[发明专利]具有热导率补偿的核心温度传感器

说明书

在一个实施例中，一种温度传感器系统包括传感器组装件，所述传感器组装件具有：温度感测部分，其被配置成基于与温度感测部分的表面部分邻近的身体的温度来生成第一信号；以及热电生成器部分，其被配置成通过所述温度感测部分来从身体接收热流并且基于所述热流来生成第二信号。控制单元被可操作地连接到所述传感器组装件和存储器，并且被配置成执行存储器中所存储的程序指令以基于第一信号、第二信号以及被存储在存储器中的至少一个校正因子来计算并且输出经校正的温度。所述至少一个校正因子基于以下各项中的至少一个来被确定：传感器组装件的热导率、传感器组装件的大小以及传感器组装件的纵横比。

本申请对于2017年12月22日提交的并且题为“CORE TEMPERATURE SENSOR WITHTHERMAL CONDUCTIVITY COMPENSATION”的申请号为62/609,989的美国临时专利申请要求优先权，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用以其全部并入本文中。

技术领域

本文档中所公开的设备和方法涉及热学感测，并且更特别地涉及对核心温度的热学感测。

背景技术

诸如人类的生物的核心身体温度可以使用来自被安置在皮肤上的传感器的测量而被计算。传感器测量通过传感器的热通量和皮肤温度。将所述热通量和温度测量使用在用于计算核心身体温度的方程中。

在核心身体温度的以上计算中使用的方程基于如下假定：即通过传感器的热流仅仅垂直于传感器被安置于其上的皮肤表面而发生。通过使用该假定，通过传感器的热流被认为与通过皮肤的热流相同。然而，在现实中，横向热流也发生在传感器内。因此，传感器内与皮肤垂直的热通量的测量从出自皮肤的实际热流而变化。

作为示例，图1是用于当传感器被安置在身体的皮肤上的时候确定核心身体温度的已知传感器模型10的示意性表示。在模型10中，身体核心温度（T_C）被建模为电压源12，皮肤的热阻（R_th,皮肤）被建模为电阻器14，传感器的热阻（R_th,传感器）被建模为电阻器16，空气层的热阻（R_th,空气）被建模为电阻器18，并且环境空气的温度被建模为电压源20。

如从图1中可见的，在身体核心的温度（T_C）与皮肤外表面的温度（T_s）之间的差异因而是皮肤的热阻（R_th,皮肤）的函数。同样地，在皮肤的外表面的温度（T_s）与传感器的外表面的温度（T_a）之间的差异是传感器的热阻（R_th,传感器）的函数，并且在传感器的外表面的温度（T_a）与空气层温度（T_amb）之间的差异是空气的热阻（R_th,空气）的函数。

在以下的表中提供用于图1的模型的热学变量：

对于图1的模型，传热速率可以使用欧姆定律被计算如下：

因此，可以使用以下等式来计算热通量（）：

。

对于模型中的每个材料层，可以使用以下等式来计算热阻：

其中：

是跨材料层的温度差；

是在与皮肤的表面垂直的方向上的材料层厚度；

是材料层的热导率；

是材料层的面积；并且

是材料层的传热系数。

还可以利用材料参数来计算热容。然而，在其中系统处于稳定状态中的实例中，可以省略热容。