Poenostavitev oblikovanja senzorja za medicinsko opremo
Nov 17,2021
Od štirih pogostih tipov temperaturnih senzorjev - termočleni, temperaturne naprave, termistor in temperaturni senzor ICS - temperaturni senzor ICS je dobra možnost za kontaktne medicinske in zdravstvene modele. V glavnem ne zahtevajo linearizacije, nudijo dobro hrupno imuniteto in so relativno enostavne za integracijo v prenosne in nosljive zdravstvene naprave. Za brezkontaktne zaznavanje se lahko uporabi infrardeči termometri.
Ključni parametri so velikost, poraba energije in toplotna občutljivost. Zadnji je pomemben za natančnost kliničnega razreda, ker lahko celo prehodna moč (μW) segreje senzor in povzroči netočne odčitke. Druga obravnava je vrsta vmesnika (digitalna ali analogna), ki bo določila povezane komponente, kot je mikrokrmilnik.
Natančnost kliničnega razreda
Srečanje klinično-razreda natančnosti, na ASTM E112 (standardne preskusne metode za določanje povprečne velikosti zrn), se začne z ustreznim senzorjem. MAXIM Integrirani senzorji MAX30208 digitalne temperature, na primer, funkcija ± 0,1 ° C natančnost od + 30 ° C do + 50 ° C in ± 0,15 ° C natančnost od 0 ° C do 70 ° C. (Maxim integrirano smo pridobili z analognimi napravami avgusta 2021.) Naprave merijo 2x2x0.75mm in so v tankem 10Pin LGA paket (slika 1). ICS delujejo iz napajalne napetosti 1,7V-3,6V in porabijo manj kot 67μA v obratovanju in 0,5μA v stanju pripravljenosti.
Pomembno je, da lastna temperatura senzorja ne vpliva na merilno branje nosljive naprave. Toplota Sensor IC, ki potuje iz PCB skozi paket, vodi do senzorja umre in lahko vpliva na točnost. V temperaturnem senzorju IC, se ta toplota izvede skozi kovinsko toplotno blazinico na spodnji strani paketa, kar ima za posledico parazitsko ogrevanje. To lahko povzroči toplotno prevodnost v drugih zatičih, ki vplivajo na meritve temperature.
Obstajajo številne tehnike za preprečevanje parazitskega ogrevanja. Tanke sledi lahko uporabite za zmanjšanje toplotne prevodnosti stran od senzorja IC. Oblikovalci lahko merijo temperaturo na vrhu paketa, kolikor je mogoče od ic zatiči, namesto da uporabljajo toplotno blazinico. To velja za MAX30208CLB + in drugi digitalni temperaturni senzorji MAX30208.
Druga možnost je, da se druge elektronske komponente dajo tako daleč od zaznavanja elementa, kot je mogoče, da bi zmanjšali njihov vpliv na merjenje temperature.
Premisleki termalnega oblikovanja
Da bi zagotovili toplotno izolacijo iz virov toplote v nosilnih napravah, mora biti dobra toplotna pot med temperaturnim elementom in kožo uporabnika. Lokacija pod paketom je izziv za PCB, da potisne kovinske skladbe od točke stika s telesom.
Sistem mora biti zasnovan tako, da je senzor čim bližje ciljni temperaturi, ki ga je treba izmeriti. Uporaba senzorjev MAX30208, lahko nosljive modele in medicinske obližev uporabljajo flex ali pol-toge PCBS. Digitalni temperaturni senzorji MAX30208 lahko neposredno priključite na mikrokontroler z ravnim fleksibilnim kablom ali ploskim tiskalnikom.
Pomembno je, da postavljate temperaturni senzor na stran flex strani PCB, ki zmanjšuje toplotno upornost med površino kože in senzorja. Oblikovalci naj bi zmanjšali tudi debelino fleksibilnega sveta za učinkovito upogibanje in boljši stik.
Digitalni temperaturni senzorji so običajno povezani z mikrokontrolerji preko serijskega vmesnika I2C. Maxim je MAX30208CLB +, na primer, najprej uporablja 32-besedo v prvi ven ustvariti Register past temperaturni senzor ponuja do 32 odčitkov temperature, od katerih vsak obsega dva bajta. To omogoča mikrokontroler v stanje pripravljenosti za dalj Za varčevanje z energijo (slika 2). Registri-pomnilnika preslika omogočajo tudi senzorje, ki ponujajo visoko in nizko praga digitalni temperaturni alarmi.
Splošen namen vhodno / izhodni pin lahko nastavljen tako, da sproži pretvorbo temperature in drugega zasnovan, da generira prekinitev za izbirnimi statusnih bitov.
kalibracija Factory
Veliko temperaturna tipala digitalnih so tovarniško kalibriran, odpravlja potrebo po ponovnem umerjanju enkrat na leto, kot to velja za veliko zapuščino temperaturnih senzorjev. Tako se izogne potrebi po razvoju programske opreme za linearise proizvodnje, kot tudi simulacijo in fine-tune vezje. Poleg tega, da odpravlja potrebo po več sestavnih delov, natančnosti in zmanjšuje tveganje za impedance neusklajenosti.
Družina AS621x temperaturnih senzorjev iz AMS je tovarniško kalibriran in ima integrirano linearizacija (slika 3). Prav tako ima osem I2C naslove za spremljanje temperature na osem potencialnih žarišč preko enega avtobusa. Serijski vmesnik in več I2C naslovi make prototipov in oblikovanje preverjanje lažje.
Različice natančna do ± 0,2 ° C ± 0,4 ° C in ± 0,8 ° C na voljo. Za nadzornih sistemov, povezanih z zdravjem, točnost v območju ± 0,2 ° C zadostuje (v AS6212-AWLT-L). Vsi AS621x naprave imajo ločljivost 16 bitno za odkrivanje majhnih razlike v temperaturi nad -40 ° C do + 125 ° operacijskega C območju.
AS621x meri 1.5mm2 in prihaja v paketu čip obsegu ravno rezin. Napajalna napetost 1.71V s porabo 6μA med obratovanjem in 0.1μA v stanju pripravljenosti, pri čemer se AS6212-AWLT-L posebej primeren za baterijsko napajanje aplikacij.
Brezkontaktne temperaturni senzorji
Infrardeči termometri opravljajo meritve temperature nekontaktne za sobno temperaturo in temperaturo predmeta.
Take termometri zaznati nobene energije nad 0 Kelvina (absolutna ničla) iz predmetov, pred oddaja naprava. Detektor pretvori energijo v električni signal in ga posreduje v procesor za razlago in prikaz podatkov po kompenziramo variacije med s sobno temperaturo povzročajo.
Primer je MLX90614ESF-BCH-000-TU infrardeči termometer iz MELEXIS. To sestavlja infrardeči detektor Thermopile čip in obdelavo signala čip vgrajen v TO-39 paketu (Slika 4). Na voljo je tudi nizko ojačevalnik hrupa, 17-bitni analogno-digitalni pretvornik in digitalnim signalnim procesorjem za točnost in reševanje.
Infrardeči termometri so tovarniško kalibriran za temperaturnem območju od -40 ° C do 85 ° C (sobna temperatura) in -70 ° C do 382,2 ° C predmet temperature. Standardna natančnost 0,5 ° C, pri sobni temperaturi.
Senzor je tovarniško umerjen z digitalnim izhodom SMBus in ima ločljivost 0,02 ° C. Druga možnost je, lahko oblikovalci nastavite 10bit pulzno širinsko modulacijo (PWM) digitalni izhod z ločljivostjo 0,14 ° C.
podpora za razvoj
Senzorji MAX30208 so podprti s sistemom # ocenjevanja MAX30208EVSYS, ki vključuje flex PCB držati temperaturo MAX30208 senzorja IC (slika 5). MAX32630FTHR mikrokrmilniška krovu in vmesniška plošča MAX30208 sta povezana preko glave. Strojna oprema oceno je mogoče povezati z računalnikom prek priloženega kabla USB. Sistem bo nato samodejno namesti potrebne gonilnike naprave pripravljen za programsko opremo EV kompleta je treba prenesti.
Za merjenje telesne temperature na več lokacijah, lahko MAX30208 temperature IC povezan preko I2C naslovov v dogovoru gurtno z eno baterijo in gostiteljico mikrokrmilnika. Vsak senzor temperature vprašanih jih je mikrokrmilniška redno ustvariti profil tako lokalni in celotnega telesne temperature.
Razvijalci lahko uporabljajo MIKROE-1362 Irthermo kliknite na krovu od Mikroelektronika za uporabo z MLX90614 Infrardečim senzorjem.To povezuje MLX90614ESF-AAA modul eno-cona infrardečega termometra modula na mikrokontrolersko ploščo preko Mikrobusa I2C linije ali PWM linije (Slika 6).
5V plošča kalibriramo za -40 ° C do 85 ° C temperature okolice in -70 ° C do + 380 ° C temperature objekta območij.
