از چهار نوع معمول از سنسورهای دما - ترموکوپل، دستگاه های دمای مقاوم، ترمیستورها و سنسور دما ICS - سنسور دما ICS گزینه خوبی برای طرح های پزشکی و مراقبت های بهداشتی مبتنی بر تماس هستند. به طور عمده، آنها به خطی نیاز ندارند، آنها ایمنی نویز خوب را ارائه می دهند و نسبتا آسان برای ادغام به دستگاه های بهداشتی قابل حمل و پوشیدنی هستند. برای سنجش بدون تماس، دماسنج مادون قرمز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
پارامترهای کلیدی اندازه، مصرف برق و حساسیت حرارتی هستند. آخرین برای دقت بالینی مهم است، زیرا حتی قدرت گذرا (μW) می تواند سنسور را گرم کند و باعث خواندن نادرست شود. یکی دیگر از موارد، نوع رابط (دیجیتال یا آنالوگ) است که اجزای مرتبط را تعیین می کند، مانند میکروکنترلر.
دقت بالینی درجه
دیدار با دقت بالینی درجه، در هر ASTM E112 (روش های آزمون استاندارد برای تعیین اندازه دانه متوسط)، با سنسور مناسب شروع می شود. به عنوان مثال، سنسورهای دمای دیجیتال MAXIM MAXIM یکپارچه، دقت ± 0.1 درجه سانتیگراد از + 30 ° C تا + 50 ° C و ± 0.15 ° C دقت از 0 تا 70 درجه سانتیگراد را دارند. (Maxim Integrated توسط دستگاه های آنالوگ در اوت 2021 به دست آمد.) دستگاه ها 2x2x0.75mm را اندازه گیری می کنند و در یک بسته 10 پین LGA نازک هستند (شکل 1). ICS از یک ولتاژ منبع 1.7V-3.6V عمل می کند و کمتر از 67μA در عمل و 0.5μA در حالت آماده به کار مصرف می کند.
مهم است که دمای خود سنسور بر روی خواندن اندازه گیری یک دستگاه پوشیدنی تاثیر نمی گذارد. گرمای سنسور IC، که از طریق PCB از طریق بسته عبور می کند، منجر به مرگ سنسور می شود و می تواند دقت را تحت تاثیر قرار دهد. در یک سنسور دما، این گرما از طریق یک پد حرارتی فلزی بر روی زیرین بسته بندی شده انجام می شود و منجر به گرمایش انگلی می شود. این می تواند موجب هدایت حرارتی در داخل و خارج از سایر پین ها شود، با اندازه گیری های دما دخالت کند.
تعدادی از تکنیک ها برای مقابله با گرمایش انگلی وجود دارد. ردیابی های نازک را می توان برای به حداقل رساندن هدایت حرارتی دور از IC سنسور استفاده کرد. طراحان می توانند درجه حرارت را در بالای بسته اندازه گیری کنند، تا آنجا که ممکن است از پین های IC به جای استفاده از پد حرارتی استفاده شود. این مورد برای سنسورهای دمای دیجیتال MAX30208CLB + و دیگر سنسورهای دیجیتال MAX30208 است.
یکی دیگر از گزینه ها این است که سایر اجزای الکترونیکی را به عنوان دور از عنصر سنجش قرار دهید تا بتوانید تاثیرات آنها بر اندازه گیری دما را به حداقل برسانید.
ملاحظات طراحی حرارتی
برای اطمینان از انزوای حرارتی از منابع گرما در دستگاه های پوشیدنی باید یک مسیر حرارتی خوب بین عنصر سنجش دما و پوست کاربر وجود داشته باشد. محل زیر بسته، آن را برای PCB به چالش می کشد تا مسیرهای فلزی را از نقطه تماس با بدن استفاده کنید.
سیستم باید طراحی شود تا سنسور تا حد ممکن نزدیک به دمای هدف اندازه گیری شود. با استفاده از سنسورهای MAX30208، طرح های پوشیدنی و تکه های پزشکی می توانید از PCB های فلکس یا نیمه سفت و سخت استفاده کنید. سنسورهای دمای دیجیتال MAX30208 را می توان به طور مستقیم به یک میکروکنترلر متصل کرد، با استفاده از کابل انعطاف پذیر تخت یا کابل چاپگر تخت.
ضروری است که سنسور دما را در قسمت فلکس PCB قرار دهید، که مقاومت حرارتی بین سطح پوست و سنسور را کاهش می دهد. طراحان نیز باید ضخامت هیئت مدیره فلکس را برای انعطاف پذیری کارآمد و تماس بهتر به حداقل برسانند.
سنسورهای دما دیجیتال معمولا با استفاده از یک رابط سری I2C به میکروکنترلرها مرتبط می شوند. به عنوان مثال، Max30208CLB + Maxim، ابتدا ابتدا 32 کلمه ای را برای ایجاد یک سنسور تنظیم کننده دما ارائه می دهد که تا 32 خواندن دما را ارائه می دهد، هر کدام شامل دو بایت است. این اجازه می دهد تا یک میکروکنترلر برای مدت زمان طولانی برای حفظ قدرت (شکل 2). ثبت های حافظه نقشه برداری نیز به سنسورها اجازه می دهد تا هشدارهای درجه حرارت دیجیتال بالا و پایین را ارائه دهند.
یک پین ورودی / خروجی هدف کلی می تواند پیکربندی شود تا تبدیل به درجه حرارت تبدیل شود و دیگری پیکربندی شده برای ایجاد یک وقفه برای بیت های انتخابی انتخابی.
کالیبراسیون کارخانه
بسیاری از سنسورهای دما دیجیتال کارخانه کالیبراسیون شده، از بین بردن نیاز به recalibration یک بار در سال، به عنوان مورد برای بسیاری از سنسورهای درجه حرارت میراث است. این نیاز به توسعه نرم افزار را به منظور ایجاد خطای خروجی، و همچنین شبیه سازی و اتصال دقیق مدار را از بین می برد. علاوه بر این، نیاز به اجزای دقیق چندگانه را از بین می برد و خطر ناامیدی های امپدانس را به حداقل می رساند.
خانواده AS621X سنسورهای دما از AMS کارخانه کالیبراسیون شده و خطی سازی یکپارچه شده (شکل 3). همچنین دارای هشت آدرس I2C برای نظارت بر درجه حرارت در هشت نقطه پتانسیل داغ از طریق یک اتوبوس تنها است. رابط سریال و چندین آدرس I2C، نمونه سازی و تأیید طراحی را آسان تر می کند.
نسخه های دقیق به ± 0.2 درجه سانتیگراد، ± 0.4 درجه سانتیگراد و ± 0.8 درجه سانتیگراد در دسترس هستند. برای سیستم های نظارت مربوط به سلامت، دقت در ± 0.2 درجه سانتیگراد کافی است (AS6212-AWLT-L). تمام دستگاه های AS621X دارای رزولوشن 16 بیتی برای تشخیص تغییرات کوچک در دمای بالای -40 درجه سانتی گراد تا 125 درجه سانتیگراد است.
AS621X اندازه گیری 1.5mm2 و در یک بسته مقیاس تراشه سطح ویفر می آید. ولتاژ منبع تغذیه 1.71V با مصرف 6μA در طول عملیات و 0.1μA در حالت آماده به کار، ساخت AS6212-AWLT-L به ویژه برای برنامه های کاربردی باتری مناسب است.
سنسورهای دما بدون تماس
دماسنج مادون قرمز اندازه گیری دمای بدون تماس با دمای محیط و دمای یک شی.
این ترمومتر ها هر انرژی بالای 0 کلوین را تشخیص می دهند (صفر مطلق) که توسط یک شی در مقابل دستگاه منتشر می شود. آشکارساز انرژی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند و آن را به یک پردازنده منتقل می کند تا پس از جبران تغییرات ناشی از دمای محیط، داده ها را تفسیر و نمایش دهد.
یک مثال دماسنج مادون قرمز MLX90614ESF-BCH-000-TU از Melexis است. این شامل یک تراشه آشکارساز حرارتی مادون قرمز و یک تراشه تهویه سیگنال یکپارچه به یک بسته به 39 (شکل 4). همچنین تقویت کننده نویز کم، آنالوگ 17 بیتی به مبدل دیجیتال و پردازنده سیگنال دیجیتال برای دقت و وضوح وجود دارد.
دماسنج مادون قرمز کارخانه برای محدوده دما -40 تا 85 درجه سانتیگراد (محیط) و -70 درجه سانتیگراد تا 382.2 درجه سانتیگراد برای دمای شیء کالیبراسیون شده است. دقت استاندارد 0.5 درجه سانتیگراد در دمای اتاق است.
سنسور کارخانه کالیبره شده با خروجی SMBus دیجیتال است و دارای رزولوشن 0.02 درجه سانتیگراد است. به طور متناوب، طراحان می توانند خروجی دیجیتال 10 بیتی پالس (PWM) را با وضوح 0.14 درجه سانتیگراد پیکربندی کنند.
پشتیبانی توسعه
سنسورهای MAX30208 توسط سیستم ارزیابی MAX30208evsys # پشتیبانی می شوند که شامل یک PCB Flex برای نگه داشتن سنسور سنسور MAX30208 (شکل 5) است. هیئت مدیره Max32630fthr Microcontroller و هیئت مدیره MAX30208 از طریق هدر ها متصل می شوند. سخت افزار ارزیابی را می توان با استفاده از کابل USB ارائه شده به کامپیوتر متصل کرد. سپس سیستم به طور خودکار درایورهای دستگاه لازم را برای نرم افزار EV KIT نصب می کند تا دانلود شود.
برای اندازه گیری دمای بدن در مکان های مختلف، MAX30208 درجه حرارت ICS می تواند از طریق آدرس های I2C در یک قرارداد زنجیره ای دیزی به یک باتری واحد و میزبان میکروکنترلر متصل شود. هر سنسور دما توسط میکروکنترلر به طور منظم برای ایجاد مشخصات هر دو دمای محلی و کل بدن مورد بررسی قرار می گیرد.
توسعه دهندگان می توانند از Mikroe-1362 Irthermo کلیک کنید هیئت مدیره از Mikroelektronika برای استفاده با سنسور مادون قرمز MLX90614 استفاده کنید.این پیوند MLX90614ESF-AAA ماژول دماسنج مادون قرمز مادون قرمز را به هیئت مدیره میکروکنترلر از طریق خط Mikrobus I2C یا خط PWM پیوند می دهد (شکل 6).
هیئت مدیره 5V برای دمای -40 درجه سانتیگراد به دمای 85 درجه سانتیگراد دما و دمای -70 درجه سانتیگراد تا + 380 درجه سانتیگراد دمای دمای متغیر است.
