Daripada empat jenis sensor suhu yang biasa - termokopel, peranti suhu rintangan, thermists dan sensor suhu ICS - Suhu Sensor ICS adalah pilihan yang baik untuk reka bentuk perubatan dan penjagaan kesihatan yang berasaskan kenalan. Pada dasarnya, mereka tidak memerlukan litar, mereka menawarkan imuniti bunyi yang baik dan agak mudah untuk diintegrasikan ke dalam peranti penjagaan kesihatan mudah alih dan boleh pakai. Untuk penginderaan tanpa sentuh, termometer inframerah boleh digunakan.
Parameter utama adalah saiz, penggunaan kuasa dan sensitiviti haba. Yang terakhir adalah penting untuk ketepatan gred klinikal kerana walaupun kuasa sementara (μw) boleh memanaskan sensor dan menyebabkan pembacaan yang tidak tepat. Satu lagi pertimbangan adalah jenis antara muka (digital atau analog), yang akan menentukan komponen yang berkaitan, seperti mikrokontroler.
Ketepatan gred klinikal
Mengadakan ketepatan gred klinikal, per ASTM E112 (kaedah ujian standard untuk menentukan saiz bijian purata), bermula dengan sensor yang sesuai. Maxim bersepadu Max30208 Sensor suhu digital, sebagai contoh, ciri ± 0.1 ° C Ketepatan dari + 30 ° C hingga + 50 ° C dan ± 0.15 ° C Ketepatan dari 0 ° C hingga 70 ° C. (Maxim bersepadu diperolehi oleh peranti analog pada bulan Ogos 2021.) Peranti mengukur 2x2x0.75mm dan berada dalam pakej 10pin LGA yang nipis (Rajah 1). ICS beroperasi dari voltan bekalan 1.7V-3.6V dan mengambil kurang daripada 67μA beroperasi dan 0.5μA dalam bersedia.
Adalah penting bahawa suhu sensor sendiri tidak mempengaruhi bacaan pengukuran peranti yang boleh dipakai. Haba Sensor IC, yang bergerak dari PCB melalui pakej, membawa kepada sensor mati dan boleh menjejaskan ketepatan. Dalam SENSOR SENSOR IC, haba ini dijalankan melalui pad haba logam di bahagian bawah pakej, menyebabkan pemanasan parasit. Ini boleh menyebabkan pengaliran haba masuk dan keluar dari pin lain, mengganggu pengukuran suhu.
Terdapat beberapa teknik untuk mengatasi pemanasan parasit. Jejak nipis boleh digunakan untuk meminimumkan kekonduksian haba dari IC sensor. Pereka boleh mengukur suhu di bahagian atas pakej, sejauh mungkin dari pin IC, dan bukannya menggunakan Pad Thermal. Ini adalah kes untuk MAX30208CLB + dan sensor suhu digital MAX30208 yang lain.
Pilihan lain adalah untuk meletakkan komponen elektronik lain sejauh yang jauh dari unsur penginderaan yang mungkin untuk meminimumkan kesannya pada pengukuran suhu.
Pertimbangan Reka Bentuk Thermal.
Untuk memastikan pengasingan haba dari sumber haba dalam peranti yang boleh dipakai mesti ada jalan termal yang baik antara unsur penderiaan suhu dan kulit pengguna. Lokasi di bawah pakej menjadikannya mencabar untuk PCB untuk mengarahkan trek logam dari titik hubungan dengan badan.
Sistem ini harus direka supaya sensor sedekat mungkin ke suhu sasaran yang diukur. Menggunakan sensor MAX30208, reka bentuk yang boleh dipakai dan tompok perubatan boleh menggunakan PCB Flex atau Semi-tegar. Sensor suhu digital MAX30208 boleh disambungkan terus ke mikrokontroler menggunakan kabel fleksibel yang rata atau kabel pencetak rata.
Adalah penting untuk meletakkan suhu sensor suhu di sisi flex PCB, yang mengurangkan rintangan haba antara permukaan kulit dan sensor. Pereka juga harus meminimumkan ketebalan papan Flex untuk sentuhan yang cekap dan lebih baik.
Sensor suhu digital biasanya dikaitkan dengan mikrokontroler melalui antara muka siri I2C. Maxim's Max30208Clb +, sebagai contoh, menggunakan 32-perkataan pertama di awal untuk membuat daftar persediaan sensor suhu yang menawarkan sehingga 32 bacaan suhu, masing-masing terdiri daripada dua bait. Ini membolehkan mikrokontroler tidur untuk tempoh yang dilanjutkan untuk memulihara kuasa (Rajah 2). Daftar memori juga membolehkan sensor menawarkan penggera suhu digital yang tinggi dan rendah.
PIN input / output tujuan umum boleh dikonfigurasikan untuk mencetuskan penukaran suhu dan yang lain dikonfigurasi untuk menjana gangguan bagi bit status yang boleh dipilih.
Penentukuran kilang.
Banyak sensor suhu digital adalah kilang yang dikalibrasi, menghapuskan keperluan untuk pengubahsuaian sekali setahun, seperti halnya untuk banyak sensor suhu warisan. Ini memintas keperluan untuk membangunkan perisian untuk meletakkan output, serta mensimulasikan dan menyempurnakan litar. Di samping itu, ia menghapuskan keperluan untuk pelbagai komponen ketepatan dan meminimumkan risiko ketidakcocokan impedans.
Keluarga Sensor Suhu AS621X dari AMS adalah kilang yang dikalibrasi dan mempunyai litar bersepadu (Rajah 3). Ia juga mempunyai lapan alamat I2C untuk pemantauan suhu di lapan tempat yang berpotensi panas melalui satu bas tunggal. Antara muka bersiri dan beberapa alamat I2C membuat prototaip dan pengesahan reka bentuk lebih mudah.
Versi yang tepat untuk ± 0.2 ° C, ± 0.4 ° C dan ± 0.8 ° C disediakan. Untuk sistem pemantauan yang berkaitan dengan kesihatan, ketepatan dalam ± 0.2 ° C adalah mencukupi (AS6212-AWLT-L). Semua peranti AS621X mempunyai resolusi 16bit untuk mengesan variasi kecil dalam suhu ke atas julat operasi -40 ° C hingga + 125 ° C.
AS621X mengukur 1.5mm2 dan datang dalam pakej skala cip tahap wafer. Voltan bekalan adalah 1.71V dengan penggunaan 6μA semasa operasi dan 0.1μA dalam bersedia, menjadikan AS6212-AWLT-L terutamanya yang sesuai dengan aplikasi berkuasa bateri.
Sensor suhu tanpa sentuh
Thermometers inframerah melakukan pengukuran suhu bukan hubungan suhu ambien dan suhu objek.
Thermometers sedemikian mengesan apa-apa tenaga di atas 0 kelvin (sifar mutlak) yang dipancarkan oleh objek di hadapan peranti. Pengesan menukarkan tenaga ke dalam isyarat elektrik dan melewati ke pemproses untuk mentafsir dan memaparkan data selepas mengimbangi variasi yang disebabkan oleh suhu ambien.
Contohnya ialah termometer inframerah MLX90614esf-BCH-000-Tu dari Melexis. Ia terdiri daripada cip pengesan termopil inframerah dan cip penyaman isyarat yang diintegrasikan ke dalam pakej ke-39 (Rajah 4). Terdapat juga penguat bunyi yang rendah, analog 17-bit kepada penukar digital dan pemproses isyarat digital untuk ketepatan dan resolusi.
Thermometers inframerah adalah kilang yang ditentukur untuk julat suhu -40 ° C hingga 85 ° C (ambien) dan -70 ° C hingga 382.2 ° C untuk suhu objek. Ketepatan standard adalah 0.5 ° C pada suhu bilik.
Sensor adalah kilang yang dikalibrasi dengan output SMBus digital dan mempunyai resolusi 0.02 ° C. Sebagai alternatif, pereka boleh mengkonfigurasi output digital Modulasi Pulse 10bit (PWM) dengan resolusi 0.14 ° C.
Sokongan pembangunan.
Sensor MAX30208 disokong oleh sistem penilaian MAX30208EVSYS #, yang termasuk Flex PCB untuk memegang SENSOR SENSOR MAX30208 (Rajah 5). Lembaga Mikrokontroler MAX32630FTH dan papan antara muka MAX30208 disambungkan melalui tajuk. Perkakasan penilaian boleh disambungkan ke PC menggunakan kabel USB yang disediakan. Sistem akan secara automatik memasang pemacu peranti perlu bersedia untuk perisian EV kit untuk dimuat turun.
Untuk mengukur suhu badan di pelbagai lokasi, MAX30208 IC suhu boleh disambungkan melalui alamat I2C dalam susunan daisy rantaian kepada bateri dan tuan rumah pengawal mikro tunggal. Setiap sensor suhu yang ditinjau oleh pengawal mikro dengan kerap untuk membuat profil bagi kedua-dua suhu tempatan dan seluruh badan.
Pemaju boleh menggunakan Mikroe-1362 Irthermo Click Board dari Mikroelektronika untuk digunakan dengan sensor inframerah MLX90614.Ini menghubungkan MLX90614ESF-AAA tunggal modul Thermometer Inframerah ke papan mikrokontroler melalui sama ada garis Mikrobus I2C atau garis PWM (Rajah 6).
Papan 5V dikalibrasi untuk suhu ambien -40 ° C hingga 85 ° C suhu ambien dan -70 ° C hingga 380 ° C Range suhu objek.
