चिकित्सा उपकरणों के लिए सेंसर डिजाइन को सरल बनाना

तापमान सेंसर के चार सामान्य प्रकारों में से - थर्माकोउल्स, प्रतिरोध तापमान डिवाइस, थर्मिस्टर्स और तापमान सेंसर आईसीएस - तापमान सेंसर आईसी संपर्क-आधारित चिकित्सा और हेल्थकेयर डिज़ाइन के लिए एक अच्छा विकल्प है। मुख्य रूप से, उन्हें रैखिकता की आवश्यकता नहीं होती है, वे अच्छी शोर प्रतिरक्षा प्रदान करते हैं और पोर्टेबल और पहनने योग्य हेल्थकेयर उपकरणों में एकीकृत करने के लिए अपेक्षाकृत आसान हैं। संपर्क रहित संवेदन के लिए, इन्फ्रारेड थर्मामीटर का उपयोग किया जा सकता है।

मुख्य पैरामीटर आकार, बिजली की खपत और थर्मल संवेदनशीलता हैं। आखिरी नैदानिक-ग्रेड सटीकता के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यहां तक ​​कि क्षणिक शक्ति (μW) सेंसर को गर्म कर सकती है और गलत रीडिंग का कारण बन सकती है। एक और विचार इंटरफ़ेस (डिजिटल या एनालॉग) का प्रकार है, जो माइक्रोकंट्रोलर जैसे संबंधित घटकों को निर्धारित करेगा।

नैदानिक ​​ग्रेड सटीकता

नैदानिक ​​ग्रेड सटीकता, प्रति एएसटीएम ई 112 (औसत अनाज आकार निर्धारित करने के लिए मानक परीक्षण विधियों) प्रति मीटिंग, उचित सेंसर के साथ शुरू होता है। मैक्सिम एकीकृत के MAX30208 डिजिटल तापमान सेंसर, उदाहरण के लिए, ± 0.1 डिग्री सेल्सियस सटीकता + 30 डिग्री सेल्सियस से + 50 डिग्री सेल्सियस और ± 0.15 डिग्री सेल्सियस सटीकता 0 डिग्री सेल्सियस से 70 डिग्री सेल्सियस तक सटीकता है। (मैक्सिम एकीकृत को अगस्त 2021 में एनालॉग उपकरणों द्वारा अधिग्रहित किया गया था।) डिवाइस 2x2x0.75 मिमी मापते हैं और एक पतली 10pin एलजीए पैकेज (चित्रा 1) में हैं। आईसीएस 1.7 वी -3.6 वी की आपूर्ति वोल्टेज से संचालित होता है और संचालन में 67μA से कम और स्टैंडबाय में 0.5μA का उपभोग करता है।

यह महत्वपूर्ण है कि सेंसर का अपना तापमान पहनने योग्य डिवाइस के माप को प्रभावित नहीं करता है। सेंसर आईसी की गर्मी, जो पैकेज के माध्यम से पीसीबी से यात्रा करती है, सेंसर मर जाती है और सटीकता को प्रभावित कर सकती है। एक तापमान सेंसर आईसी में, यह गर्मी पैकेज के नीचे के अंडरसाइड पर धातु थर्मल पैड के माध्यम से आयोजित की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप परजीवी हीटिंग होती है। यह तापमान माप के साथ हस्तक्षेप, अन्य पिनों में और बाहर थर्मल चालन का कारण बन सकता है।

परजीवी हीटिंग का मुकाबला करने के लिए कई तकनीकों हैं। पतले निशान का उपयोग सेंसर आईसी से दूर थर्मल चालकता को कम करने के लिए किया जा सकता है। डिजाइनर थर्मल पैड का उपयोग करने के बजाय, आईसी पिन से जितना संभव हो सके पैकेज के शीर्ष पर तापमान को माप सकते हैं। यह MAX30208CLB + और अन्य MAX30208 डिजिटल तापमान सेंसर के लिए मामला है।

एक और विकल्प यह है कि तापमान माप पर उनके प्रभाव को कम करने के लिए जितना संभव हो सके सेंसिंग तत्व से दूर अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को रखना है।

थर्मल डिजाइन विचार

पहनने योग्य उपकरणों में ताप स्रोतों से थर्मल अलगाव सुनिश्चित करने के लिए तापमान-संवेदन तत्व और उपयोगकर्ता की त्वचा के बीच एक अच्छा थर्मल पथ होना चाहिए। पैकेज के नीचे का स्थान पीसीबी के लिए शरीर के संपर्क बिंदु से धातु ट्रैक को रूट करने के लिए चुनौतीपूर्ण बनाता है।

सिस्टम को डिज़ाइन किया जाना चाहिए ताकि सेंसर को लक्ष्य तापमान को मापने के लिए जितना संभव हो सके। MAX30208 सेंसर का उपयोग करके, पहनने योग्य डिज़ाइन और मेडिकल पैच फ्लेक्स या अर्ध-कठोर पीसीबी का उपयोग कर सकते हैं। MAX30208 डिजिटल तापमान सेंसर को एक फ्लैट लचीला केबल या फ्लैट प्रिंटर केबल का उपयोग करके सीधे एक माइक्रोकंट्रोलर से जोड़ा जा सकता है।

तापमान सेंसर आईसी को पीसीबी के फ्लेक्स पक्ष पर रखना आवश्यक है, जो त्वचा और सेंसर की सतह के बीच थर्मल प्रतिरोध को कम करता है। डिजाइनरों को कुशल फ्लेक्सिंग और बेहतर संपर्क के लिए फ्लेक्स बोर्ड की मोटाई को भी कम करना चाहिए।

डिजिटल तापमान सेंसरों आम तौर पर एक I2C सीरियल इंटरफ़ेस के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर्स से जुड़ी हैं। मैक्सिम के MAX30208CLB +, उदाहरण के लिए, एक 32-शब्द पहले पहले बाहर में एक तापमान सेंसर सेटअप रजिस्टर 32 तापमान रीडिंग के लिए ऊपर की पेशकश, प्रत्येक दो बाइट्स शामिल बनाने के लिए उपयोग करता है। यह संरक्षण सत्ता में विस्तारित अवधि (चित्रा 2) के लिए सोने के लिए एक माइक्रो अनुमति देता है। स्मृति-मैप किया रजिस्टरों भी प्रस्ताव उच्च और निम्न सीमा डिजिटल तापमान अलार्म के लिए सेंसर अनुमति देते हैं।

एक सामान्य प्रयोजन इनपुट / आउटपुट पिन एक तापमान रूपांतरण को गति प्रदान करने विन्यस्त किया जा सकता और एक अन्य चयन स्थिति बिट्स के लिए एक बाधा उत्पन्न करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया।

फैक्टरी अंशांकन

कई डिजिटल तापमान सेंसरों, कारखाने में कैलिब्रेटेड हैं साल में एक बार recalibration की आवश्यकता को समाप्त, के रूप में कई विरासत तापमान सेंसरों के लिए मामला है। यह उत्पादन, साथ ही अनुकरण और उसे बेहतर सर्किट linearise लिए सॉफ्टवेयर विकसित करने की जरूरत को नजरअंदाज। इसके अतिरिक्त, यह कई सटीक घटकों की आवश्यकता समाप्त और प्रतिबाधा बेमेल के जोखिम को कम करता है।

एम्स से तापमान सेंसरों की AS621x परिवार कारखाने कैलिब्रेटेड है और एकीकृत रैखिकीकरण (चित्रा 3) है। यह भी एक भी बस के माध्यम से आठ संभावित हॉट स्पॉट पर तापमान की निगरानी के लिए आठ I2C पते हैं। सीरियल इंटरफ़ेस और कई I2C पतों प्रोटोटाइप और आसान सत्यापन डिजाइन बनाते हैं।

± 0.2 डिग्री सेल्सियस के लिए सही संस्करण, ± 0.4 डिग्री सेल्सियस और 0.8 डिग्री सेल्सियस ± उपलब्ध हैं। स्वास्थ्य से संबंधित निगरानी प्रणालियों, ± 0.2 भीतर सटीकता ° के लिए सी पर्याप्त (AS6212-AWLT-एल) है। सभी AS621x उपकरणों + 125 डिग्री सेल्सियस ऑपरेटिंग श्रृंखला के लिए -40 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान में छोटे बदलाव का पता लगाने के 16bit संकल्प किया है।

AS621x 1.5mm2 उपायों और एक चिप पैमाने पैकेज वेफर स्तर में आता है। आपूर्ति वोल्टेज AS6212-AWLT-एल विशेष रूप से बैटरी चालित अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाने के संचालन और अतिरिक्त में 0.1μA दौरान 6μA की खपत के साथ 1.71V है।

संपर्क तापमान सेंसरों

इन्फ्रारेड थर्मामीटर एक वस्तु का तापमान परिवेश के तापमान की गैर-संपर्क तापमान माप और प्रदर्शन करते हैं।

इस तरह के थर्मामीटर ऊपर 0 केल्विन (परम शून्य) डिवाइस के सामने एक वस्तु द्वारा उत्सर्जित किसी भी ऊर्जा का पता लगाने। डिटेक्टर एक विद्युत संकेत में ऊर्जा धर्मान्तरित और एक प्रोसेसर को पास कर देता व्याख्या और परिवेश के तापमान की वजह से बदलाव के लिए क्षतिपूर्ति करने के बाद डेटा को प्रदर्शित करने के लिए।

एक उदाहरण MELEXIS से MLX90614ESF-बीसीएच-000-टीयू अवरक्त थर्मामीटर है। यह एक अवरक्त थर्मापाइल डिटेक्टर चिप और एक संकेत कंडीशनिंग एक को-39 पैकेज (चित्रा 4) में एकीकृत चिप शामिल हैं। वहाँ भी एक कम शोर एम्पलीफायर, डिजिटल कनवर्टर और सटीकता और संकल्प के लिए डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर के लिए 17-बिट एनालॉग है।

अवरक्त थर्मामीटर 85 डिग्री सेल्सियस (परिवेश) और -70 डिग्री सेल्सियस 382.2 डिग्री सेल्सियस के लिए वस्तु के तापमान -40 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज के लिए कैलिब्रेटेड कारखाने हैं। स्टैंडर्ड सटीकता 0.5 ° कमरे के तापमान पर सी है।

सेंसर एक डिजिटल SMBus उत्पादन के साथ कैलिब्रेटेड कारखाने और 0.02 डिग्री सेल्सियस के एक संकल्प है। वैकल्पिक रूप से, डिजाइनरों 10bit पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM) डिजिटल 0.14 की एक संकल्प डिग्री सेल्सियस के साथ उत्पादन कॉन्फ़िगर कर सकते हैं।

विकास समर्थन

MAX30208 सेंसर MAX30208EVSYS # मूल्यांकन प्रणाली है, जो एक फ्लेक्स पीसीबी MAX30208 तापमान आईसी (चित्रा 5) सेंसर धारण करने के लिए भी शामिल है द्वारा समर्थित हैं। MAX32630FTHR माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड और MAX30208 इंटरफ़ेस बोर्ड हेडर के माध्यम से जुड़े हुए हैं। मूल्यांकन हार्डवेयर एक पीसी प्रदान की USB केबल का उपयोग करने के लिए जोड़ा जा सकता है। प्रणाली फिर स्वचालित रूप से आवश्यक डिवाइस ड्राइवर को ईवी किट सॉफ्टवेयर के लिए तैयार स्थापित हो जाएगा डाउनलोड किया जा करने के लिए।

कई स्थानों पर शरीर का तापमान को मापने के लिए, MAX30208 तापमान ICs एक भी बैटरी और मेजबान माइक्रोकंट्रोलर के लिए एक डेज़ी श्रृंखला व्यवस्था में I2C पतों के माध्यम से जोड़ा जा सकता है। प्रत्येक तापमान सेंसर दोनों स्थानीय और पूरे शरीर के तापमान के एक प्रोफ़ाइल बनाने के लिए नियमित रूप से माइक्रोकंट्रोलर द्वारा सर्वेक्षण में शामिल किया गया है।

डेवलपर MLX90614 इन्फ्रारेड सेंसर के उपयोग के लिए mikroelektronika से Mikroe-1362 Irthermo क्लिक बोर्ड का उपयोग कर सकते हैं।यह एमएलएक्स 90614ESF-AAA सिंगल-जोन इन्फ्रारेड थर्मामीटर मॉड्यूल को माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड में माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड या पीडब्लूएम लाइन (चित्रा 6) के माध्यम से लिंक करता है।

5 वी बोर्ड -40 डिग्री सेल्सियस से 85 डिग्री सेल्सियस परिवेश तापमान और -70 डिग्री सेल्सियस से + 380 डिग्री सेल्सियस वस्तु तापमान सीमाओं के लिए कैलिब्रेटेड किया जाता है।

लेखक के बारे में

बिल वॉल्श उत्पाद प्रबंधक, डिजी-कुंजी इलेक्ट्रॉनिक्स है