Пристрій для вимірювання потоку випромінювання нагрітої поверхні в інфрачервоній області спектра

Пристрій для вимірювання потоку випромінювання нагрітої поверхні в інфрачервоній області спектру. Корисна модель належить до медицини і медичної техніки і може бути використана для дослідження теплового випромінювання поверхні ран, післяопераційних шві в, запальних процесів поверхні шкіри. Відомий інфрачервоний термометр для вимірювання температури під пахвою у новонароджених [1]. Термометр має зонд з викривленою поверхнею для установки під пахвою у новонароджених. Зонд закритий знімним чохлом, який закриває інфрачервоний детектор. Чохол має складчасту поверхню на кінці, через складки інфрачервоний детектор бачить шкіру. Його недоліком є низька точність, оскільки у вимірювальній схемі не застосовується температурний репер, тобто вимірювальна схема побудована за одноканальним принципом. Відомий також інфрачервоний термометр для вимірювання температури у вусі [2]. Термометр має гніздо для детекторної головки, поглинач тепла, виїмку у поглиначі тепла, термочутливий сенсор, змонтований всередині виїмки, термістор і схему визначення температури. Виїмка визначає апертуру, яка обмежує поле зору термочутливого сенсора. Теплоємність і теплопровідність поглинача тепла і термочутливого сенсора вибрані так, що ви хідний сигнал термочутливого сенсора стабілізований під час вимірювання температури. Його недоліком також є низька точність, оскільки схема вимірювання побудована так, що за допомогою окремого вимірювача температури визначається температура холодного кінця вимірювального термостовпчика, а далі температура вуха визначається шляхом розрахунку. Розрахунок проводиться з урахуванням різниці температур між "гарячим" і "холодним" кінцями вимірювального термостовпчика та нахилу графіка градуювання термостовпчика. Така двохстадійність у вимірюванні температури призводить до накопичення похибок на кожній стадії вимірювання та до зниження точності вимірювання. Найбільш близьким до пропонованого рішення є пристрій для діагностики гомеостазу [3], який включає розташовані в теплоізоляційному корпусі піроелектричний приймач випромінювання з тильним електродом, закріпленим на термостатованій підкладці з високим коефіцієнтом теплопровідності, приймальними зачорненими електродами, розділеними проміжком, перед якими розташований модулятор, систему опорного теплового потоку, яка включає модель абсолютно чорного тіла з нагріваючим елементом і контактним датчиком температури, фокусуючу систему, яка має градан, передній фокус якого розташований на аналізованій ділянці шкіри, а задній фокус - на першому приймальному електроді, а також волокняний світловід, прозорий в спектральному діапазоні випромінювання шкіри, один торець котрого з’єднаний з виходом моделі абсолютно чорного тіла, а другий кінець розташований перед модулятором і другим приймальним електродом, також пристрій має термоелектричний холодильник, холодний кінець котрого з’єднаний з оболонкою градана і корпусом модулятора. Недоліком цього пристрою є великі габарити, що обмежує можливості його застосування на практиці. Великі габарити пристрою пов’язані з тим, що він має градан, волокняний світловід, термоелектричний холодильник, і модель абсолютно чорного тіла з контактним датчиком температури і нагрівальним елементом. Застосування термоелектричного холодильника для охолодження оболонки градана і модулятора, а також застосування нагрівача для підтримання моделі абсолютно чорного тіла при постійній температурі вимагають великих затрат енергії, а отже, потребують джерел живлення достатньої потужності. Це додатково збільшує габарити пристрою, оскільки чим більша потужність джерела живлення, тим більш воно громіздке. В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий пристрій, в якому за рахунок змін у фокусуючій системі і у системі опорного теплового потоку забезпечувалась би можливість зменшити його габарити. Ця задача вирішується тим, що пристрій, який містить піроелектричний приймач випромінювання з двома приймальними електродами, розділеними проміжком, модулятор, фокусуючу систему і систему опорного теплового потоку з датчиком температури, згідно з корисною моделлю, додатково має мікропроцесор, з’єднаний з приймальними електродами, дисплей, з’єднаний з мікропроцесором і механічний візир, фокусуюча система включає в себе екран з отвором і шторку з двома отворами, а система опорного теплового потоку додатково включає модель сірого тіла, спряжену з термометром, який з’єднаний з мікропроцесором. Зменшення габаритів пристрою досягається за рахунок того, що в фокусуючій системі відсутні градан і волокняний світловід, а замість цих елементів застосовуються менші за габаритами отвори у екрані і у шторці. Також додатково зменшення габаритів досягається за рахунок того, що в якості опорної системи теплового потоку використовується не чорне тіло, яке термостатується, а сіре тіло, температура якого вимірюється з високою точністю. Таким чином, відпадає необхідність у громіздкий системі термостатування. Також зменшенню габаритів сприяє відсутність термоелектричного холодильника, оскільки градан у пристрої відсутній. Через відсутність системи термостатування моделі абсолютно чорного тіла і термоелектричного холодильника відпадає потреба у громіздких джерелах живлення для цих елементів пристрою. Отже відсутність градана і волокняного світловоду значно зменшує габарити пристрою. Такий пристій зручний для проведення досліджень теплового поля тіла пацієнта як в стаціонарних умовах у лікарні, так і поза стаціонарними умовами, тобто його можна використовува ти як переносний пристрій. Крім того, виконання фокусуючої системи у вигляді отворів сприяє підвищенню чутливості за рахунок того, що потік енергії від нагрітої поверхні в інфрачервоній області спектру зазнає менших втрат на шляху від поверхні до приймального електрода. Також підвищенню чутливості сприяє наближення приймального електрода до нагрітої поверхні, оскільки фокусуюча система у вигляді отворів у шторці та у діафрагмі має менші габарити, ніж градан. На Фіг. 1 зображений загальний вигляд пристрою, а на Фіг. 2 - схема сполучення елементів. Пристрій має піроелектричний приймач 1 з двома однаковими, приймальними електродами 2 і 3, з’єднаними з мікропроцесором 4. Піроелектричний приймач 1 поміщений в герметичний корпус 5 з прозорим для інфрачервоного випромінювання заданого участку спектру вікном 6 і закріплений на термостатованій підкладці 7 з високим коефіцієнтом теплопровідності. Перед піроелектричним приймачем 1 розташована фокусуюча система, яка містить екран 8 з отвором 9, а також шторку 10 з отворами 11 і 12 . Розміри отвору 9 визначаються розмірами приймальних електродів 2 і 3. Перед отвором 9 розташований модулятор 13. Перед отвором 11 розташований механічний візир 14 для визначення місця розташування центра вимірюваної плями на об’єкті. Отвір 12 закритий джерелом опорного теплового потоку, що включає в себе модель сірого тіла 15, спряжену з термодатчиком 16, який з’єднаний з мікропроцесором 4. До мікропроцесора 4 приєднаний дисплей 17. Пристрій працює таким чином. Інфрачервоне випромінювання ділянки шкіри, яка знаходиться у фокусі фокусуючої системи, спрямовується на перший електрод 3, перериваючись модулятором 13. Модель сірого тіла 16 генерує енергію, яка реєструється другим електродом 2. Показання електрода 2 служать опорним сигналом. Інфрачервоне випромінювання від сірого тіла переривається тим же модулятором 13, який перериває випромінювання ділянки шкіри. Температура сірого тіла вимірюється з високою точністю окремим датчиком 16 температури і передається на мікропроцесор 4. Також на мікропроцесор 4 передаються модульовані за допомогою модулятора 13 сигнали від електродів 2 і 3. Значення потоку випромінювання від ділянки шкіри вираховується автоматично мікропроцесором 4 з різниці у показаннях електродів 2 і 3. Також мікропроцесор враховує зміни потоку енергії від сірого тіла 15, якщо температура його змінюється. Мікропроцесор 4 керує роботою дисплею 17, на якому відображається виміряне значення потоку випромінювання ділянки шкіри. Джерела інформації: 1. Пат США №6547744, А61В 10/00. Публ. 2003p. 2. Пат. США №6991368, A601J5/04. Публ. 2006p. 3. Пат. України №3877, А61В10/00, G01J5/10. Публ. 2001p. (прототип).