من بين الأنواع المشتركة الأربعة من أجهزة استشعار درجة الحرارة - المزدوجات الحرارية، أجهزة درجة حرارة المقاومة، والحرارة واستشعار درجة الحرارة ICS - استشعار درجة الحرارة ICS هي خيار جيد تصاميم الطبية والرعاية الصحية القائمة على الاتصال. بشكل أساسي، فإنها لا تتطلب الخطية، أنها توفر مناعة ضوضاء جيدة وتكون من السهل نسبيا أن تكمن في أجهزة الرعاية الصحية المحمولة واللباس. للاستشعار بدون اتصال، يمكن استخدام موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء.
المعلمات الرئيسية هي الحجم واستهلاك الطاقة والحساسية الحرارية. آخر أمر مهم لدقة الدرجة السريرية لأن الطاقة العابرة (μW) يمكن أن تسخين المستشعر وتسبب قراءات غير دقيقة. هناك اعتبار آخر هو نوع الواجهة (الرقمية أو التناظرية)، مما سيحدد المكونات المرتبطة، مثل ميكروكنترولر.
دقة الدرجة السريرية
تلبية الدقة السريرية الصفية، لكل ASTM E112 (طرق الاختبار القياسية لتحديد متوسط حجم الحبوب)، تبدأ بمستشعر مناسب. مجسات درجة الحرارة الرقمية Maxim Max30208، على سبيل المثال، ميزة ± 0.1 درجة مئوية من دقة + 30 درجة مئوية إلى + 50 درجة مئوية ودقة 0.15 درجة مئوية من 0 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية. (تم الحصول على Maxim Electrated بواسطة الأجهزة التناظرية في أغسطس 2021.) تدبير الأجهزة 2x2x0.75mm وهي في حزمة LGA 10pin رقيقة (الشكل 1). تعمل ICS من جهد العرض 1.7V-3.6V واستهلك أقل من 67μA في العملية و 0.5μA في وضع الاستعداد.
من المهم أن لا يؤثر درجة حرارة المستشعر الخاصة على قراءة القياس لجهاز يمكن ارتداؤه. حرارة استشعار IC، والتي تسافر من ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال الحزمة، يؤدي إلى يموت المستشعر ويمكن أن يؤثر على الدقة. في جهاز استشعار درجة الحرارة IC، تتم هذه الحرارة من خلال وسادة حرارية معدنية على الجانب السفلي من الحزمة، مما يؤدي إلى تدفئة طفيلية. هذا يمكن أن يسبب التوصيل الحراري داخل وخارج دبابيس أخرى، وتداخل مع قياسات درجة الحرارة.
هناك عدد من التقنيات لمكافحة التدفئة الطفيلية. يمكن استخدام آثار رقيقة لتقليل الموصلية الحرارية بعيدا عن المستشعر IC. يمكن للمصممين قياس درجة الحرارة في الجزء العلوي من الحزمة، بعيدا قدر الإمكان من دبابيس IC، بدلا من استخدام الوسادة الحرارية. هذا هو الحال بالنسبة لجهاز استشعار MAX30208CLB + وغيرها من أجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية MAX30208.
هناك خيار آخر هو وضع مكونات إلكترونية أخرى بعيدا عن عنصر الاستشعار قدر الإمكان لتقليل تأثيرها على قياس درجة الحرارة.
اعتبارات التصميم الحراري
لضمان العزلة الحرارية من مصادر الحرارة في الأجهزة التي يمكن ارتداؤها، يجب أن يكون هناك مسار حراري جيد بين عنصر الاستشعار عن درجة الحرارة وبشرة المستخدم. الموقع الموجود أسفل الحزمة يجعل من الصعب على ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتوجيه المسارات المعدنية من نقطة الاتصال مع الجسم.
يجب تصميم النظام بحيث يكون المستشعر أقرب وقت ممكن إلى قياس درجة الحرارة المستهدف. باستخدام أجهزة استشعار MAX30208، يمكن أن تستخدم التصميمات التي يمكن ارتداؤها والصقعة الطبية استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرن أو شبه الصلبة. يمكن توصيل أجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية MAX30208 مباشرة بجهاز متحكم باستخدام كبل مرن مسطح أو كابل طابعة مسطحة.
من الضروري وضع استشعار درجة الحرارة IC على الجانب المرن من ثنائي الفينيل متعدد الكلور، مما يقلل من المقاومة الحرارية بين سطح الجلد والمستشعر. يجب على المصممين أيضا تقليل سمك المجلس المرن لثني فعال وجهة اتصال أفضل.
يتم ربط أجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية عادة بالكمبيوتر المتحكم عبر واجهة تسلسلي I2C. يستخدم Maxim's Max30208CLB +، على سبيل المثال، 32 كلمة أولا في البداية لإنشاء سجل إعداد جهاز استشعار درجة الحرارة يقدم ما يصل إلى 32 قراءات درجات الحرارة، كل منها يشتمل على بايتين. هذا يسمح للكمبيوتر المتحكم النوم لفترات طويلة للحفاظ على الطاقة (الشكل 2). تسمح السجلات المعينة بالذاكرة أيضا أجهزة الاستشعار بتقديم أجهزة إنذار درجة حرارة رقمية عالية ومنخفضة منخفضة.
يمكن تكوين دبوس إدخال / إخراج عام للأغراض العامة لتحريك تحويل درجة الحرارة وتكوين آخر لتوليد مقاطعة بتاتيل يمكن تحديدها.
معايرة المصنع
العديد من أجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية المعايرة في المصنع، والقضاء على الحاجة إلى إعادة المعايير مرة واحدة في السنة، كما هو الحال بالنسبة للعديد من أجهزة استشعار درجة الحرارة القديمة. هذا يتجاوز الحاجة إلى تطوير برامج خطية لإخراج الإخراج، وكذلك محاكاة الدائرة وصعبة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يلغي الحاجة إلى مكونات دقيقة متعددة وتقليل مخاطر عدم تطابق المعاوقة.
الأسرة AS621X من أجهزة استشعار درجة الحرارة من AMS هي المصنع معايرة وتم دمج الخطية المتكاملة (الشكل 3). كما أن لديها ثمانية عناوين I2C لمراقبة درجة الحرارة في ثماني نقاط ساخنة محتملة عبر حافلة واحدة. تتيح الواجهة التسلسلية وعناوين I2C المتعددة إجراء النماذج الأولية والتحقق من التصميم أسهل.
إصدارات دقيقة إلى ± 0.2 درجة مئوية، ± 0.4 درجة مئوية و ± 0.8 درجة مئوية متاحة. بالنسبة لأنظمة المراقبة المتعلقة بالصحة، فإن الدقة داخل ± 0.2 درجة مئوية كافية (AS6212-AWLT-L). تحتوي جميع أجهزة AS621X على حل 16 بت للكشف عن الاختلافات الصغيرة في درجة الحرارة على مدى -40 درجة مئوية إلى + 125 درجة مئوية.
يقيس AS 621X 1.5mm2 ويأتي في حزمة مقياس رقاقة مستوى رقاقة. توريد الجهد هو 1.71V مع استهلاك 6μA أثناء التشغيل و 0.1μA في وضع الاستعداد، مما يجعل AS 6212-AWLT-L مناسب جدا للتطبيقات التي تعمل بالبطارية.
أجهزة استشعار درجة حرارة لا تملكها
تقوم أجهزة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء بأداء قياسات درجة حرارة عدم الاتصال لدرجة الحرارة المحيطة ودرجة حرارة كائن.
كشف هذه الحرارة هذه الطاقة عن أي طاقة أعلى من 0 كيلفن (صفر مطلق) ينبعثها كائن أمام الجهاز. يحول الكاشف الطاقة إلى إشارة كهربائية ويمرها إلى معالج لتفسير وعرض البيانات بعد تعويض الاختلافات الناجمة عن درجة الحرارة المحيطة.
مثال على ذلك هو مقياس حرارة الأشعة تحت الحمراء MLX90614ESF-BCH-000 TU من Melexis. وهي تضم رقاقة كاشف حراري للأشعة تحت الحمراء وبطاقة تكييف إشارة متكاملة في حزمة To-39 (الشكل 4). يوجد أيضا مكبر للصوت منخفض الضجيج، التناظرية 17 بت إلى المحول الرقمي ومعالج الإشارة الرقمية للدقة والدقة.
يتم معايرة موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء لمجموعة درجة الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية (محيط) و -70 درجة مئوية إلى 382.2 درجة مئوية لدرجة حرارة الكائنات. الدقة القياسية هي 0.5 درجة مئوية في درجة حرارة الغرفة.
المستشعر هو المصنع معاير مع إخراج SMBUS الرقمي ولديه دقة 0.02 درجة مئوية. بدلا من ذلك، يمكن للمصممين تكوين الإخراج الرقمي ضبط عرض النبض 10bit (PWM) بدقة 0.14 درجة مئوية.
دعم التنمية
يتم دعم أجهزة استشعار MAX30208 بواسطة نظام التقييم Max30208evsys #، والذي يتضمن المرن ثنائي الفينيل متعدد الكلور لعقد استشعار درجة حرارة MAX30208 IC (الشكل 5). يتم توصيل لوحة متحكم MAX32630FTHRLER ومجلس واجهة MAX30208 عبر الرؤوس. يمكن توصيل أجهزة التقييم بالكمبيوتر باستخدام كابل USB المزود. سيتم بعد ذلك تثبيت النظام تلقائيا برامج تشغيل الأجهزة الضرورية جاهزة لبرنامج EV Kit المراد تحميلها.
بالنسبة لقياس درجة حرارة الجسم في مواقع متعددة، يمكن توصيل درجة حرارة MAX30208 ICS عبر عناوين I2C في ترتيب سلسلة ديزي إلى بطارية واحدة واستضافة متحكم. يتم استطلاع كل جهاز استشعار في درجة الحرارة من قبل متحكم الميكروكسيين بانتظام لإنشاء ملف تعريف لكل من درجة حرارة الجسم المحلية والكلم.
يمكن للمطورين استخدام لوحة Click Mikroe-1362 Irthermo من Mikroelektronika للاستخدام باستخدام جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء MLX90614.هذه الروابط وحدة ترمومتر متعددة الأشعة تحت الحمراء MLX90614ESF-AAA
يتم معايرة لوحة 5V لمدة -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية درجة الحرارة المحيطة و -70 درجة مئوية إلى + 380 درجة مئوية يتراوح درجة حرارة الجسم.
