Av de fire vanlige temperatursensorer - termoelementer, motstandstemperaturinnretninger, termistorer og temperaturføler ICS - Temperaturføler ICS er et godt alternativ for kontaktbasert medisinsk og helsevesenet. Hovedsakelig krever de ikke linearisering, de tilbyr god lydimmunitet og er relativt enkle å integrere i bærbare og brukbare helsetjenester. For kontaktløs sensing kan infrarøde termometre brukes.
Nøkkelparametere er størrelse, strømforbruk og termisk følsomhet. Den siste er viktig for nøyaktighet for klinisk karakter fordi selv forbigående kraft (μW) kan varme opp sensoren og forårsake unøyaktige avlesninger. En annen vurdering er typen grensesnitt (digital eller analog), som vil bestemme tilknyttede komponenter, for eksempel mikrokontrolleren.
Klinisk nøyaktighet
Møte klinisk karakter, per ASTM E112 (standard testmetoder for å bestemme gjennomsnittlig kornstørrelse), starter med den aktuelle sensoren. Maksimal integrerts maks 30208 digitale temperatursensorer, for eksempel, funksjon ± 0,1 ° C nøyaktighet fra + 30 ° C til + 50 ° C og ± 0,15 ° C nøyaktighet fra 0 ° C til 70 ° C. (Maksimal integrert ble kjøpt av analoge enheter i august 2021.) Enhetene måler 2x2x0.75mm og er i en tynn 10pin LGA-pakke (figur 1). ICS opererer fra en forsyningsspenning på 1,7V-3,6V og forbruker mindre enn 67μa i drift og 0,5μa i ventemodus.
Det er viktig at sensorens egen temperatur ikke påvirker måleavlesningen av en bærbar enhet. Sensoren ICs varme, som beveger seg fra PCB gjennom pakken, fører til sensoren dør og kan påvirke nøyaktigheten. I en temperatursensor IC utføres denne varmen gjennom en metalltermisk pute på undersiden av pakken, noe som resulterer i parasittoppvarming. Dette kan forårsake termisk ledning inn og ut av andre pinner, forstyrre temperaturmålinger.
Det finnes en rekke teknikker for å motvirke parasittisk oppvarming. Tynne spor kan brukes til å minimere termisk ledningsevne vekk fra sensoren IC. Designere kan måle temperaturen øverst på pakken, så langt unna som mulig fra IC-pinnene, i stedet for å bruke termisk pute. Dette er tilfellet for MAX30208Clb + og andre MAX30208 digitale temperatursensorer.
Et annet alternativ er å plassere andre elektroniske komponenter så langt borte fra sensingselementet som mulig for å minimere deres innvirkning på temperaturmåling.
Termisk designhensyn
For å sikre at termisk isolasjon fra varmekilder i slitne enheter må det være en god termisk bane mellom temperaturføleren og huden til brukeren. Plasseringen under pakken gjør det utfordrende for PCB å rute metallspor fra kontaktpunktet med kroppen.
Systemet skal utformes slik at sensoren er så nært som mulig til måltemperaturen som skal måles. Bruke MAX30208 Sensorer, bærbare design og medisinske patcher kan bruke flex eller halvstive PCB. MAX30208 digitale temperatursensorer kan kobles direkte til en mikrokontroller med en flat fleksibel kabel eller flatskriverkabel.
Det er viktig å plassere temperaturføleren IC på FLEX-siden av PCB, noe som reduserer termisk motstand mellom overflaten av huden og sensoren. Designere bør også minimere tykkelsen på Flex Board for effektiv bøyning og bedre kontakt.
Digitale temperatursensorer er typisk knyttet til mikrokontrollere via en I2C serielle grensesnitt. Maxim MAX30208CLB +, for eksempel bruker en 32-ord først inn først ut for å skape en temperaturføler oppsett register med opptil 32 temperaturavlesninger, som hver omfatter to bytes. Dette gjør det mulig for en mikrokontroller for å sove i lengre perioder for å spare strøm (figur 2). De minnetilordnet registre tillater også følere for å tilby høy og lav terskel digital temperaturalarmer.
Et generelt formål input / output pin kan konfigureres til å utløse en temperatur omdannelse og en annen konfigurert til å generere et avbrudd til valgstatusbiter.
fabrikkalibrering
Mange digitale temperatursensorer er fabrikk kalibrert, eliminerer behovet for rekalibrering en gang i året, slik tilfellet er for mange eldre temperaturfølere. Dette omgår behovet for å utvikle programvare for å linear utgang, samt simulerings og finjustere kretsen. I tillegg eliminerer behovet for flere presisjonskomponenter og minimerer risikoen for impedans mismatch.
Den AS621x familien av temperaturfølere fra AMS er fabrikken kalibrert og har integrert linearisering (figur 3). Det har også åtte I2C-adresser for temperaturovervåkning på åtte mulige hot spots via en enkelt buss. Det serielle grensesnittet og flere I2C adresser gjør prototyping og design verifikasjon enklere.
Versjoner nøyaktig til ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C og ± 0,8 ° C er tilgjengelige. For helserelaterte overvåkingssystemer, nøyaktighet på ± 0,2 ° C er tilstrekkelig til (den AS6212-AWLT-L). Alle AS621x enheter har 16-bits oppløsning til å oppdage små variasjoner i temperatur over -40 ° C til + 125 ° C driftsområde.
Den AS621x måler 1.5mm2 og kommer i en wafer nivå brikkeskaleringmontcring. Forsyningsspenningen er 1.71V med 6μA forbruket under drift og 0.1μA i standby-modus, noe som gjør det AS6212-AWLT-L særlig egnet for batteridrevne anvendelser.
Kontaktløs temperaturfølere
Infrarøde termometre utføre ikke-kontakt temperaturmålinger av omgivelsestemperaturen og temperaturen av en gjenstand.
Slike termometere oppdage enhver energi over 0 Kelvin (absolutt null) som sendes ut fra en gjenstand i fronten av enheten. Detektoren omdanner energien til et elektrisk signal, og sender den til en prosessor for å tolke og vise dataene etter kompensering for variasjoner som skyldes omgivelsestemperatur.
Et eksempel er den MLX90614ESF-BCH-000-TU infrarødt termometer fra Melexis. Den omfatter en infrarød termosøyledetektoren chip og et signalkondisjonebrikke integrert i en TO-39 pakken (figur 4). Det er også en lavstøyforsterker, 17-bit analog-til-digital omformer og digital signalprosessor for nøyaktighet og oppløsning.
De infrarøde termometre er kalibrert på fabrikken for et temperaturområde på -40 ° C til 85 ° C (omgivende) og -70 ° C til 382,2 ° C for objekttemperatur. Standard nøyaktighet på 0,5 ° C ved romtemperatur.
Sensoren er kalibrert på fabrikken med en digital SMBus utgang og har en oppløsning på 0,02 ° C. Alternativt kan designere konfigurere 10-bit pulsbreddemodulasjon (PWM) digital utgang med en oppløsning på 0,14 ° C.
støtte utvikling
De MAX30208 sensorer er understøttet av den MAX30208EVSYS # evalueringssystem, som omfatter et fleksibelt kretskort for å holde den MAX30208 temperaturføleren IC (figur 5). Den MAX32630FTHR mikrobrett og den MAX30208 grensesnittkortet er koblet sammen via overskrifter. Evalueringen maskinvare kan kobles til en PC med den medfølgende USB-kabelen. Systemet vil da automatisk installere de nødvendige enhetsdrivere klar for EV kit programvaren skal lastes ned.
For måling av kroppstemperatur på flere steder, kan MAX30208 temperatur kretser kobles via I2C-adresser i en daisy-chain ordning til et enkelt batteri og vertsmikrokontroller. Hver temperatursensor avspørres av mikrokontrolleren regelmessig for å lage en profil av både lokal og hel-kroppstemperatur.
Utviklere kan bruke Mikroe-1362 Irthermo Click Board fra Mikroelektronika for bruk med MLX90614 infrarød sensoren.Dette lenker MLX90614ESF-AAA single-zone infrarød termometermodulen til mikrokontrollerbrettet via enten Mikrobus I2C-linjen eller PWM-linjen (Figur 6).
5V-kortet kalibreres for -40 ° C til 85 ° C omgivelsestemperatur og -70 ° C til + 380 ° C-objekttemperaturområder.
