CN1479860A - 用于微型医学温度计的数字传感器和体温监控器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度计，其利用一个热敏电阻(1)作为温度传感器去控制该时间和多谐振荡器电路(2)的工作周期。一个由微控制器(3)控制的第二个电路，测量该振荡的充电和放电时间两者。从这些参数的比值中可以获得一个温度的精确指示，其不取决于在该有效部件和该多谐振荡器电路的充电电容器内的温度变化。该方法也与该充电电容器的值无关。此外，当一个固定电阻器被热敏电阻代替的时候，通过测量该相同的比值，可以推导出一个单元常数。该单元常数被用于校正该多谐振荡器电路非理想的响应，因此，提供温度更精确的测量。

Description

用于微型医学温度计的数字传感器和体温监控器

相关申请的交叉引用

本申请要求2000年12月12日申请的临时申请No.60/254,879的优先权。

发明背景

在第一个方面中，本发明涉及一种电子温度计，尤其是，然而并非仅仅涉及一种对测量人类或者动物受验者的体温，或者对于测量环境温度有用的温度计。在第二个方面中，本发明涉及一种由一个发射测量设备(最好是一个体温温度计)和一个便携式接收单元组成的遥测系统，该便携式接收单元显示感知的参数的测量值。

若干现有技术的发明利用一个随温度而变的电阻性的部件与一个振荡器电路一起去形成一个数字式温度计。在现有技术中，热敏电阻时常被用作随温度而变、可变阻抗器件，其与一个充电电容器串联去形成该振荡器网络的频率控制单元。该方程式 $f=\frac{1}{\left(2\mathrm{\πRC}\right)}$ 确定振荡频率，这里R是该电阻性元件(热敏电阻)的阻抗，并且C是该串联充电电容器的电容量。当温度变化之时，该热敏电阻的阻抗变化，并且从而频率变化。通过测量该频率，并且已知该电容的值，可以确定R的值。因为R是唯一地与温度有关系的，同样可以确定该温度。对于一个热敏电阻，该阻抗经由Steinhart-Hart方程式是与温度有关的。多谐振荡器作为振荡器电路用于低功率海洋学应用的使用被在Washburn的美国专利4,359,285中公开。颁布给Hanaoka的美国专利4,602,871和4,464,067公开了基于热敏电阻控制的振荡器的温度计，其参数强调小型化、轻量化，并且使用修正电路改善精确度。这后者的二个专利涉及其中传感器可以随低功率的手表装置使用的应用。

测量该振荡器频率的一个缺点是人们必须非常精确地知道该电容器的值，以便精确地推导出该电阻的值。通常，很难精确地进行电容测量，并且此外，该电容值已知是一个随温度而变的参数。该电容可以随温度变化提高或者降低，并且变化的程度与在该电容器(Y5V，X7R，NPO等等)中使用的材料的精密类型有关。这个方法的另一个缺点是在该振荡器电路中的有源电路元件可以本身具有温度依赖性。这些依赖性对于推算是几乎不可能的，并且可以从电路到电路改变。

某些现有技术试图通过校正技术降低该不受欢迎的温度依赖性。作为一个现有技术的例子，美国专利4,150,573公开了使用一个热敏电阻去控制脉冲振荡器电路。在此专利中，该脉冲振荡器输入端被在热敏电阻和一个固定电阻器之间切换。在由该热敏电阻产生的频率和由该固定电阻器产生的频率之间的比值被形成。这个比值分配与电路元件值和电源变化有关的不确定性。这提供了降低对高精确度部件的需要和降低电源变化影响的优点。但是，这个原理是复杂不必要的，并且其不能精确地测量该振荡器电路非理想的性能，其也不能使在该振荡器电路中的有源部件无效温度依赖性。由于在该开关装置中的温度变化，这个原理还可能引进误差。

对于医学温度计，或者需要极端精确度的其他的应用(小于0.05度C误差)，不能容忍由电容变化和由有源电路元件变化引进的误差。需要一种方法，其降低这些对于小于0.01度C的电平的影响。此外，对于一个低功率应用，诸如微型可吸收的温度传感器，使用改进的、计算机控制的校正技术是不可允许的，因为该温度计必须是微型的，并且期望从1.5伏电源或者3.0伏电源供电。

目前存在可利用的可吸收的对温度敏感的发射机，或者可吸收的温度监测器药丸。颁布给Kleinberg的美国专利No.4,689,621和颁布给Lesho等的美国专利No.4,844,076描述了供可吸收的胶囊中使用的对温度敏感的发射机。两个装置都公开了采用晶体控制振荡器，其在由该装置的温度确定的单一频率上连续地发送。Lesho等等也公开了一种采用频率计数器的接收机以确定该发射机的频率，并且执行计算去确定由该药丸感知的温度。

但是，这些装置都具有严格的应用限制，因为它们是纯粹的模拟装置，连续地在单一频率上发射。这妨碍在单个受验者上或者在彼此非常接近于的受验者上使用多个装置，因为来自独立装置的信号彼此干扰，并且无法被区别。此外，该现有技术使用晶体的温度特性去改变该发射机的振荡频率，在该接收机中需要一个频率计数器或者其他的相干检测器去确定该绝对频率，以及从而确定温度。使用晶体去确定振荡频率也需要一个大规模校正过程，并且在使用之前需要该装置的用户去输入其校正值进入该接收机。

为了防止在该可吸收的胶囊中使用的电池在储藏期间被消耗，该现有技术在该电池和该电路之间设置一个磁簧开关。因此，该装置必须以一个非常接近去保持该装置不工作的磁性被储存，或者其必须使用可充电电池，以及一个如在Lesho等中公开的再充电器。

发明内容

在第一个方面中，本发明的基础是一个包括一个随温度而变的电阻性元件的电路，该随温度而变的电阻性元件控制一个多谐振荡器的充电和放电时间。通过测量该充电和放电时间，并且以一个公式转换这些时间成分，可以确定该电阻性元件的阻抗值。因为该电阻性元件的电阻是唯一地与温度有关系的，该温度可以唯一地被确定。

与现有技术一样，我们的发明也利用一个热敏电阻控制的多谐振荡器，通过RC组合该热敏电阻电阻和该充电电容器的值确定该热敏电阻控制的多谐振荡器的振荡频率。但是，该优选实施例包括若干在现有技术中未介绍的独特的构思。这些构思提供新颖的方法：(1)无效通过该多谐振荡器电路的非理想的行为引进的误差；和(2)通过无效在无源和有源电路元件之内不受欢迎的温度感应效应大大地改善精确度。

我们的发明在该优选实施例中利用一个CMOS 555定时器作为多谐振荡器电路。但是，在其他的应用中也可以使用其他的振荡器结构。例如，当更高的电压供电是可利用的时候，我们的方法可以利用一个双极5伏555定时器使用。

本发明第一个方面优选实施例的第一个新颖的特点是，通过测量该传感器数字波形的充电和放电时间确定温度。通过测量放电时间对充电时间的比值，可以获得传感器响应，即由温度唯一地确定，该温度是该传感器与例如，体温、皮肤温度、环境温度等等处于平衡的温度。

本发明第一个方面优选实施例的第二个新颖的特点是，通过代入一个精密固定基准电阻而不是热变电阻测量该传感器的单元常数，并且当该固定电阻器就位的时候，测量该传感器的响应。当就位的该热变电阻被该单元常数标准化的时候，随后完全测量该传感器响应，从而无效该不稳定多谐振荡器和该无源电路元件的非理想的影响，该无源电路元件控制该多谐振荡器频率。

本发明第一个方面优选实施例的第三个新颖的特点是，当在一个特征温度上该热变电阻是稳定的时候，该固定基准电阻是一个精密的多重值热变电阻。对于一个热敏电阻，这个特征温度被称为“基准温度”，并且该热敏电阻在特征温度的电阻被称为基准电阻。理论上，该多重值是一个正整数，并且最好是一。

本发明第一个方面优选实施例的第四个新颖的特点是，在通过替换该基准电阻的已知值而不是该热变电阻组合该传感器期间可以测量该单元常数，并且这个过程不需要使用一个温度稳定的沉浸池或者腔。

按照本发明的第二个方面，一个温度测量系统由一个基于微控制器的测量设备和一个人佩带的接收单元组成，基于微控制器的测量设备发送温度数据，人佩带的接收单元译码该发送并且显示该温度。

该测量设备包括三个电气辅助系统：一个热敏电阻控制的多谐振荡器传感器电路，一个低功率微控制器，以及一个调制的发射机。一个精密热敏电阻提供一个用于连接在一个不稳定多谐振荡器结构中集成的定时电路的可变充电元件。该多谐振荡器产生脉冲，该脉冲的工作周期随该热敏电阻充电元件的变化而变化。该脉冲是由一个低功率微控制器计数的，并且由相同的微控制器转换为一个数字编号，其被临时储存在存储器中。一旦已经确定了该数字编号，该微控制器使对该多谐振荡器的不供电以节省电池电源。

使用其自己的时钟和一个参见值，该微控制器计算一个伪随机数，并且确定下一个数据传输的开始。然后该微控制器构成一个数据字，该数据字由当前的基准时钟值、来自多谐振荡器计数的数字量、在制造期间预先地储存在该微控制器中的一个唯一的序列号，以及一个由在该数据字中另一个值计算的错误检测数目组成。该数据字被以非常特殊的比特值交错，并且附着于一个前同步码和同步字以生成一个数据分组。当该是下一个发送时候了的时候，该微控制器启动该RF发射机，并且开始发送该数据分组给该RF发射机的调制部分。

该RF发射机由一个晶体稳定的振荡器和一个可变电容器组成，该晶体稳定振荡器提供一个载波频率，该可变电容器频率调制该载波。一旦其已经被启动，该RF发射机调制来自该微控制器的该数据分组到该载波上，并且发射该调制的载波。在已经发射该数据之后，该微控制器使该RF发射机无效，并且进入睡眠方式以节省电池电源。仅仅在下一个发送之前该微控制器脱离睡眠方式，重新激活该多谐振荡器，并且再次开始温度测量周期。

该整个电子学测量设备被设计成能用一个或者二个氧化银电池工作。该装置和电池被封装在一个可以被吞食的生物相容的壳体中。

该接收单元包括三个操作的辅助系统：数据解调器和翻译器、带有传感器跟踪和数据变换算法的微控制器，以及起动机构。该数据解调器由一个无线电设备组成，其解调该载波为数据。一个机载的微控制器除去该交错的比特，并且查验该错误检测字以确定是否该输入数据未被该RF信道破坏。对于完好的数据字，该微控制器转换来自该多谐振荡器计数的数字为温度。来自存储在插件板上存储器中的该数据字的温度和序列号被显示在一个LCD上，和/或经由一个直接线路连接或者一个辅助无线电频率链路转发给一个远端站。

在发射机中用于确定下一个传送时间的相同的伪随机算法被编程输入该接收单元微控制器中。使用这个算法，该接收机可以推算什么时候每个传感器将发射一个数据分组，以及哪个传感器可能发射该数据分组。如果该接收单元被移动到离该测量设备足够远，以至无线电通信被丢失，基于该算法，该接收机仍然可以推算什么时候特定的发射机应该被发射。

对于要正确地启动的该伪随机算法，该接收单元具有一个嵌入的起动机构。一个在该接收机壳体内的空腔容纳该测量设备胶囊。该接收机的微控制器发送一个包括在该空腔内的IR LED脉冲。一个在该装置胶囊中的IR敏感光电检测器启动该胶囊的微控制器。来自该接收机的后续的消息经由该IR LED确认该胶囊的使用，并且推动一个从该测量设备的发送。来自该测量设备的这个第一传送包括该装置的序列号、时钟值以及一个在制造期间存储的校正值。该序列号标识在所有后续的传送期间的该装置。包括在该序列号中的是一个传感器标识符，其表示该传感器测量哪个类型的生理学参数。反馈被提供给用户以表示该传感器已经被标识并且可供使用。该温度监控系统能够支持其他的生理学参数(包括但是不局限于心率、血压SPO₂等等)、动作的参数(诸如活动、睡眠等等)、环境条件(诸如温度、运动等等)、以及探测条件(诸如毒药或者其他所考虑的材料的浓度水位)。

该时钟值被用作传感器跟踪算法的一部分，并且该校正值被用于转换来自多谐振荡器的数字数量为温度。

使用该机载的起动机构，若干装置可以由相同的接收单元监控，由于每个具有唯一的序列号，并且在传感器跟踪算法中被给出不同的时间序列。

本发明第二个方面优选实施例的第一个新颖的特点是，使用一个多谐振荡器去转换该热敏电阻阻抗为具有变化的工作周期的脉冲，由一个单板的微控制器计数这些脉冲，并且在存储器中作为数字数量存储一个结果值。

本发明第二个方面优选实施例的第二个新颖的特点是，一个唯一的序列号被存储在该装置微控制器存储器中，并且以测量的温度准数发送去明确地标识该装置。该序列号包括一个表示生理学的(心率、血压、温度等等)、动作、环境或者正在测量的检测参数的传感器标识符。

本发明第二个方面优选实施例的第三个新颖的特点是，该传感器/发射机微控制器通过计算一个基于其自己的时钟和一个参见数字的伪随机数确定何时将会传输下一个数据。该相同的算法被包含在该接收单元中，使得该接收机可以从每个装置推算何时将会下一个传送。

本发明第二个方面优选实施例的第四个新颖的特点是，该测量的温度数字、该时钟周期，以及该唯一的序列号被合成在一个具有一个错误检测编号的数据字中。这个数据字被使用位填充编码，并且与一个前同步码和同步字相结合去形成一个数据分组。

本发明第二个方面优选实施例的第五个新颖的特点是，该RF发射机拓扑结构包括一个用于调制该载波的机构。此外，该RF传送是定期的而不是连续的，并且直到由该微控制器计算的时间才起动。

本发明第二个方面优选实施例的第六个新颖的特点是，该微控制器控制该多谐振荡器和该RF发射机的起动，并且利用一个睡眠方式去将在该电池上抽取的平均电流减到最少。这允许使用超微型氧化银电池。

本发明第二个方面优选实施例的第七个新颖的特点是，一个利用一个IR LED和一个IR敏感光电检测器的起动机构。该机构启动在该测量设备中的该微控制器复位，允许其在使用之前被延期处理很长时间。该IR通信链路也使该接收单元去发送指令给该装置，并且提示该装置信息，诸如序列号和校正值。该IR通信链路还使该接收单元确定是否该传感器正在某极限范围内工作，以便可以提供关于该传感器满意的工作的反馈给用户。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参考例如伴随的附图进行展示如何实现本发明，其中：

图1是在其第一个方面中按照本发明的温度敏感电路的示意图；

图2是一个在描述在图1中示出的电路操作有用的图形；

图3是一个示出电子器件结构的方框图，该电子器件在其第二个方面中包括在一个本发明优选实施例的温度测量装置的发射机单元内；

图4是一个包括在该发射机单元中的RF发射机电路的电路示意图；和

图5是一个示出包括在该温度测量装置的接收单元中的电子器件结构的方框图。

具体实施方式

在图1示出的温度敏感电路是一个经典的555定时电路，其充电时间是由电阻R_T和R₁以及电容器C2控制的，并且其放电时间是由该电阻R₁和该电容器C2控制的。经典的555定时电路使用外部网络去控制频率，并且在变换器中各种用途的555定时器是为大家所熟知的。

在本发明的一个实施例中，R_T是一个在25℃具有大约100kohm电阻的精密热敏电阻，并且R₁是一个100kohm精密固定电阻器。这将产生一个555脉冲波形，其充电时间t_c大约是放电时间t_d的两倍，如图2所不。

当温度增加高于25℃之时，该热敏电阻阻抗将降低，由于该热敏电阻具有一个负温度系数。在温度高于25℃产生的信号波形将具有减小的工作系数和更高的频率。因此，频率和工作系数将特别地与环境温度有关系。对于低功率工作，该热敏电阻的阻抗必须很大，理论上在25℃为100kohm。如果这样一个很大的值是不可用的，增加一个串联电阻器Rs可能是必要的，使得RT＝Rth+Rs，这里Rth是热敏电阻，并且RT是Rth和Rs的总的串联电阻。

代替测量频率，我们测量该系统充电和放电时间。这是时域测量，而不是频域测量。在这种型式中，该充电时间由下面广义方程给出：

tc＝AC₂(RT+R1)＝AC₂(Rth+Rs+R1)

并且该放电时间由td＝BC₂(R1)给出。

这些方程式中，A和B是取决于电容器C2值及其他表示该555定时器特征的因素。

为了简化结构，适宜于选择Rs＝n*R1，这里n是一个整数。此外，如果热敏电阻被选择使得在其基准温度上其阻抗等于R1，其简化该结构。然后，注意到Rth是一个随温度而变的数值，让Rth＝θRl，这里θ是一个随温度而变的函数，当该温度等于热敏电阻的基准温度的时候，其值是一。为了消除在电容和有源电路单元中的温度依赖性，我们形成tc对td的比值： $\frac{t_c}{t_d}=\frac{\mathrm{AC}2(R_{\mathrm{th}}+R_s+R_1)}{\mathrm{BC}2\left(R_1\right)}=\frac{A}{B}(1+n+\frac{R_{\mathrm{th}}}{R_1})$

我们引用该常数A/B作为单元常数(cell constant)μ。

该比值由希腊字母“伽马”指示，我们引用这个函数作为该传感器方程式， $\mathrm{\γ}\left(T\right)=\mathrm{\μ}(1+n+\frac{R_{\mathrm{th}}}{R_1})=\mathrm{\μ}[1+n+\mathrm{\Θ}\left(T\right)]$

对于医学热敏电阻，该基准温度通常是25℃。在这个基准温度上，T＝T0＝25℃，θ＝1并且γ＝γ0，以及先前的方程式归纳为γ0＝μ[2+n]。

对于一个理想的555定时器，μ＝In(2)＝0.69作为一个理论数值。但是，实际的集成电路版本的555定时器，尤其是适合于低功率应用的该CMOS定时器可能不正好具有μ＝0.69，并且为了使这个方法更精确，必须确定该U值。原则上，如果我们在基准温度25℃ 测量tc/td的值，我们可以从该方程式确定该单元常数μ： $\mathrm{\μ}$ $=$ $\frac{{\mathrm{\γ}}_0}{2+n}$

只要在其基准温度该热敏电阻的值恒等于R1。实际上，这是容易的，因为存在若干医学级热敏电阻的制造商，该热敏电阻的基准温度电阻以具有非常窄的容限不同的值是可利用的。此外，固定精密电阻器是可利用的，其实测值可以是接近于其额定值的0.1％。

一种更直接非常准确地确定该单元常数的方法是代替固定电阻器而不是该热敏电阻。这个固定电阻器的值应该在其基准温度等于该热敏电阻的值，并且与该R1的值相同。这个替换在25℃ 模拟该热敏电阻电阻。当该固定电阻器被该热敏电阻代替的时候，该传感器方程式变为：

           γ(T₀)＝μ₀[1+n+Θ(T)]＝μ₀[1+n+1]＝μ₀[2+n]

因此，该单元常数等于td/tc比值的测定值除以(2+n)。一旦该单元常数被测定，该固定电阻器被除去并且该热敏电阻被设置。当该单元被构造的时候，这个测量仅需要进行一次，并且这个过程可以借助于一个个人计算机和一个小型探头装置容易地自动操作。一旦该单元常数为已知，其可以被存储在底板上传感器微控制器的存储器中。

对于实际温度测量，该单元方程式可以被反转为提供热函数θ(T)。在温度T该热函数是在温度T的热敏电阻阻抗与在其基准温度25℃热敏电阻阻抗的比值。我们具有， $\mathrm{\Θ}\left(T\right)=\frac{\mathrm{\γ}\left(T\right)}{\mathrm{\μ}}-(1+n)$

在该温度计的优选实施例中，该传感器网络被与一个微控制器电路结合以形成该微型温度计。这个温度计的尺寸被制作的尽可能很小，使得其可以装入一个可吸收的药丸，用于测量人体内部温度；可以装入一个小的皮肤碎片，用于测量皮肤温度；可以装入一个胶囊中，该胶囊可以被放入人体的孔中，诸如耳道，或者植入在人或者动物受验者的别处，或者以一个小型发射机的形式供测量周围温度使用。在制造过程期间，该电路首先被安装，并且一个固定电阻器被安装代替该热敏电阻。当该固定电阻器在适当位置的时候，一个外部探头装置被用于接通该传感器并且记录该tc和td值。从这些值中，一个外部计算机(个人计算机)被用于计算该单元常数。该外部PC然后编程该单元常数的值进在底板上传感器的该微控制器。当这个过程完成的时候，该固定电阻器被除去，并且该热敏电阻被设置。从这点上，当该温度计电路被启动的时候，该微控制器测量tc和td，并且使用该单元常数计算该温度。

对于一个热敏电阻，该热函数是经由该Steinhart-Hart方程式特别地与该温度有关系的： $\frac{1}{T}=a+b\ln \left(R\right)+C\[\ln \left(R\right){\]}^3$

其系数a、b和c是常数，并且表示用于制造该热敏电阻的材料的特征。对于最高级的精确度，使用医学等级热敏电阻，其系数已知是非常精确的，并且由该热敏电阻的供应者提供。

在实际的实施中，可能该温度不能经由该Steinhart-Hart方程式由该热敏电阻阻抗获得。这是因为该电路可以具有导致与该Steinhart-Hart曲线拟合不符合的热特性。获得一个相关该热敏电阻阻抗Rth与在很宽的温度范围内温度T的温度函数仍然是可允许的。通过进行该限定， $R_e=\frac{R_{\mathrm{th}}}{R_1}$

Re是该热敏电阻相对于在基准温度25℃(因为Rth(25)＝R1)其值的“有效电阻”。对于温度大于25℃，Re小于一。对于温度小于25℃，Re大于一。这是因为Rth具有一个负温度系数。我们已经发现一种多项式函数形式： $T\left(R_e\right)=A_0+A_1{R}_e+A_2{R}_e^2+A_3{R}_e^3+A_4{R}_e^4+A_5{R}_e^5$

足以在很宽的温度范围内相关该温度与该热敏电阻的有效电阻。因此，我们基于这个多项式而不是该Steinhart-Hart方程式计算温度。

在一个实际的实施中，该温度计能够以良好的精确度和分辩率水位测量在100C变动范围之上的温度，例如，从-30℃到+70℃。

图3中示出按照本发明第二个方面的方框图，示出温度测量装置的发射机单元电子器件的结构。该电子设备包括一个作为用于多谐振荡器2可变充电单元连接的精密热敏电阻1；一个微控制器3，包括计数器4、时钟振荡器5、数据输入和输出10、窗口带阻滤波器14以及功率控制输入/输出8；一个红外线(IR)敏感光电检测器7，以及一个包括调制器和天线的RF发射机6。

该多谐振荡器可以包括一个以根据图1描述的方式连接到该热敏电阻1和该电容器的555定时器。该多谐振荡器的输出端OUTPUT被连接到该微控制器的计数器电路的输入端口。该微控制器定时器计数器计算在一个放电周期期间时钟周期的数目，和在一个相邻的充电周期期间时钟周期的数目，并且存储这二个数目。用于该放电周期的数字被与一个窗口带阻滤波器的限制相比。如果用于该放电周期的数字大于或者小于该窗口滤波器限制，其被连同用于该充电周期相应的数字一起滤去。这个带阻滤波器消除由该定时器计数器的触发失误所引起的虚假的计数。如果对于该放电周期的计数是在窗口滤波器限制范围之内，其除以相应对于该充电周期的计数，并且采样数目的计数器被增加1。该放电：充电计数的比值然后被存储在存储器中去起动一个运算总和。在放电和充电周期期间，该计算时钟的过程被重复固定次数，随着每对计数或者被滤去，或者被分解，并且该比值被增加给存储器中的该运算总和。当该计数过程已经完成的时候，该比值的运算总和除以采样计数器的数目，给出放电∶充电计数对于其采样间隔的平均比。该平均比被对于若干采样间隔采集，并且这些值也被平均，产生最后的放电∶充电计数的比值，其具有微乎其微的噪声。该最后的比值被作为数字数量存储在该微控制器存储器中，直到该时间被发送为止。

在该校正过程期间，一个精密电阻器被代替该热敏电阻Rth使用。放电∶充电计数的平均比由在前一段落描述的相同的过程确定，并且被作为一个校正值存储在该微控制器存储器中。

在制造期间，一个唯一的序列号也被存储在该微控制器存储器中。

为了避免与邻近的装置串音，该微控制器使用一个伪随机的算法去确定什么时候可能会发送下一个。未来的时间被分成1个由48个第二‘有效’间隔和12个第二‘警戒’间隔组成的详细的代码。该12个第二警戒间隔缓存每个有效间隔，提供在连续不断的发送之间的时间推移。  每个48个第二有效间隔被分成256个发送时隙，对于每个时隙由一个特定的时间点限定。在该48个第二有效间隔之内，基于一个伪随机数生成(PNG)函数，一个特定的时间点被计算。该PNG函数是以多项式形式p(x)＝x²⁴+x⁴+x³+x+1为基准的。该随机数是通过一个程序循环产生的，该程序循环基于该多项式p(x)，该参见值，消逝的代码的数目以及用于该时间点比特的数目(在这个例子的情况下为8个，这里存在256个发送时隙)构成一系列1s和0s。对于每个装置该初始参见值是不同的，并且一个新的参见值是连同用于每个传送代码的随机比特一起产生的。结果是该顺序的发送以可预测的、随机序列发送时隙出现。

回到参考图3，集成在该微控制器中的时钟振荡器5提供具有一个基准时间的伪随机算法。来自该伪随机算法的时间点被用于计算当下一个发送将出现的时候该基准时钟的值。

恰好在下一个发送的时间之前，该微控制器启动该多谐振荡器温度测量程序。在该测量之后，该微控制器使该多谐振荡器不活动，并且构成一个由以下组成的数据字9：该发送时间点；在该制造过程期间预先地存储在存储器中的该装置的序列号；来自该多谐振荡器的该数字数量；和一个错误检测字节。该装置的序列号包括一个表示其是温度传感器的传感器标识符。该传感器标识符辨别是否该传感器是一个温度计或者别的生理学的传感器(诸如，一个心率传感器)，或者如上所述别的参数或者条件的传感器。该错误检测字节被使用循环冗余码(CRC)算法以及以该数字数量、该装置的序列号以及该发送时间点和该校正值为基准计算。该数据字通过交织一个4b/8b比特填充列表被编码10，以平衡发送给该RF发射机6的1和0的数目。该编码器也附加一个前同步码12和一个同步字11给该数据分组的前部。该接收单元使用该前同步码去自动跟踪该载波频率。

一旦已经构成该数据分组，该微控制器启动该RF发射机。图4示出一个该RF发射机的示意图。

该发射机是一个具有X1、D1、C3是谐振器以及Q1、L1和C2是放大器的皮尔斯(Pierce)振荡器结构(U.S.专利1,789,496)。本申请人已经选择了一个用于X1的基频晶体，以使该发射机的载波稳定在±100ppm。该电感L1起天线作用。电容器C2与L1形成一个谐振电路，推进来自发射机的输出功率。电阻R2提供附加的相移以确保稳定振荡并且从该谐振器隔离该谐振电路。来自该微控制器的数据通过改变在该变容二极管D1上的电压频率调制该载波，该变容二极管D1依次改变该谐振器的谐振频率。该结果是一个频移键控载波。替换的实施例可以直接地在Q1的基极或集电极上改变该电压，产生振幅移动键控或者振幅键控。该RF发射机的拓扑结构适用于电池V1从或者1.5V或者3V开始的工作。

参考图3，允许该装置在使用之前被延期处理一个持续期，IR敏感光电检测器7被用作一个起动开关。虽然供选择的实施例可以使用光电二极管，本申请人已经选择一个光敏晶体管作为该光电检测器。该光电晶体管被连接到该复位腿和该微控制器输入端口的一个，其控制到该多谐振荡器的电源，和该RF发射机。在起动期间，该装置包壳被存放在接收单元上的一个空腔中，其非常接近于一个IR发光二极管。当该光电晶体管感知足够的光的时候，其触发该微控制器的复位，启动该时钟5，以及启动一个唤醒程序。该微控制器然后等待一个从该接收单元经由该IR链路发送的预先确定的消息。如果该消息未在预先分配的时间内接收，该微控制器重新输入睡眠方式。如果接收到该消息，该RF发射机被启动，并且存储在该微控制器存储器中的该校正值，该装置序列号以及该当前的时钟计数被经由该RF发射机发送。以这种方法，该接收单元和该温度测量装置被同步，并且包括相同的参见值。即使当RF通信已经丢失时候，该接收单元可以使用该参见值和该装置时钟作为给该PNG函数的输入，以确定下一个发送的预计执行时间。该装置通过随一个预先确定的温度数字发送一个采样数据包完成该激活过程，并且开始该测量程序。

如果在该激活过程期间有通信被丢失或者破坏的话，包括采样数据包，该接收单元显示一个表示该装置未工作和可允许的行动过程的警告给该用户。

图5示出一个该接收单元功能的方框图。该微控制器14启动该超外差式无线电设备1，其从温度测量装置接收该信号并且解调该数据。一旦该全部的数据分组被接收和存储在存储器中，该接收机无线电设备1由该微控制器14停用。该微控制器使用在数据分组中的同步字作为起动指示符，然后从该数据字3中除去交织的比特。该错误检测字节然后被查验以确保该数据字有效。无效数据字被滤去。一个ID表征码功能2从有效发送给一系列由接收机初始化的装置的序列号中比较该序列号。具有不相配序列号的传感器数据流被忽略。具有和序列号相配的传感器数据流的该多谐振荡器数字编号被用于使用在初始化期间存储的该校正值计算有效电阻的值，并且该有效电阻被基于用于T(Re)的该多项式函数转换成温度值。该温度被连同一个来自实时时钟4的时间戳一起存储在存储器6中。每当可利用时，该新的温度数据被显示在该LCD8上。该小键盘16被用于改变装置选项，实施初始化，输入用户数据，以及执行其他的系统功能。该温度数据可以稍后使用串行接口7和一个PC被从存储器中恢复，或者经由一个直接连接或者一个辅助射频链路发送到一个远端站。

该PNG序列发生器10使用该微控制器时钟17去跟踪用于若干专用传感器的传输间隔，其可以是热敏的装置，但是做为选择可以是对其他参数敏感的装置。编程进每个传感装置中的相同的伪随机的算法被编程进该PNG序列发生器。使用该伪随机的算法，和从该传感装置传送的该参见值，该PNG序列发生器可以推算什么时候可能发送下一个，以及哪个传感装置可能被发送。恰好在发送下一个期望的之前，该接收机无线电设备1被该微控制器启动。

可以是该小键盘16的一部分的一个按钮开始起动新的温度测量装置(或者其他的传感装置)。在该起动程序期间，该微控制器经由IR LED9发送一个消息给温度测量装置。在一个简短延迟之后，该微控制器14使用相同的IR LED请求该校正值和该装置的序列号。该无线电设备1被启动，并且接收从温度测量装置发送的消息。该PNG序列发生器10使用该序列号去计算一个唯一的参见值，并且经由IR LED输出该参见值给温度测量装置。该装置以一个预先确定的数据分组响应。该接收单元验证数据分组的有效性。该数据分组的有效性(或者无效)被显示在该LCD 8上。

电源开关12允许当该接收单元延期处理的时候主电池13被保持，电源开关12在该小键盘16上可以具有一个动作单元。当该主电池13被交换时，一个后备电池15保持实时时钟装置和数据易失性存储器。

概括地说，本发明第二个方面的优选实施例是一个为了测量温度或者其他生理参数、动作参数、环境条件等等起见的温度计。该温度计由一个基于微控制器的温度测量装置和一个接收单元组成，该温度测量装置获取和发送温度数据，该接收单元可以由该受验者佩带，并且译码该数据以及显示温度。

该测量设备包括三个电气辅助系统：一个热敏电阻控制多谐振荡器传感器电路，一个低功率微控制器，以及一个调制VHF发射机。该电子设备从二个氧化银电池操作，并且是足够小的以安装在一个可吸收的生物相容的壳体之内。来自该装置的发送是定期的，并且遵循一个特定的模式以降低在专用装置之间的串音。

该接收单元解调来自测量设备的该数据，并且使用一个特定的校正值转换其为温度数据。该温度被数字地显示在一个LCD显示器上，并且被存储在存储器中。

该温度计包括一个起动机制，其允许该装置无需消耗电池被长寿命的延期处理。  该接收单元包括一个红外线(IR)发光二极管(LED)和一个用于容纳该测量设备的空腔。该测量设备包括一个IR敏感光电晶体管，其被那时设置在该空腔中在该接收单元上的该IR LED启动。一个来自接收单元的消息启动在测量设备中的微控制器，并且启动该多谐振荡器传感器电路。

应该理解，本发明不局限于已经描述的特定实施例，而且无需脱离如在所附权利要求限定的和其等效的本发明的范围，可以在其中进行变化。除非上下文指出，否则在权利要求中对一个部件例子的数目引证是一个或者一个以上例子的引证，其需要至少该部件例子的状态数目，但是不意欲排斥在该权利要求的范围之外具有部件比状态更多的例子的结构或者方法。

Claims (29)

1.一种包括一个多谐振荡器的温度计，该多谐振荡器包括一个具有与之相关的第一和第二导电通路的电容器，所述第一和第二路径的一个是用于该电容器的充电路径，以及所述第一和第二路径的另一个是用于该电容器的放电路径，该多谐振荡器还至少包括第一和第二电阻，其中该第一和第二电阻在所述第一路径是串联连接的，并且该第一电阻而不是该第二个电阻被连接在所述第二路径中，以及其中第一电阻具有一个大体上与温度无关的阻抗值，并且该第二电阻具有一个随着温度而变化的阻抗值，并且该阻抗值是温度的函数。

2.根据权利要求1的温度计，其中该多谐振荡器包括一个第三电阻，该第三电阻具有一个大体上与温度无关的阻抗值，并且大体上等于第一电阻阻抗值的整数倍数，以及其中在所述第一路径中第一、第二和第三电阻是串联连接的，并且该第一电阻而不是该第二或者第三电阻被连接在所述第二路径中用于该电容器。

3.根据权利要求1的温度计，其中该第二电阻的阻抗值在其基准温度上大体上等于第一电阻的阻抗值。

4.根据权利要求1的温度计，其中该多谐振荡器包括一个555型定时电路。

5.根据权利要求1的温度计，其中所述第一路径是该充电路径，以及所述第二路径是该放电路径。

6.一种制造温度计的方法，包括：

提供一个多谐振荡器，该多谐振荡器包括一个具有与之相关的第一和第二导电通路的电容器，所述第一和第二路径的一个是用于该电容器的充电路径，以及所述第一和第二路径的另一个是用于该电容器的放电路径，该多谐振荡器还至少包括第一和第二电阻，其中该第一和第二电阻在所述第一路径是串联连接的，并且该第一电阻而不是该第二个电阻被连接在所述第二路径中，以及其中该第一和第二电阻具有大体上与温度无关相应的阻抗值，

测量该电容器的充电和放电时间，并且基于所述充电和放电时间计算单元函数的参考值，和

以一个随温度而变的电阻替换该第二电阻。

7.根据权利要求6的方法，进一步包括：

在一个要测量的温度上，在该随温度而变的电阻和一个区域之间建立热平衡，

测量该电容器的充电和放电时间，并且计算该单元函数的第二个值，和

基于该单元函数的参考值和该单元函数的第二个值计算温度值。

8.根据权利要求6的方法，进一步包括记录该单元函数的参考值。

9.根据权利要求8的方法，进一步包括记录该单元常数的附加值。

10.一种制造温度计的方法，包括：

提供一个多谐振荡器，该多谐振荡器包括一个具有与之相关的第一和第二导电通路的电容器，所述第一和第二路径的一个是用于该电容器的充电路径，以及所述第一和第二路径的另一个是用于该电容器的放电路径，该多谐振荡器还至少包括第一和第二电阻，其中该第一和第二电阻在所述第一路径是串联连接的，并且该第一电阻而不是该第二个电阻被连接在所述第二路径中，以及其中该第一电阻具有一个大体上与温度无关的阻抗值，并且该第二电阻具有一个随着温度而变化的阻抗值，并且该阻抗值是温度的函数，该第二电阻的阻抗值在一个基准温度上大体上等于第一电阻的阻抗值，

在该基准温度上测量该电容器的充电和放电时间，并且计算单元函数的值，和

记录该单元函数的值。

11.一种温度计，包括：

一个多谐振荡器，该多谐振荡器包括一个具有与之相关的第一和第二导电通路的电容器，所述第一和第二路径的一个是用于该电容器的充电路径，以及所述第一和第二路径的另一个是用于该电容器的放电路径，该多谐振荡器还至少包括第一和第二电阻，其中该第一和第二电阻在所述第一路径是串联连接的，并且该第一电阻而不是该第二个电阻被连接在所述第二路径中，以及其中该第一电阻具有一个大体上与温度无关的阻抗值，并且该第二电阻具有一个随着温度而变化的阻抗值，并且该阻抗值是温度的函数，

一个用于测量该电容器的充电持续时间和放电持续时间，并且计算该放电时间对该充电时间比值的装置，和

一个用于发送所述比值给接收机，用于计算相应温度值的装置。

12.一种用于测量温度的装置，包括：一个脉冲发生器和一个工作循环的测量电路，该脉冲发生器包括一个电阻，使得取决于该电阻的阻抗该脉冲发生器产生工作循环的脉冲，该工作循环的测量电路用于测量该脉冲的工作周期，并且取决于该工作周期的测量值输出一个值，以及其中该电阻具有一个非零温度阻抗系数。

13.根据权利要求12的装置，包括一个用于存储该装置唯一的序列号的装置，和一个用于合成该装置的序列号和该工作周期的测量值以产生一个输出数据字的装置。

14.根据权利要求12的装置，包括一个用于存储该装置唯一的序列号的装置，一个用于计算一个错误检测编号的装置，和一个用于合成该装置的序列号和该工作周期的测量值以及该错误检测编号以产生一个输出数据字的装置。

15.根据权利要求12的装置，包括一个用于分解未来的时间为一连串的传输间隔并且用于分解每个传输间隔为多个传送时隙的装置，一个基于预先确定的算法用于计算伪随机数的装置，一个用于基于该计算的伪随机数选择所述传送时隙之一的装置，以及一个用于在该选择的传送时隙期间发送所述值的装置。

16.根据权利要求15的装置，在与接收机结合方面，该接收机包括一个用于基于所述预先确定的算法计算所述伪随机数的装置，借此该接收机能够推算所述值的传送时间。

17.根据权利要求12的装置，包括一个用于基于所述测量值产生一个数据字的装置，所述装置是与一个RF发射机联合在一起的，该RF发射机用于按照所述数据字调制一个载波，以及一个用于以周期方式操作该RF发射机的装置。

18.根据权利要求12的装置，包括一个用于控制该脉冲发生器起动的装置。

19.一种用于测量参数值的测量系统，包括一个发射机单元，其包含一个传感器设备、一个测量设备、一个发射机设备以及一个光电检测器，并且还包括一个包含光发射设备的接收机单元，以及其中该接收机的光发射设备可以被激发去发射一个起动信号，并且该光电检测器响应该起动信号去激活该发射机单元。

20.一种包括一个发射机和一个接收机的测量系统，该发射机用于接收表示参数值的数据并且发送所述值，该接收机用于接收来自该发射机的该发送，其中该发射机包括一个用于分解未来的时间为一连串的传输间隔并且用于分解每个传输间隔为多个传送时隙的装置，一个用于基于预先确定的算法计算一个数字的装置，一个用于基于该计算的数字选择所述传送时隙之一的装置，以及一个用于在该选择的传送时隙期间发送所述值的装置，以及其中该接收机包括一个用于推算何时该发射机将会发射所述值并且用于使该接收机去在所述选择的发送时隙期间从该发射机接收该发送的装置。

21.根据权利要求20的测量系统，其中基于所述预先确定的算法，所述用于计算的装置计算一个伪随机数，以及该用于推算的装置计算该相同的伪随机数。

22.根据权利要求20的测量系统，其中所述用于计算的装置基于一个参见值计算所述数字。

23.根据权利要求20的测量系统，包括至少第一和第二敏感装置，该第一和第二敏感装置提供表示相应的值的数据给该发射机，以及该用于计算的装置基于所述预先确定的算法计算第一和第二不同的号码。

24.根据权利要求23的测量系统，其中第一和第二识别数字是分别与第一和第二敏感装置有关的，所述用于计算的装置基于第一和第二参见值分别计算所述第一和第二数字，以及所述第一和第二参见值是分别与所述第一和第二识别数字有关的。

25.根据权利要求23的测量系统，其中所述第一和第二敏感装置是对不同的相应的参数敏感的。

26.根据权利要求25的测量系统，其中所述参数的至少一个是温度。

27.根据权利要求20的测量系统，其中所述参数是温度。

28.根据权利要求20的测量系统，其中该发射机包括一个RF电路，并且该发射机进一步包括一个控制器，在所述选择的发送时隙期间其间歇性地激活该RF电路。

29.根据权利要求20的测量系统，包括一个用于提供所述数据给该发射机的敏感装置，并且其中该控制器周期性地激活该敏感装置。

Images