От четирите общи вида температурни сензори - термодвойки, устойчивост на резистентност, термистори и температурен датчик ICS - температурен датчик ICS са добър вариант за медицински и здравни дизайни. Главно, те не изискват линеаризация, те предлагат добър шум и са сравнително лесни за интегриране в преносими и носени здравни устройства. За безконтактни сензор могат да се използват инфрачервени термометри.
Ключовите параметри са размери, консумация на енергия и термична чувствителност. Последното е важно за клинична степен на точност, защото дори преходната мощност (μW) може да загрее сензора и да причини неточни показания. Друго съображение е вида на интерфейса (цифров или аналог), който ще определи свързаните компоненти, като микроконтролера.
Клинична точност
Запознаване на точността на клиничната степен на ASTM E112 (стандартни методи за изпитване за определяне на средния размер на зърното), започва с подходящия сензор. Максим интегрираните цифрови температурни сензори на MAX30208, например, функция ± 0.1 ° C точност от + 30 ° C до + 50 ° C и ± 0.15 ° C точност от 0 ° C до 70 ° C. (Максим интегриран е придобит от аналогови устройства през август 2021.) Устройствата измерват 2x2x0.75mm и са в тънък пакет LGA (Фигура 1). ICS работят от захранващо напрежение от 1.7V-3.6V и консумират по-малко от 67μA в експлоатация и 0.5 ° В режим на готовност.
Важно е собствената температура на сензора да не повлияе на измерването на носимо устройство. Топлината на сензора IC, която пътува от PCB през опаковката, води до сензора умира и може да повлияе на точността. В температурен сензор IC, тази топлина се провежда през метална термална подложка от долната страна на опаковката, което води до паразитно нагряване. Това може да предизвика термична проводимост в и извън други щифтове, пречи на измерванията на температурата.
Има няколко техники за противодействие на паразитното нагряване. Тънки следи могат да се използват за свеждане до минимум на термичната проводимост далеч от сензора IC. Дизайнерите могат да измерват температурата в горната част на опаковката, колкото е възможно по-далеч от IC щифтовете, вместо да използват термичната подложка. Такъв е случаят с MAX30208CLB + и други цифрови температурни сензори MAX30208.
Друга възможност е да се поставят други електронни компоненти, колкото е възможно по-далеч от чувствителния елемент, за да се сведе до минимум тяхното въздействие върху измерването на температурата.
Съображения за термичен дизайн
За да се осигури топлинна изолация от източници на топлина в устройства за носене, трябва да има добър термичен път между елемента за измерване на температурата и кожата на потребителя. Местоположението под пакета го прави предизвикателно за PCB за маршрут метални песни от точката на контакт с тялото.
Системата трябва да бъде проектирана така, че датчикът да е възможно най-близо до целевата температура, която трябва да се измерва. Използването на сензори MAX30208, носитените дизайни и медицинските пластири могат да използват гъвкави или полутвърди PCBs. Цифровите температурни сензори MAX30208 могат да бъдат свързани директно към микроконтролер с помощта на плосък гъвкав кабел или плосък кабел за принтер.
От съществено значение е да се постави температурният сензор IC върху гъвкавата страна на PCB, което намалява термичното съпротивление между повърхността на кожата и сензора. Дизайнерите също така трябва да сведат до минимум дебелината на платката за ефективно огъване и по-добър контакт.
Цифрови датчици за температура, обикновено са свързани с микроконтролери чрез I2C сериен интерфейс. Максим MAX30208CLB +, например, използва 32-дума на първо място в първия, за да се създаде регистър за настройка на температурен датчик, предлагащ до 32 отчитане на температурата, всеки от които съдържа два байта. Това позволява на микроконтролер за сън за продължителен период за пестене на енергия (Фигура 2). Регистрите на паметта картирани също така позволяват на сензори към оферта високо и ниско прагови температурни аларми.
Обща цел вход / изход за закрепване може да бъде конфигуриран да задейства реализация температура и друг конфигуриран да генерира прекъсване за избираеми бита положение.
калибриране Фабрика
Много цифрови температурни датчици са фабрично калибрирани, което премахва необходимостта от калибриране веднъж годишно, както е случаят с много наследени температурни датчици. Това заобикаля необходимостта от разработване на софтуер, за да linearise продукцията, както и симулиране и фина настройка на веригата. Освен това, тя елиминира нуждата от множество прецизни компоненти и намалява риска от импеданс несъответствия.
Семейството AS621x на температурни сензори от AMS е фабрично калибриран и има интегриран линеаризация (Фигура 3). Той също така разполага с осем I2C адреси за следене на температурата на осем потенциални горещи точки само с един автобус. Серийният интерфейс и множество I2C адресите правят прототипи и дизайн проверка по-лесно.
Варианти с точност до ± 0.2 ° С, ± 0.4 ° С и ± 0.8 ° C са на разположение. За системи за мониторинг, свързани със здравето, точност в рамките на ± 0.2 ° С е достатъчно (на AS6212-AWLT-L). Всички AS621x устройства имат резолюция 16bit за откриване на малки промени в температура над -40 ° С до + 125 ° С работен диапазон.
В AS621x измерва 1,5 mm2 и се предлага в пакет чип мащаб ниво вафла. Захранващото напрежение е 1.71V с консумация 6μA по време на работа и 0.1μA в готовност, което прави AS6212-AWLT-L особено подходящ за батерии захранва приложения.
Безконтактни температурни сензори
Инфрачервени термометри изпълняват температурни измервания безконтактни на стайна температура и температурата на обект.
Такива термометри откриване на енергия над 0 Келвин (абсолютна нула), излъчвана от обект в предната част на устройството. Детекторът преобразува енергията в електрически сигнал и тя преминава към процесор за тълкуване и показване на данните след компенсиране на отклонения, предизвикани от температурата на околната среда.
Пример за това е MLX90614ESF-ВСН-000-ТУ инфрачервен термометър от Melexis. Състои се от инфрачервен детектор термоелектрически чип и чип сигнал инсталация интегрирани в пакет TO-39 (Фигура 4). Има и усилвател с нисък шум, 17-битов аналогово-цифров преобразувател и цифров сигнал за точност и разделителна способност.
Инфрачервените термометрите са фабрично калибриран за температурен диапазон от -40 ° С до 85 ° С (стайна) и -70 ° С до 382,2 ° С температура обект. Стандартна точност е 0.5 ° С при стайна температура.
Сензорът е фабрично калибриран с цифров изход SMBus и има разделителна способност от 0.02 ° С. Алтернативно, дизайнерите могат да конфигурират 10bit импулса модулация (PWM) цифров изход с разделителна способност от 0.14 ° С.
подкрепа за развитие
Сензорите за MAX30208 се поддържат от системата # оценка на MAX30208EVSYS, което включва гъвкава печатна платка да държи температурата на MAX30208 сензор IC (Фигура 5). Бордът MAX32630FTHR микроконтролер и интерфейс борда MAX30208 са свързани чрез заглавки. Хардуерът на оценка може да бъде свързан към компютър с помощта на предоставения USB кабел. Системата автоматично ще инсталира необходимите драйвери на устройства готов за софтуера на EV кит да бъде изтеглен.
За измерване на телесната температура в няколко места, температура ИС MAX30208 могат да бъдат свързани чрез I2C адреси в режим маргаритка верига на една батерия и домакин микроконтролер. Всеки температурен сензор се избере от микроконтролера редовно, за да създаде профил на местни, така и на цялото тяло температура.
Разработчиците могат да използват Irther на Mikroe-1362 Irthermo Click от Mikroelektronika за използване с инфрачервения сензор MLX90614.Това свързва модула за инфрачервен термометър MLX90614ESF-AAA към микроконтролерът чрез Mikrobus I2C линия или PWM линия (Фигура 6).
5V борда е калибриран за -40 ° C до 85 ° C температура на околната среда и -70 ° C до + 380 ° C температурни диапазони.
