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非接触式温度传感器应用于医疗

摘要——在这项研究中，我们已经开发出一种非接触式温度传感器，它使用卤化银红外光纤，

用于医疗内窥镜。我们测量的红外辐射，是通过热光纤光功率表，从热源由一银卤化物转移。

此外，一个热源和光功率测量温度之间的关系是确定的。为了提高通过光纤银卤化物的红外

辐射量和红外遥感的的一部分热光功率表，如红外线对焦镜头和光学设备准直器的使用。热

源和光功率测量温度之间的关系是确定的。光纤温度测量范围：温度传感器采用热光功率表

是从30至70摄氏度。预计非接触式温度传感器采用红外光纤可根据本研究的结果为基础的

医疗和工业应用开发。

关键词—红外光纤，光热功率计，非接触式温度传感器，红外线辐射

I.导言

一般来说，非接触式温度计可以测量从一个遥远的红外辐射热源排放。在没有明确的光纤

温度传感器或一个红外光纤和红外线传感器组合许可的情况下，非接触式表面视线清楚。这

可能有助于确定了快速运动物体的表面温度，甚至在狭窄的地方和电磁场测量温度[1，2]。

作为一个红外波导，光纤的基于混合卤化银晶体，AgClxBr1-X，被认为是为低温度下测量

的最佳选择。这些纤维的特点是灵活，不溶于水，且无毒[3]。出于这个原因，卤化银红外

光学纤维应用在红外光谱中，辐射测量和工业及医疗应用的热成像[4]。

在这项研究中，我们已经开发出一种使用卤化物红外线非接触式温度传感器，用于医疗内

窥镜。它可能会制造一个内窥镜系统，包括图像指导，光导和光纤温度传感器作为非接触式

辅助通道。通过使用热光功率表，光纤温度传感器测量的温度范围是30到70摄氏度。

II.物品和器材

本次研究红外光纤选择的是卤化银红外光纤（红外900/1000，JTIngram公司）。这种纤维

的外径为1.0毫米，包层的厚度为0.05毫米。核心和包层的折射率是2.15和2.13，数值孔径

（NA）为0.25。银色金属卤化物的红外光学纤维是由纯氯化生产的：在一个核心包层结构的

溴化银固溶体晶体。该纤维是在很宽的光谱范围能从4至18微米内透明，而且非常灵活，耐

用的温度范围也从-200到250摄氏度。这种纤维的熔点为415摄氏度。热光功率表系统是由红

外线感应器和光学功率计组成。为了测量从一个热源红外辐射，使用红外热传感器（S212A，

Thorlabs公司）。这种传感器可以在室温下测量红外辐射，其感应范围从0.25至10.6微米。

光功率计（PM，Thorlabs公司）连接一个温度传感器并测量光功率。图一显示了银卤化物红

外光纤在传输波长范围为4到18微米中的传输速率。特别值得注意的是，它的传输速率比在

传输范围10到14微米波长快90%。

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图一：银卤化物红外光纤的传播速率

银卤化物红外光纤的结构和物理性能在图二中作出了演示。它的核心和包层是由银卤化物

的混合材料制成，外层由聚醚醚酮聚合物组成。

图二银卤化物红外光纤的结构和物理性能

图三显示了红外光设备原理图比如红外准直仪和聚焦透镜。这些红外光设备是用来增加从光

纤转移来的可被红外光传感器测量的红外辐射。不管是红外光纤准直器(FOCIR10,JTIngram

Co.)或聚焦透镜(FOFHIR10,JTIngramCo.)都是通过SMA连接附在卤化银光纤的尾端。一个准

直仪放在热源的前面，聚焦透镜连接着红外线传感部分的热光功率表。

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图三红外光设备原理图

III.实验与结果

使用卤化银光纤测量热源温度的实验装置在图四中作出了演示。

图四卤化银光纤测量热源温度的实验装置

为了测量光功率的红外线辐射，要使热源、银卤化物红外光纤和温度传感器对齐。并将所有实

验装置置于黑暗的房间以阻拦外界的辐射对实验结果的干扰。

热源的温度会随着输入电压源的改变而改变，而一个红外线波长取决于每个热源的温度。红

外线辐射热源通过准直器准直后进入卤化银红外光纤。聚焦透镜被用来将红外线集中输入温

度传感器。光功率由一个特定波长的红外传输辐射决定。我们通过大量重复随机实验得到的

变化的温度测量了热功率。

图五光源的温度和没有光学装置测量的光功率之间的关系

图五显示了光源的温度和没有光学装置测量的光功率之间的关系。最佳拟合线的数学模型

也在图五中得到了演示。