Ortak sıcaklık sensörlerinin dört tip türü - termokupllar, direnç sıcaklığı cihazları, termistörler ve sıcaklık sensörü ICS - Sıcaklık sensörü ICS, temas temelli tıbbi ve sağlık tasarımları için iyi bir seçenektir. Prensip olarak, doğrusallaştırma gerektirmezler, iyi gürültü bağışıklığı sunarlar ve taşınabilir ve giyilebilir sağlık aygıtlarına entegre edilmesi nispeten kolaydır. Temassız algılama için kızılötesi termometreler kullanılabilir.
Anahtar parametreler boyut, güç tüketimi ve termal hassasiyettir. Sonun, klinik sınıf doğruluğu için önemlidir, çünkü geçiş gücü (μW) bile sensörü ısıtır ve yanlış okumalara neden olabilir. Bir diğer değerlendirme, mikrodenetleyici gibi ilişkili bileşenleri belirleyecek olan arayüzün (dijital veya analog) türüdür.
Klinik sınıf doğruluğu
ASTM E112 başına klinik sınıf doğruluğunu karşılamak (ortalama tahıl boyutunu belirlemek için standart test yöntemleri), uygun sensörle başlar. Maxim Entegre MAX30208 dijital sıcaklık sensörleri, örneğin + 30 ° C ila + 50 ° C ve ± 0.15 ° C ila 0 ° C ila 70 ° C arasındaki ± 0.1 ° C hassasiyetine sahiptir. (Maxim Entegre, Ağustos 2021'de analog cihazlar tarafından elde edildi.) Cihazlar 2x2x0.75 mm'dir ve ince bir 10pin LGA paketindedir (Şekil 1). ICS, 1.7V-3.6V'lik bir besleme voltajından çalışır ve çalışma sırasında 67μA'dan daha az ve Beklemede 0.5μA tüketin.
Sensörün kendi sıcaklığının, giyilebilir bir cihazın ölçüm okumasını etkilememesi önemlidir. PCB'den paketten geçen sensör IC'nin ısı, sensörün kalıbına yol açar ve doğruluğu etkileyebilir. Bir sıcaklık sensörü IC'de, bu ısı, ambalajın alt tarafındaki metal bir termal ped yoluyla gerçekleştirilir ve parazitik ısıtma ile sonuçlanır. Bu, sıcaklık ölçümlerine müdahale eden, diğer pinlerde ve dışındaki termal iletim neden olabilir.
Paraziter ısınmaya karşı koymak için birkaç teknik vardır. İnce izler, sensör IC'den gelen termal iletkenliği en aza indirmek için kullanılabilir. Tasarımcılar, termal ped kullanmak yerine, IC pimlerinden mümkün olduğunca, paketin üstündeki sıcaklığı ölçebilirler. Bu, MAX30208CLB + ve diğer Max30208 dijital sıcaklık sensörleri için durum budur.
Diğer bir seçenek, diğer elektronik bileşenleri, sıcaklık ölçümü üzerindeki etkilerini en aza indirmek için algılama elemanından en uzakta olmaktır.
Termal Tasarım Hususlar
Giyilebilir cihazlarda ısı kaynaklarından termal izolasyon sağlamak için, sıcaklık algılama elemanı ile kullanıcının derisi arasında iyi bir termal yol olmalıdır. Paketin altındaki konumu, PCB'nin metal parçaları gövdeyle temas noktasından yönlendirmesini zorlaştırır.
Sistem, sensörün ölçülecek hedef sıcaklığa mümkün olduğunca yakın olması için tasarlanmalıdır. Max30208 sensörlerini kullanarak, giyilebilir tasarımlar ve tıbbi yamalar esnek veya yarı sert PCB'leri kullanabilir. MAX30208 dijital sıcaklık sensörleri, düz esnek bir kablo veya düz yazıcı kablosu kullanarak doğrudan bir mikrodenetleyiciye bağlanabilir.
Sıcaklık sensörü IC'sini PCB'nin esnek tarafına yerleştirmek önemlidir; bu, cildin yüzeyi ile sensör arasındaki termal direnci azaltır. Tasarımcılar ayrıca verimli esneme ve daha iyi temas için esnek kartın kalınlığını da en aza indirmelidir.
Dijital sıcaklık sensörleri tipik olarak bir I2C seri arayüzü ile mikrodenetleyicilere bağlanır. Örneğin, Maxim'in Max30208CL +, her biri iki bayt içeren 32 sıcaklık okuması sunan bir sıcaklık sensörü kurulumu kaydı oluşturmak için ilk önce bir önce 32 kelimelik kullanır. Bu, bir mikrodenetleyicinin gücü korumak için uzun süreler için uyuyabilmenizi sağlar (Şekil 2). Hafıza eşleştirilmiş kayıtlar ayrıca sensörlerin yüksek ve düşük eşik dijital sıcaklık alarmları sunmalarını sağlar.
Genel amaçlı bir giriş / çıkış pimi, bir sıcaklık dönüşümünü tetiklemek için yapılandırılabilir ve bir diğeri seçilebilir durum bitleri için bir kesme oluşturmak için yapılandırılmıştır.
Fabrika kalibrasyonu
Birçok dijital sıcaklık sensörü, birçok eski sıcaklık sensörünün olduğu gibi, yılda bir kez yeniden kalibrasyon ihtiyacını ortadan kaldırarak fabrikada kalibre edilir. Bu, çıktıyı doğrusallaştırmak için yazılım geliştirme ihtiyacını yanı sıra devreyi simüle etmek ve ince ayar yapmak. Ek olarak, çoklu hassas bileşenlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve empedans uyuşmazlık riskini en aza indirir.
AS621x sıcaklık sensörleri AMS'ten gelen aile fabrikası kalibre edilir ve entegre doğrusallaşmaya sahiptir (Şekil 3). Ayrıca, tek bir otobüsle sekiz potansiyel sıcak noktada sıcaklık izleme için sekiz I2C adresleri vardır. Seri arayüzü ve çoklu i2c adresleri prototipleme ve tasarım doğrulamasını kolaylaştırır.
Versiyonlar ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C ve ± 0.8 ° C mevcuttur. Sağlıkla ilgili izleme sistemleri için ± 0.2 ° C içindeki doğruluk yeterlidir (AS6212-AWLT-L). Tüm AS621X cihazlarının, -40 ° C ila + 125 ° C çalışma aralığı üzerindeki sıcaklıktaki küçük varyasyonları tespit etmek için 16bit çözünürlüğe sahiptir.
AS621X 1.5mm2'yi ölçer ve bir gofret seviyesi çip ölçekli paketinde gelir. Tedarik voltajı, çalışma sırasında 6 μA tüketim ile 1.71V ve Beklemede 0.1μA, AS6212-AWLT-L'yi özellikle akü destekli uygulamalara uygun hale getirir.
Temassız sıcaklık sensörleri
Kızılötesi termometreler, ortam sıcaklığının temassız sıcaklık ölçümlerini ve bir nesnenin sıcaklığını gerçekleştirir.
Bu tür termometreler, cihazın önündeki bir nesne tarafından yayılan 0 Kelvin'in (mutlak sıfır) üzerindeki herhangi bir enerjiyi tespit eder. Dedektör, enerjiyi elektrik sinyaline dönüştürür ve ortam sıcaklığının neden olduğu değişiklikleri telafi ettikten sonra verileri yorumlamak ve görüntülemek için bir işlemciye geçer.
Bir örnek, Melexis'ten MLX90614ESF-BCH-000-TU kızılötesi termometresidir. Bir kızılötesi termopil dedektörü çipi ve bir ila 39 pakete entegre bir sinyal koşullandırma yongası içerir (Şekil 4). Ayrıca, düşük gürültülü bir amplifikatör, dijital dönüştürücü için 17 bit analog ve doğruluk ve çözünürlük için dijital sinyal işlemcisi vardır.
Kızılötesi termometreler, nesne sıcaklığı için -40 ° C ila 85 ° C (ortam) ve -70 ° C ila 382.2 ° C arasında bir sıcaklık aralığı için fabrikada kalibre edilir. Standart hassasiyet, oda sıcaklığında 0,5 ° C'dir.
Sensör fabrikası bir dijital SMBus çıkışı ile kalibre edilmiştir ve 0.02 ° C çözünürlüğe sahiptir. Alternatif olarak, tasarımcılar, 10bit Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) dijital çıkışını 0,14 ° C çözünürlük ile yapılandırabilir.
Geliştirme Desteği
Max30208 sensörleri, Max30208 sıcaklık sensörü IC'sini (Şekil 5) tutmak için bir Flex PCB içeren MAX30208EVSYS # değerlendirme sistemi tarafından desteklenir. MAX32630FTHRTHROPOnTROLLER kurulu ve Max30208 arayüz kartı başlıklar aracılığıyla bağlanır. Değerlendirme donanımı, verilen USB kablosunu kullanarak bir PC'ye bağlanabilir. Sistem daha sonra gerekli aygıt sürücülerini otomatik olarak yüklenecek EV Kit yazılımı için hazırlayacaktır.
Vücut sıcaklığını birden fazla konumda ölçmek için, MAX30208 sıcaklık IC'leri, I2C adresleri üzerinden, bir pullu zincir düzenlemesinde, tek bir pil ve ana bilgisayar mikrodenetleyicisine bağlanabilir. Her bir sıcaklık sensörü, hem yerel hem de bütün vücut sıcaklığının bir profilini oluşturmak için mikrodenetleyici tarafından düzenli olarak yoklanır.
Geliştiriciler MIKROE-1362 IRTHERMO tıklama kartını MIKROELEKTRONIKA'dan MLX90614 kızılötesi sensörüyle kullanabilir.Bu, MLX90614ESF-AAA'nın tek bölgeli kızılötesi termometre modülünü Mikrobus I2C hattı veya PWM hattı üzerinden mikrodenetleyici kartına bağlar (Şekil 6).
5V kartı -40 ° C ila 85 ° C ortam sıcaklığı ve -70 ° C ila + 380 ° C nesne sıcaklığı aralıkları için kalibre edilir.
