Van die vier algemene tipes temperatuur sensors - termokoppels, weerstandstemperatuur toestelle, termistors en temperatuursensor ICS - temperatuur sensor ICS is 'n goeie opsie vir kontakgebaseerde mediese en gesondheidsorgontwerpe. Hoofsaaklik, hulle benodig nie linearisasie nie, hulle bied goeie geraasimmuniteit en is relatief maklik om te integreer in draagbare en draagbare gesondheidsorgtoestelle. Vir kontaklose sensing kan infrarooi termometers gebruik word.
Sleutelparameters is grootte, kragverbruik en termiese sensitiwiteit. Die laaste is belangrik vir kliniese akkuraatheid omdat selfs verbygaande krag (μW) die sensor kan verhit en onakkurate lesings kan veroorsaak. Nog 'n oorweging is die tipe koppelvlak (digitale of analoog), wat gepaardgaande komponente sal bepaal, soos die mikrokontroleerder.
Kliniese-graad akkuraatheid
Ontmoet kliniese graad akkuraatheid, per ASTM E112 (Standaard toetsmetodes vir die bepaling van gemiddelde korrelgrootte), begin met die toepaslike sensor. Maxim geïntegreerde se maksimum30208 digitale temperatuur sensors, byvoorbeeld, funksie ± 0.1 ° C akkuraatheid van + 30 ° C tot + 50 ° C en ± 0.15 ° C akkuraatheid van 0 ° C tot 70 ° C. (Maxim geïntegreer is in Augustus 2021 deur analoog toestelle verkry.) Die toestelle meet 2x2x0.75mm en is in 'n dun 10pin LGA-pakket (Figuur 1). Die ICS werk van 'n toevoerspanning van 1.7V-3.6V en verbruik minder as 67μA in werking en 0.5μa in standby.
Dit is belangrik dat die sensor se eie temperatuur nie die meting van 'n draagbare toestel beïnvloed nie. Die sensor IC se hitte, wat deur die pakket van die PCB reis, lei tot die sensor wat sterf en kan akkuraatheid beïnvloed. In 'n temperatuur sensor IC word hierdie hitte uitgevoer deur 'n metaal termiese pad op die onderkant van die pakket, wat lei tot parasitiese verwarming. Dit kan die termiese geleiding in en uit ander penne veroorsaak, met temperatuurmetings inmeng.
Daar is 'n aantal tegnieke om parasitiese verwarming teen te werk. Dun spore kan gebruik word om termiese geleidingsvermoë weg van die sensor IC te verminder. Ontwerpers kan die temperatuur aan die bokant van die pakket, so ver as moontlik van die IC-penne meet, eerder as om die termiese pad te gebruik. Dit is die geval vir die MAX30208CLB + en ander maksimum30208 digitale temperatuur sensors.
Nog 'n opsie is om ander elektroniese komponente so ver as moontlik van die sensing element te plaas om hul impak op die temperatuurmeting te verminder.
Termiese ontwerp oorwegings
Om termiese isolasie van hittebronne in draagbare toestelle te verseker, moet daar 'n goeie termiese pad wees tussen die temperatuur-sensing element en die vel van die gebruiker. Die ligging onder die pakket maak dit uitdagend vir die PCB om metaalpaaie vanaf die kontakpunt met die liggaam te rig.
Die stelsel moet ontwerp word sodat die sensor so na as moontlik is aan die teikentemperatuur wat gemeet moet word. Met behulp van MAX30208 SENSORS, draagbare ontwerpe en mediese kolle kan flex of semi-rigiede PCB's gebruik. Die MAX30208 digitale temperatuur sensors kan direk aan 'n mikrokontroleerder gekoppel word deur 'n plat buigsame kabel of plat drukker kabel te gebruik.
Dit is noodsaaklik om die temperatuursensor IC op die flex kant van die PCB te plaas, wat die termiese weerstand tussen die oppervlak van die vel en die sensor verminder. Ontwerpers moet ook die dikte van die Flexbord vir doeltreffende buiging en beter kontak verminder.
Digitale temperatuur sensors is tipies gekoppel aan mikrokontrollers via 'n I2C-reeks koppelvlak. Maxim se Max30208Clb + gebruik byvoorbeeld 'n 32-woord eerste in die eerste keer om 'n temperatuursensor-opstelling register te skep wat tot 32 temperatuurlesings bied, elk wat twee grepe bevat. Dit laat 'n mikrokontroleerder toe om vir lang tydperke te slaap om krag te bespaar (Figuur 2). Die geheue-gekarteerde registers laat ook sensors toe om hoë en lae drempel digitale temperatuur alarms te bied.
'N Algemene doelinvoer / uitsetpen kan gekonfigureer word om 'n temperatuuromskakeling en 'n ander opgestel om 'n onderbreking vir kiesbare statusbisse te genereer.
Fabriekskalibrasie
Baie digitale temperatuur sensors is fabriek gekalibreer, wat die behoefte aan herwinning een keer per jaar uitskakel, soos die geval is vir baie nalatenskapstemperatuur sensors. Dit omseil die behoefte om sagteware te ontwikkel om die uitset te lineariseer, asook die kring te simuleer en te verfyn. Daarbenewens elimineer dit die behoefte aan verskeie presisie komponente en verminder die risiko van impedansie mismatches.
Die AS621X-familie van temperatuursensors van AMS is fabriek gekalibreer en het die linearisasie geïntegreer (Figuur 3). Dit het ook agt I2C-adresse vir temperatuurmonitering op agt potensiële hot spots via 'n enkele bus. Die seriële koppelvlak en verskeie I2C-adresse maak prototipering en ontwerpverifikasie makliker.
Versies akkuraat tot ± 0.2 ° C, ± 0.4 ° C en ± 0.8 ° C is beskikbaar. Vir gesondheidsverwante moniteringstelsels is akkuraatheid binne ± 0.2 ° C voldoende (die AS6212-AWLT-L). Alle AS621X-toestelle het 16bit-resolusie om klein variasies in temperatuur oor die -40 ° C tot + 125 ° C-bedryfsreeks op te spoor.
Die AS621X meet 1.5mm2 en kom in 'n wafervlak-skaalpakket. Voorsieningsspanning is 1.71V met 6μA verbruik tydens operasie en 0.1μa in standby, wat die AS6212-AWLT-L veral geskik is vir battery-aangedrewe toepassings.
Kontaklose temperatuur sensors
Infrarooi termometers voer nie-kontak temperatuur metings van omgewings temperatuur en die temperatuur van 'n voorwerp uit.
Sodanige termometers identifiseer enige energie bo 0 Kelvin (absolute nul) wat deur 'n voorwerp voor die toestel uitgestraal word. Die detektor omskep die energie in 'n elektriese sein en slaag dit aan 'n verwerker om die data te interpreteer en te vertoon nadat dit vergoed word vir variasies wat deur die omgewingstemperatuur veroorsaak word.
'N Voorbeeld is die MLX90614ESF-BCH-000-DU-infrarooi termometer van Melexis. Dit behels 'n infrarooi termopiele detector chip en 'n sein kondisioning chip geïntegreer in 'n tot-39 pakket (Figuur 4). Daar is ook 'n lae geluidsversterker, 17-bis analoog aan digitale omskakeling en digitale seinverwerker vir akkuraatheid en resolusie.
Die infrarooi termometers is fabriek gekalibreer vir 'n temperatuurreeks van -40 ° C tot 85 ° C (Ambient) en -70 ° C tot 382.2 ° C vir voorwerptemperatuur. Standaard akkuraatheid is 0.5 ° C by kamertemperatuur.
Die sensor is fabriek gekalibreer met 'n digitale smbus-uitset en het 'n resolusie van 0.02 ° C. Alternatiewelik kan ontwerpers die 10bit-pulswydte modulasie (PWM) digitale uitset met 'n resolusie van 0.14 ° C instel.
Ontwikkelingsondersteuning
Die MAX30208-sensors word ondersteun deur die MAX3020VEVSYS # Evalueringstelsel, wat 'n Flex PCB insluit om die Max30208 temperatuur sensor IC te hou (Figuur 5). Die Max32630Fthtric MicroController Raad en die Max30208 koppelvlakraad word via die opskrifte verbind. Die evalueringshardeware kan aan 'n rekenaar gekoppel word deur die verskafde USB-kabel te gebruik. Die stelsel sal dan outomaties installeer die nodige device drivers gereed vir die EV kit sagteware afgelaai.
Vir die meet van liggaamstemperatuur by verskeie plekke, kan MAX30208 temperatuur IC verbind via I2C adresse in 'n daisy-ketting reëling om 'n enkele battery en gasheer mikrobeheerder. Elke temperatuur sensor is ondervra deur die mikrobeheerder gereeld om 'n profiel van beide plaaslike en die hele liggaam temperatuur te skep.
Ontwikkelaars kan die Mikroe-1362 Irthermo-klik op MikroLektronika gebruik vir gebruik met die MLX90614-infrarooi sensor.Dit skakel die MLX90614ESF-AAA-enkelsone-infrarooi termometer-module aan die mikrokontroleerderbord deur die Mikrobus I2C-lyn of PWM-lyn (Figuur 6).
Die 5V-bord word vir -40 ° C gekalibreer tot 85 ° C omliggende temperatuur en -70 ° C tot + 380 ° C voorwerp temperatuur wissel.
