также осуществляет управление работой блоков БИС в зависимости отпоследовательностей логических сигналов на внешнем выводе "КН", соединенном с кнопкой управления термомет- щра, и обеспечивает работу БИС в соответствии с выбранным алгоритмом управления.Блок 25 выделения разностной частоты осуществляет выделение разностнойчастоты температурного и эталонногокварцевых генераторов и Формируетимпульсы на вход СЧР 26, который производит счет импульсов и их хранение до момента поступления сигналаобнуления из БС.АЛУ 27 производит суммирование или вычитание поправки на каждый градус, величина которой зависит от содержимого РгП, а знак "-" от состояния 45 входа БИС 1 подстройки. Кроме того, АЛУ 27 производит сравнение .содержимого СЧР 26 и РгПх 28 и при совпадении результата, по команде БС 24, выдает информацию на ДШ 31. 50РгПх 28 служит для предварительного хранения результата, поступающего из АЛУ 27. Дешифрированная блоком 31 информация, представляющая со 55 бой семисегментный позиционный код, поступает на РгВ 30, осуществляющий хранение информации в ячейках памя ти, а также управление жидкокристаллическим индикатором в режиме двухуровневого мультиплексирования.Одной из важнейших характеристикмикросхемы, определяющей автономность работы электронного термометраот элементов питания, является токпотребления.Ток потребления КМДП БИС можнорассматривать как сумму токов утечкир-и переходов областей транзисторов, р-.п переходов карман-подложка,токов утечки каналов закрытых транзисторов, поверхностных токов утечки, которые определяются, в основном,технологией изготовления микросхем,Для используемой КМДП технологии ссамосовмещенным поликремниевым затвором и охраной толстым окислом дляБИС, содержащей 2000 транзисторов,этот ток составляет не более 0,05.мкА,Динамический ток микросхемы прямопропорционален напряжению питанияемкости, перезаряжаемой схемой, ичастоте переключения схемы. Максимальную рабочую частоту имеют блоки20 и 21 кварцевых генераторов и первые каскады делителя 22 частоты, работающие на частоте, близкой к32768 Гц,Напряжение питания, при которомработает делитель частоты, равно1,5 В 101. При использовании триггеров с минимальными узловыми емкостями величина динамического тока делителя частоты и схемы кварцевого генератора составляет 0,2-0,3 мкА. Учитывая наличие блоков 21 и 25, этотток составляет величину порядка 0,40,5 мкА. Вклад в ток потребления остальных блоков, с учетом того, чточасть элементов схемы 30 подключенак шине повышающего преобразователя-3,0 В+104 и с учетом КПД преобразователя, составляет не более 0,30,4 мкА. Вклад кроссовых токов составляет до 0,1 мкА,Таким образом,ток потребления микросхемы составляет величину не более1,1 мкА, Источником питания электронного термометра является химическийисточник тока СЦемкостью 60 мА/ц,Автономность определяется следу-ющим образомавтт171992 где Я - емкость ХИТ с учетом саморазряда;1 т - суммарный ток потреблениятермометра. 1 -1 +1т свис жкифгде 1 - ток потребления СБИССвис1,2 мкА;1 - ток потребления ЖКИ 1,8 мкА,. жниТ ==18000 ч,54 мА/цавт 310-вмА/ч что соответствует 2,05 лет.Таким образом автономность работы 15термометра составляет не менее 2 летнепрерывной работы,Изготовленный опытный образецустройства имеет следующие технические характеристики: диапазон измеряемых температур 33-43 С; тип индикатора - жидкокристаллический (ЖКИ),трехразрядный, с двумя символами;дискретНость вывода знацений температуры 0,1 С; погрешность измерения 250,1 С; габаритные размеры 140 н 2010 мм; форма - аналогичная формеобычного ртутного медицинского термометра; источник питания СЦ, 1 шт;ток потребления в процессе измерения 30не более 3 мкА; автономность не менее2. лет; конструкция рассчитана на многократную дезинфекцию путем выдержкитермометра в водных дезинфицирующихрастворах. 35Все узлы и элементы электроннойсхемы смонтированы на одной печатной плате, выполненной из двухстороннего фольгированного гальваностойкого стеклотекстолита, и имеют вы-.тянутую форму, соответствующую формекорпуса изделия. В центральной части печатной платы в углублении смонтирована БИС, выводные площадки которой соединены с площадками печатного монтажа платы с помощью ультразвуковой раэварки. После сборкимикросхема герметизирована компаундом,Навесные элементы - подстроечные50 конденсаторы, кварцевые резонаторы, бескорпусные емкости, минусовой контакт элемента питания - смонтированы на контактные площадки платы методом пайки с одной стороны платы, цто5 снижает трудоемкость сборки.Для обеспечения совмещения контактных площадок печатной платы с кон 1 Отактными площадками ЖКИ на плате вы-.полнены два базовых огверстия ф 1 мм,в которые входят фиксирующие штыри сопрягаемой детали - рамки .По длинным сторонам платы имеются выступы, выполняющие функции какэлементов фиксации пружинной рамки,так и направляющих для установки собранной платы (электронного блока) вкорпус,Рамка - элемент конструкции,обеспечивающий установку и фиксацию ЖКИслоистого соединителя, коммутациюЖКИ с платой. Рамка выполнена изтермопластичной пластмассы методом литья под давлением, Окончательнаясборка блока и фиксации индикаторас обоймой на плате осуществляются металлической пружинной рамкой. Пружинная рамка выполнена из нержавеющейстали (бронзы) толщиной 0,2 мм и выполняет ряд дополнительных функций:является посадочным местом для элемента питания, контактной пружинойкнопки управления, держателем элемента питания и экраном для защиты электронной схемы от воздействия статицеского электричества на элементыэлектронной схемы.Собранный электронный блок устанавливается в корпус, Корпус состоитиз следующих элементов: собственнокорпус - основная деталь элептического сечения, вь 1 полненная из ударопроцного сополимера .типа АБС 2030 бе.лого цвета, Внутренняя полость имеет прямоугольное сечение и направляющие пазы для установки блока. Всредней части корпуса выполнено окно, в которое монтируются защитноестекло индикатора и отверстие длякнопки управления. В удлиненной части корпуса, для размещения датцикарезонатора, установлен металлическийполый тонкостенный, полированный наконечник, выполненный из алюминиевогосплава. Установка наконечника в корпуспроизводится с помощью клея.С обратной стороны на корпусе выполнена ступенька, на которую одевается крышка, также выполненная из ударопрочного пластика,Сборка изделия проводится в следующей последовательности: монтаж на плату БИС и проверка на функционирование, герметизация; монтаж навесных элементов и минусового контактапитания, монтаж рамки, установка соединителя ("зебра" И ЖКИ, фиксация их пружинной рамки; проверка функционирования и настройка; сборка корпу са (установка наконечника и стекла), установка блока в корпус; установка кнопки управления, установка элемен- .та питания и крышки.10формула изобретения Электронный медичинский термометр, содержащий расположенные в корпусе температурно-зависимый и опорный квар 15 цевые резонаторы, соединенные с первым и вторым генераторами соответственно, первый и второй элементы срав" нения, коммутатор, первый и второй счетчики, двоично-десятичный счетчик с дешифратором, соединенный выходом с индикатором, и блок обработки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения температуры и упрощения тер мометра, в него введены кнопка, последовательно соединенные усилитель и звуковой сигнализатор, а блок обработки содержит последовательно соединенные делитель, подключенный входом к выходу второго генератора ипервому входу первого элемента сравнения, формирователь временных интеовалов и формирователь цикла, соединенный выходом с входом коммутатора, третий и четвертый счетчикиприэтом первый элемент сравнения подключен вторым входом к выходу первогогенератора и выходом к управляющемувходу коммутатора, подсоединенногопервым. выходом к входам двоицно-десятичного счетчика с дешифратором ипервого счетчика, соединенного выхо-.дом с первым входом второго элементасравнения, подключенного вторым входом через второй счетчик к второмувыходу коммутатора и выходом к одномуиз входов формирователя цикла и входутретьего счетчика, подсоединенноговыходом к одному из входов формирователя временных интервалов и первомувходу четвертого счетчика, соединенного вторым входом с первым выходомделителя и выходом с первым входомусилителя, подклюценного вторым входом к второму выходу делителя, атретий счетчик подсоединен входом установки через кнопку к нулевой шине,1719927 Н Входы подстройки Составитель А.ПоляковТехред Л.Сердюкова Корректор И.Самборск дактор И.Касард Тираж аказ Государственного комитет 113035, Москва, л, Гагарина, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго изобретениям и5, Раушская наб Подписноеткрытиям при д. 4/5