З чотирьох загальних типів температурних датчиків - термопар, температурні пристрої, термістори та датчик температури - датчик температури - це хороший варіант для контактних медичних та медичних конструкцій. Головним чином, вони не потребують лінеаризації, вони пропонують хороший шумовий імунітет і відносно легко інтегруватися на портативні та носити прилади охорони здоров'я. Для безконтактних відчуттів можна використовувати інфрачервоні термометри.
Основні параметри є розміром, споживанням енергії та термічну чутливість. Останній важливий для клінічної точності, оскільки навіть перехідна сила (μw) може нагрівати датчик і викликати неточні показники. Іншим розглядом - це тип інтерфейсу (цифровий або аналог), який визначатиме пов'язані компоненти, такі як мікроконтроллер.
Клінічна точність
Зустріч з точності клінічної класу, за ASTM E112 (стандартні методи випробувань для визначення середнього розміру зерна), починається з відповідного датчика. Максим інтегрованих цифрових датчиків температури Max30208, наприклад, функція ± 0,1 ° C точність від + 30 ° С до + 50 ° С та ± 0,15 ° С. Точність від 0 ° С до 70 ° С. (Максим інтегрований був придбаний аналоговими пристроями у серпні 2021 року.) Пристрої вимірюють 2x2x0,75 мм і знаходяться в тонкій 10pin LGA упаковка (рис. 1). ICS працюють з напруги живлення 1,7 Вт-3.6 В і споживають менше 67μA в експлуатації та 0,5μa у режимі очікування.
Важливо, щоб власна температура датчика не впливає на читання вимірювання носити пристрій. Тепло датчика IC, яка подорожує з ПХБ через упаковку, призводить до датчика, і може вплинути на точність. У датчику температури IC ця тепла проводиться через металеву теплову панель на нижній частині упаковки, що призводить до паразитарного нагрівання. Це може призвести до термічної провідності в інших точках, що перешкоджають вимірюванні температури.
Є ряд методів боротьби з паразитарним нагріванням. Тонкі сліди можуть бути використані для мінімізації теплопровідності від датчика IC. Дизайнери можуть виміряти температуру у верхній частині упаковки, наскільки це можливо, наскільки це можливо, від Pins, а не використовувати теплову панель. Це стосується цифрових температурних датчиків Max30208Clb + та інших цифрових температурних датчиків MAX30208CLB + та інших.
Інший варіант полягає в тому, щоб розмістити інші електронні компоненти, поки від сенсорного елемента, як це можливо, щоб мінімізувати їх вплив на вимірювання температури.
Міркування термічного дизайну
Для забезпечення термічної ізоляції від джерел тепла при новальних пристроях повинно бути хороший термічний шлях між елементом температури та шкірою користувача. Розташування під пакетом робить його складним для друкованої плати для маршрутних металевих доріжок з точки контакту з організмом.
Система повинна бути розроблена таким чином, щоб датчик максимально близький до вимірювання цільової температури. Використання датчиків MAX30208, носити конструкції та медичні патчі можуть використовувати FLEX або напівтверді ПХД. Цифрові датчики температури MAX30208 можуть бути підключені безпосередньо до мікроконтролера, використовуючи плоский гнучкий кабельний або плоский кабель принтера.
Важливо помістити датчик температури IC на стороні гнучкого друкованого плану, що зменшує теплостійкість між поверхнею шкіри та датчиком. Дизайнери також повинні мінімізувати товщину дошки Flex для ефективного згинання та кращого контакту.
Цифрові датчики температури, як правило, пов'язані з мікроконтролерами за допомогою послідовного інтерфейсу I2C. MAXIM MAX30208CLB +, наприклад, спочатку використовує 32-слово, спочатку, щоб створити регістр налаштування датчика температури, що пропонує до 32 курсів температури, кожен з яких містить два байти. Це дозволяє мікроконтролера спати протягом тривалого періоду для збереження потужності (рис. 2). Реєстри, що відображаються, також дозволяють датчикам пропонувати високі та низькі порогові цифрові тривоги.
Вхідний / вихідний PIN-код загального призначення може бути налаштований для запуску конверсії температури, а інший, налаштований, щоб генерувати переривання для вибору бітів статусу.
Фабрична калібрування
Багато цифрових температурних датчиків - це заводські калібрування, усуваючи потребу накалібрування один раз на рік, як це стосується багатьох спадщини датчиків температури. Це обходить необхідність розробки програмного забезпечення для лінійного випуску, а також імітацію та налаштування схеми. Крім того, це усуває необхідність декількох точних компонентів та мінімізує ризик невідповідності імпедансу.
Сімейство AS621x датчиків температури від AMS є фабричною каліброваною та має інтегровану лінеаризацію (рис. 3). Він також має вісім адрес I2C для моніторингу температури при восьми потенційних гарячих точках через єдиний автобус. Послідовний інтерфейс та декілька адрес i2C роблять прототипування та перевірку дизайну легше.
Версії точні до ± 0,2 ° С, ± 0,4 ° С та ± 0,8 ° С. Для систем зв'язку, пов'язаних із охороною здоров'я, точність в межах ± 0,2 ° С достатньо (AS6212-AWLT-L). Всі пристрої AS621X мають 16-бітну роздільну здатність для виявлення малих змін у робочому діапазоні від -40 ° С до + 125 ° С.
Заходи AS621X 1.5mm2 і поставляється у пакеті масштабу масштабу з вафельним рівнем. Напруга живлення становить 1,71В з споживанням 6μa під час експлуатації та 0,1мк. У режимі очікування, що робить AS6212-AWLT-L, особливо підходять для використання акумуляторів.
Безконтактні датчики температури
Інфрачервоні термометри виконують безконтактні вимірювання температури навколишнього середовища та температуру об'єкта.
Такі термометри виявляють будь-яку енергію вище 0 Келвіна (абсолютний нуль), що випускається об'єктом перед пристроєм. Детектор перетворює енергію в електричний сигнал і передає його до процесора, щоб інтерпретувати та відображати дані після компенсації за варіації, викликані температурою навколишнього середовища.
Прикладом є MLX90614ESF-BCH-000-TU інфрачервоний термометр від Melexis. Вона включає в себе інфрачервоний термопетичний детектор мікросхеми та чіп кондиціонування сигналу, інтегрований у пакет до 39 (рис. 4). Існує також низький шумовий підсилювач, 17-бітовий аналог для цифрового перетворювача та процесор цифрового сигналу для точності та роздільної здатності.
Інфрачервоні термометри - це фабрика, калібровані для температурного діапазону від -40 ° С до 85 ° С (навколишнього середовища та -70 ° С до 382,2 ° С для об'єктної температури. Стандартна точність становить 0,5 ° С при кімнатній температурі.
Датчик завод калібрується з цифровим виходом SMBUS і має роздільну здатність 0,02 ° С. Альтернативно, дизайнери можуть налаштувати цифрову вихідну ширину 10bit (PWM) з роздільною здатністю 0,14 ° С.
Підтримка розвитку
Датчики MAX30208 підтримуються системою оцінки Max30208evsys #, яка включає FLEX PCB, щоб утримувати датчик температури MAX30208 (рис. 5). Дошка MAX32630FRH MICROCONTROLLER та інтерфейс MAX30208 підключені заголовками. Апаратне забезпечення для оцінки можна підключити до ПК за допомогою наданого USB-кабелю. Система буде автоматично встановлювати необхідні драйвери пристроїв готові до програмного забезпечення набору EV для завантаження.
Для вимірювання температури тіла в декількох місцях, температурні ІС MAX30208 можуть бути підключені через I2C адреси в розташуванні шлейфового до однієї батареї і хост-мікроконтролера. Кожен датчик температури опитується мікро контролером регулярно, щоб створити профіль як температури, так і локального всього тіла.
Розробники можуть використовувати дошку Mikroe-1362 Click Click від Mikroelektronika для використання з інфрачервоним датчиком MLX90614.Це посилання на MLX90614ESF-AAA одноональний інфрачервоний термометр модуль до плати мікроконтролера через лінію Mikrobus I2C або лінію PWM (рис. 6).
Рада 5V калібрується до -40 ° С до 85 ° С температури навколишнього середовища та -70 ° С до температур + 380 ° С.
