一种快速热电偶测温装置技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，特别是涉及一种快速热电偶测温装置。
背景技术
近年来，随着激光技术的发展，大功率脉冲激光已经越来越多的应用于口
腔科、美容科、眼科和皮肤科等科室相关疾病的治疗中。然而，在临床实际应
用中，这些激光器在相应生物组织上的照射剂量仅由临床医生的实际经验进行
控制。然而这种仅停留在感性认识上的控制经常是不精确的，由热损伤造成的
医疗事故也就伴随而来。
激光痛觉刺激技术的特点是不与皮肤接触，不会刺激机械感受神经，可精
确得出电生理学数据，是最有效的检测神经疼痛的方法。激光照射区域的体表
温度是激光痛觉刺激技术的一个重要参数。
目前，可用于被照射皮肤表面温度测量的传感器主要有红外热像仪、在线
式红外测温仪和热电偶测温仪三种。
1、在线式红外成像仪器体积较大、其价格昂贵，且测试易受环境噪声的影
响。
2、在线式红外测温仪的光学分辨率决定了其测温范围是面测温，测温点的
大小随照射距离而变化。在激光的测温点较小或温度分布不均的情况下，无法
测得准确的温度数据，且易收到散射光的影响。
3、普通热电偶测温仪存在热惯性效应，影响快速测温可信性，且热电偶会
直接吸收激光的能量从而导致能量无法直接传导到皮肤上。
为了研究强脉冲激光在生物体上造成的温度响应情况，提高脉冲强激光对
疾病的治疗效果，降低发生医疗事故的风险，有必要研发一种专用的快速测温
设备，以实现对脉冲激光照射生物体所致温度变化情况的记录和对激光器的控
制。
CN201220506212.3公开了一种带网络接口的热电偶温度测试仪表，该专
利主要的应用方向是比较危险或环境恶劣领域的应用以及防雷设计；其技术方
案中没有针对性的对热电偶选型做出设计，采样速率、采样精度较差，噪声较
大。
CN201310677102.2公开了一种基于Labview的热电偶自动测温分析方
法和系统，适用于热处理及工业生产领域，无法快速计算瞬时温升速度和滤波
后温度值，其技术方案采用的是Labview的工作模式和NI数据采集卡，其不
足之处出在于其数据采集程序繁琐、设备成本高，不能适用于医用领域使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种用于快速、
实时测量激光照射表面的温度变化的快速热电偶测温装置。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种快速热电偶测温装置，其
特征在于包括测温端和用于显示和记录温度值的PC端；
所述测温端包括依次进行连接的传感器、接口电路、温度控制器和通讯模
块；所述通讯模块与所述PC端连接；
所述传感器为铠装热电偶；
所述接口电路为由ADS1224和ADS620组成热电偶测温接口和AD转换
电路；
所述温度控制器设置有单片机电路系统，将采样和读取的温度值通过所述
通讯模块发送至所述PC端；
所述通讯模块设置有RS485串口；
所述PC端设置有RS485/RS232转换器。
优选的，所述温度控制器还连接有触发端。
优选的，所述温度控制器还连接有由继电器控制的报警端和控制端。
本发明的工作原理是：热电偶测温装置用于测量由激光在生物体上或组织
内部造成的温度变化，从而对激光在生物体上的热效应进行分析，同时该测温
仪器也可用于微波辐射造成的生物组织温度变化的测量或是其他需要在生物体
上进行测温的场合，测温精确度高；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)热电偶测温装置的测温端为铠装热电偶，能够使测温点紧贴组织，并
且由于测温点很小，因此不会阻挡激光的照射，其误差较小；该铠装热电偶的
采样频率为60Hz，测温精度为0.25℃，能够实现对脉冲激光造成组织的温度
变化进行测量和记录，适用于生物医学领域；
(2)本发明能够测量最快响应时间为20ms的准确温度值，能够测量由于
最短脉宽为1ms的脉冲激光而造成的皮肤表面温度场的瞬时变化的细节情况；
(3)本发明还提供了适用于医用领域的报警端和控制端；所述报警端是由
继电器控制，可依据实际情况进行闪光和蜂鸣器报警；例如，设置好疼痛阈值
和损伤阈值后，如被测生物体表面温度超出阈值，就会触发报警信号，从而避
免由热辐射损伤而导致的医疗事故；所述触发端能够对脉冲激光器进行控制，
以进一步确保治疗的安全性，以实现多种类数据复合记录分析。
附图说明
图1所示为一种快速热电偶测温装置的结构连接关系框图；
图2所示为PC端的采样程序界面。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述
的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
如图1所示为一种快速热电偶测温装置的结构连接关系框图，包括测温端
和用于显示和记录温度值的PC端。
所述测温端包括依次进行连接的传感器、接口电路、温度控制器和通讯模
块；所述通讯模块与所述PC端连接；
所述传感器为铠装热电偶，进一步的优选型号为0.5mm和0.25mm的铠
装针丝热电偶。该型号的热电偶其温度响应时间仅在5-20ms以内，其测温端
十分细小，对脉冲激光照射而带来的遮挡误差很小。
所述接口电路为由ADS1224和ADS620组成热电偶测温接口和AD转换
电路；经过试验发现，该接口电路能够达到最快240SPS(samplepersecond)
的采样速率。快速热电偶测温装置使用60SPS的采样速率，可以用过采样的方
式进一步的提高采样精度并减少噪声，提高信噪比。
所述温度控制器设置有单片机电路系统，将采样和读取的温度值通过所述
通讯模块发送至所述PC端；所述通讯模块设置有RS485串口；所述PC端设
置有RS485/RS232转换器。
优选的，所述温度控制器还连接有触发端。
优选的，所述温度控制器还连接有由继电器控制的报警端和控制端。
本发明提供的快速热电偶测温装置的工作过程为：通过PC端预先设置目标
温度和预先设定的温度控制，利用配套的电源调整控制电压值。将该电源控制
电压端口接入半导体激光电源后面板外控接口的PIN1，2管脚，并辅之以合适
的激光电源设置，即可在不接入温度控制器的情况下，对输出激光的功率进行
控制。在未设置目标温度值时，该控制电压为1.30V，这样可避免由输出电压
过低而造成的电源工作异常。在设置目标温度值后，温度控制器可基于自身采
集的温度和输出的控制电压构成反馈回路并实现控温。由于温度控制器程控电
路的设计周期较长，故而采用这种温度控制型的热电偶，可以尽早的找出合适
的温度控制方法，缩短研发的时间。温度控制器的通讯方式为RS485通讯，通过
算法解算，其测量精度可达0.1℃。此外，为防止医疗事故，温度控制型热电偶
模块可以设定安全防护功能：当进行控制5s后，温度若无变化或明显升高，则
关闭控制电压输出。
PC端采用RS485/RS232转换器记录采集到的温度数据，将RS485模式
转换为RS232通讯模式，并基于RS232串口程序自动记录温度数据。串口程
序的采样间隔时间可由用户自行设定。在开始测温后，PC端的采样程序会和温
度控制器的单片机形成应答，不断的发送命令并接收温度数据。同时，该程序
可将读取到的温度值实时的转换为十进制的温度值并显示在PC端屏幕上。在测
温结束后，所测得的数据将按顺序存储为csv文件，以方便用excel软件进行加
工处理。优选设置的最小采样间隔为10ms，若采样间隔小于10ms，将出现严
重的通讯错误。PC端的采样程序界面如图2所示。
应用实例：快速热电偶测温装置加载继电器控制的报警端和控制端，实现
对口腔血管瘤脉冲激光凝固治疗中的控制；快速热电偶测温装置在离体皮肤表
面和不同深度上进行测温，以分析脉冲激光照射在皮肤上所致温度场分布；当
皮肤表面温度超过43℃(痛觉感受器激活温度)，快速热电偶测温装置配合脑
电记录仪进行痛觉刺激的同步记录。
此外，现有技术中有基于Labview测温方法的若干缺陷：(1)NI的数据采
集卡价格昂贵，而我们的整套系统在实现了最快采样速度为60sps的性能下，
其成本远低于采用NI数据采集卡和Labview的工作模式；(2)针对医用和实
验领域，本发明使用的PC端软件系统基于VB编程，设计为在自动读取和存储
数据(最长65535，记录时间54分钟)后，转换为csv文件以方便利用excel
进行分析。在生成的csv文件中，可以利用算法计算出瞬时温升速度、滤波后
温度值等。同时，本发明使用的PC端软件系统的显示界面可以扩展，当前温度
值，最高温度值显示等也可实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的
普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润
饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。