紅外體溫檢測專利技術(shù)綜述

張秀麗　宋蔚

摘 要：當(dāng)前，體溫檢測所使用的非接觸式測量工具主要為紅外體溫計(jì)，其因安全、使用方便、檢測快速、無交叉感染的優(yōu)勢獲得了臨床醫(yī)護(hù)人員、公共場所體溫監(jiān)測安保人員和家庭等的青睞。紅外體溫計(jì)易受環(huán)境等因素的影響，如何提高紅外體溫計(jì)的測量精度成為紅外體溫計(jì)研發(fā)的主要方向。本文對紅外體溫檢測的專利技術(shù)申請狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，并對主要的紅外體溫檢測的專利技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：紅外體溫檢測;熱效應(yīng);光電效應(yīng);專利技術(shù)申請

中圖分類號：R472文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）11-0144-03

Summary of Infrared Body Temperature Detection Patent Technology

ZHANG Xiuli SONG Wei

（Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office， CNIPA，Zhengzhou Henan 450018）

Abstracts： The current non-contact measurement tools used in body temperature detection are mainly infrared thermometers， which are safe， convenient to use， rapid detection， no cross-infection， won the favor of clinical medical staff， security personnel for temperature monitoring in public places and families， etc. Infrared thermometer is easily affected by environmental factors， how to improve the measurement accuracy of infrared thermometer has become the main direction of infrared thermometer research and development. In this paper， the status of patent applications for infrared body temperature detection was statistically analyzed， and the main patent technologies for infrared body temperature detection were studied.

Keywords： infrared temperature detection;thermal effect;photoelectric effect;patent technology application

當(dāng)前，常用的體溫計(jì)主要有水銀體溫計(jì)、電子體溫計(jì)、紅外體溫計(jì)和紅外熱成像儀[1]等。體溫檢測的部位主要有人體腋窩、耳內(nèi)、前額、手腕、口腔、手心、直腸等處。水銀體溫計(jì)具有示值準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但也存在易碎、讀數(shù)不直觀的缺點(diǎn);電子體溫計(jì)具有安全經(jīng)濟(jì)、溫度波動小、讀數(shù)方便準(zhǔn)確、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，但也存在易受電子元件及供電等因素影響，穩(wěn)定性不高的缺點(diǎn);紅外體溫計(jì)和紅外熱成像儀具有采集體溫簡單、方便、快捷、無須直接接觸使用等優(yōu)點(diǎn)，但也易受環(huán)境溫度影響[2]。紅外體溫檢測為非接觸式地實(shí)現(xiàn)對人體溫度的測量，應(yīng)用廣泛，因此，對紅外體溫檢測專利技術(shù)進(jìn)行研究，以提高當(dāng)前紅外體溫檢測設(shè)備的穩(wěn)定性和精度是十分必要的。

1 專利申請現(xiàn)狀

1.1 專利申請趨勢分析

本文檢索的主要數(shù)據(jù)庫為incoPat數(shù)據(jù)庫和Patentics數(shù)據(jù)庫。在上述數(shù)據(jù)庫中，利用分類號、關(guān)鍵詞等對相關(guān)專利進(jìn)行檢索分析。

截至2019年12月31日，紅外體溫檢測專利申請量趨勢如圖1所示。由于2017—2019年的專利申請存在未完全公開的情況，因此，本文的數(shù)據(jù)不能代表全部的申請量。紅外體溫檢測專利技術(shù)申請階段大致可以分為萌芽期、緩慢增長期、快速增長期三個(gè)階段。

萌芽期：20世紀(jì)90年代以前，紅外體溫檢測專利申請量較少，此階段屬于探索研發(fā)階段，使用紅外檢測技術(shù)進(jìn)行體溫檢測的專利技術(shù)研究剛剛萌芽。

緩慢增長期：自1989年至2012年，關(guān)于紅外體溫檢測的專利申請量有緩慢增加的趨勢。這說明相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)人員認(rèn)識到了該技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展前景，增加了相關(guān)研究，且隨著知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識的增強(qiáng)，專利申請量處于緩慢增長階段。

快速增長期：2013年至今，關(guān)于紅外體溫檢測的專利申請量驟增，達(dá)到了一個(gè)高峰期，與之前在此方面的技術(shù)積累和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識增強(qiáng)呈正相關(guān)，紅外體溫檢測技術(shù)蓬勃發(fā)展。

通過對相關(guān)專利申請趨勢進(jìn)行分析，有助于了解紅外體溫檢測的技術(shù)發(fā)展趨勢，以利于后續(xù)技術(shù)研發(fā)和設(shè)備改進(jìn)。

1.2 專利申請地域分布情況

對專利申請的地域分布情況進(jìn)行分析可以幫助了解不同地區(qū)該技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及對該技術(shù)研究改進(jìn)的重視程度。全球相關(guān)專利申請地域分布如圖2所示。

從紅外體溫檢測相關(guān)專利申請的地域分布來看，中國的專利申請量占半數(shù)以上，說明我國對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)比較重視，美國以及韓、日的申請量均少于我國。可見，紅外體溫檢測技術(shù)的研發(fā)與改進(jìn)在我國較為受重視。

2 紅外體溫檢測專利技術(shù)分析

2.1 專利申請量

紅外體溫檢測根據(jù)使用的紅外傳感器的不同，主要可以分為基于熱效應(yīng)的紅外線體溫檢測和基于光電效應(yīng)的紅外體溫檢測。基于熱效應(yīng)的紅外體溫檢測所依據(jù)的原理為將紅外線轉(zhuǎn)換為熱能引起溫度升高，進(jìn)而使熱敏元件的電學(xué)性能發(fā)生變化得到相應(yīng)的電信號;基于光電效應(yīng)的紅外體溫檢測主要原理為被測物質(zhì)被光照射后，其內(nèi)部電子吸收能量形成電流。基于熱效應(yīng)的紅外體溫檢測主要依賴的是熱效應(yīng)元件，主要有熱釋電型、熱電偶型、熱敏電阻型等元件;基于光電效應(yīng)的紅外體溫檢測所依賴的主要元件為光敏材料硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻等。基于不同原理的紅外體溫檢測專利申請量分布如圖3所示。

從圖3可知，兩分支的申請量歷年變化趨勢大致相似，基于光電效應(yīng)的相關(guān)專利申請量要高于基于熱效應(yīng)的相關(guān)專利申請量。究其原因可能主要在于技術(shù)改進(jìn)的難易程度以及技術(shù)改進(jìn)的性價(jià)比。

2.2 案例分析

基于熱效應(yīng)的紅外體溫檢測主要是熱敏材料吸收紅外線引起溫度變化，進(jìn)而影響檢測器的電學(xué)性能。通過檢索分析發(fā)現(xiàn)，對于基于熱效應(yīng)的紅外體溫檢測，當(dāng)前研究較多的主要是通過設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)等減小其他輻射源溫度對傳感元件的影響，以提高紅外體溫檢測的準(zhǔn)確性，其他還涉及提高體溫計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸效率、增加體溫計(jì)的功能用途等方面的改進(jìn)。例如，CN110530526A（申請人為江蘇奧普萊醫(yī)療用品有限公司）公開了一種柔性復(fù)合薄膜高靈敏體溫檢測耳溫槍，其探測頭的外緣側(cè)壁上包裹有膠套，探測頭的左端部開設(shè)有導(dǎo)波通道，導(dǎo)波通道的內(nèi)壁上設(shè)置有外屏蔽套，導(dǎo)波通道的內(nèi)腔設(shè)置有濾鏡，探測頭的內(nèi)腔中心處開設(shè)有裝配空腔，裝配空腔的側(cè)壁上設(shè)置有內(nèi)屏蔽套，內(nèi)屏蔽套的內(nèi)側(cè)設(shè)置有屏蔽頭，屏蔽頭的內(nèi)腔嵌套設(shè)置有傳感器頭部，傳感器頭部的左側(cè)壁中心處電性連接有熱電堆，所述傳感器頭部的左側(cè)壁頂部電性連接有熱敏電阻。該發(fā)明專利通過設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)屏蔽其他熱輻射源造成的干擾，提高了溫測的靈敏度，減少了其他熱輻射源對溫度傳感的影響，減少了跳溫現(xiàn)象的發(fā)生。

基于光電檢測的傳感器響應(yīng)速度很快。使用硅半導(dǎo)體制作紅外光傳感器，受到紅外線照射后會產(chǎn)生自由電子，進(jìn)而改變導(dǎo)電性能。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，基于光電效應(yīng)的紅外體溫檢測易受環(huán)境光的影響，研究熱點(diǎn)主要在于通過增加前置檢測結(jié)構(gòu)以減小環(huán)境光的影響，還涉及對接收的光信號進(jìn)行處理等以提高檢測精度。例如，CN107049253A（申請人為深圳市共進(jìn)電子股份有限公司）公開了一種基于人工智能的紅外熱成像體溫檢測方法和裝置，以提高體溫檢測的精度和效率。所述方法包括：通過設(shè)置于云臺上的攝像頭采集圖像，識別檢測目標(biāo)和檢測目標(biāo)的人體裸露部位;響應(yīng)人體裸露部位的短波紅外線和檢測目標(biāo)所處環(huán)境的短波紅外線，檢測檢測目標(biāo)的體表溫度和檢測目標(biāo)所處環(huán)境的環(huán)境溫度;將檢測目標(biāo)的體表溫度和檢測目標(biāo)所處環(huán)境的環(huán)境溫度代入算法公式，獲取檢測目標(biāo)的人體核心溫度;發(fā)送檢測目標(biāo)的人體核心溫度至醫(yī)療看護(hù)服務(wù)器。該發(fā)明專利提高了人體溫度的檢測精準(zhǔn)度。

3 總結(jié)與建議

紅外體溫檢測設(shè)備易受到環(huán)境的影響，測量結(jié)果不夠穩(wěn)定。基于熱效應(yīng)的紅外體溫檢測專利技術(shù)研究中，研發(fā)傳感元件對其他輻射源的有效屏蔽結(jié)構(gòu)對提高設(shè)備的檢測精度具有重要意義;基于光電效應(yīng)的紅外體溫檢測專利技術(shù)研究中，研究如何消除環(huán)境光影響是一個(gè)重要方面。當(dāng)前，紅外體溫檢測專利技術(shù)處于快速發(fā)展期，我國紅外體溫檢測技術(shù)專利申請量處于世界領(lǐng)先地位，需要在繼續(xù)保持的同時(shí)，加強(qiáng)專利技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，以推動和促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;同時(shí)，在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研發(fā)過程中，需要關(guān)注同領(lǐng)域申請人及其相關(guān)專利技術(shù)，以保持與全球領(lǐng)先專利技術(shù)始終處于同等水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]李明，王盼，付茜茜.幾種體溫計(jì)測量結(jié)果準(zhǔn)確性的研究綜述[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2016（24）：282.

[2]鄔俏璇，周嬋，郭鳳娣，等.3種體溫計(jì)測量體溫效果分析[J].現(xiàn)代臨床護(hù)理，2011（1）：9-11.