Zjednodušení designu senzorů pro lékařské vybavení
Nov 17,2021
Ze čtyř běžných typů teplotních snímačů - termočlánků, odporových teplotních zařízení, termistory a teplotní snímače ICS - ICS Sensor Sensor ICS jsou dobrou volbou pro kontakt-založené na lékařské a zdravotní konstrukce zdravotnických a zdravotnických návrhů. Principálně nevyžadují linearizaci, nabízejí dobrou imunitu hluku a jsou poměrně snadno se integrovat do přenosných a nositelných zdravotnických zařízení. Pro bezkontaktní snímání lze použít infračervené teploměry.
Klíčové parametry jsou velikost, spotřeba energie a tepelná citlivost. Poslední je důležitá pro přesnost klinického stupně, protože i přechodný výkon (μW) může tepat snímače a způsobit nepřesné odečty. Dalším úvahou je typ rozhraní (digitální nebo analogový), který určí související komponenty, jako je mikrokontrolér.
Přesnost klinické třídy
Splnění přesnosti klinické třídy, na ASTM E112 (standardní zkušební metody pro stanovení průměrné velikosti zrna), začíná s příslušným senzorem. Maxim integrované max30208 digitální teplotní čidla, například znak ± 0,1 ° C přesnost od + 30 ° C do + 50 ° C a přesnost ± 0,15 ° C od 0 ° C do 70 ° C. (Maxim integrovaný byl získán analogovými zařízeními v srpnu 2021.) Přístroje měří 2x2x0,75 mm a jsou v tenkém 10pin LGA balení (obrázek 1). ICS fungují z napájecího napětí 1,7V-3.6V a spotřebovává méně než 67μA v provozu a 0,5μA v pohotovostním režimu.
Je důležité, aby vlastní teplota senzorů neovlivňuje měření měření nositelného zařízení. Teplo Sensor IC, který se pohybuje z PCB přes obal, vede k senzorovému tlaku a může ovlivnit přesnost. V teplotním čidle IC se toto teplo provádí přes kovovou tepelnou podložku na spodní straně obalu, což vede k parazitním ohřevu. To může způsobit tepelné vedení v jiných kolíků, interferují s měřením teploty.
Existuje řada technik pro počítání parazitického vytápění. Tenké stopy mohou být použity pro minimalizaci tepelné vodivosti od senzoru IC. Návrháři mohou měřit teplotu v horní části obalu, jak je to možné, jak je to možné z IC pinů, spíše než používat tepelnou podložku. To je případ MAX30208CLB + a dalších digitálních teplotních snímačů max30208.
Další možností je umístit jiné elektronické komponenty co nejdále od snímacího prvku, aby se minimalizovalo jejich vliv na měření teploty.
Zohlednění tepelného designu
Pro zajištění tepelné izolace ze zdrojů tepla v nositelných zařízeních musí být dobrá tepelná dráha mezi prvkem snímání teploty a kůží uživatele. Umístění pod obalem činí zpochybňovat pro PCB pro trasu kovových stop z bodu kontaktu s tělem.
Systém by měl být navržen tak, aby byl snímač co nejblíže cílové teplotě, která má být měřena. Použití senzorů MAX30208, nositelné návrhy a lékařské záplaty mohou používat flex nebo polotuhé PCB. Digitální teplotní čidla MAX30208 mohou být připojeny přímo k mikrokontroléru pomocí plochého flexibilního kabelu kabelu nebo plochého tiskárny.
Je nezbytné umístit teplotní čidlo IC na ohybové straně PCB, což snižuje tepelnou odolnost mezi povrchem kůže a senzorem. Návrháři by také měli minimalizovat tloušťku pružné desky pro efektivní ohnutí a lepší kontakt.
Digitální teplotní snímače jsou typicky spojeny s mikrokontroléry pomocí sériového rozhraní I2C. Maxim je MAX30208CLB +, například, používá 32-word první první, aby vytvořil registr nastavení snímače teploty, který nabízí až 32 teplotních odečtů, z nichž každý obsahuje dva bajty. To umožňuje mikrokontrolér spát po delší dobu, aby šetřila napájení (obrázek 2). Registry mapované paměti také umožňují senzorům nabídnout vysoké a nízké prahové teplotní alarmy.
Obecný účel vstup / výstupní kolík lze konfigurovat tak, aby spustil konverzi teploty a další nakonfigurovaný pro generování přerušení pro volitelné stavové bity.
Tovární kalibrace
Mnoho digitálních teplotních senzorů je továrně kalibrován, což eliminuje potřebu rekalibrace jednou ročně, stejně jako v případě mnoha starších teplotních čidel. To obchází potřebu vyvinout software pro linearizovat výstup, stejně jako simulovat a doladit obvod. Kromě toho eliminuje potřebu více přesných komponent a minimalizuje riziko nehody impedance.
AS621X rodina teplotních senzorů od AMS je továrna kalibrována a má integrovanou linearizaci (obrázek 3). Má také osm adres I2C pro monitorování teploty v osmi potenciálních horkých skvrn prostřednictvím jediného autobusu. Sériové rozhraní a více adres I2C usnadňují ověření prototypu a design.
K dispozici jsou verze přesné na ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C a ± 0,8 ° C. Pro monitorovací systémy související s zdraví je dostatečná přesnost v rozmezí ± 0,2 ° C (AS6212-AWLT-L). Všechna zařízení AS621x mají 16bitové rozlišení pro detekci drobných variant teploty přes -40 ° C až + 125 ° C provozní rozsah.
AS621x měří 1,5 mm2 a je dodávána v obalu čipového stupnice. Napájecí napětí je 1,71V s 6μA spotřeba během provozu a 0,1μA v pohotovostním režimu, což činí AS6212-AWLT-L zvláště vhodný pro bateriové aplikace napájené.
Snímače bezkontaktních teplot
Infračervené teploměry provádějí měření teploty kontaktu s okolní teploty a teplotu objektu.
Takové teploměry detekují jakoukoliv energii nad 0 kelvin (absolutní nula) emitovanou předmětem před zařízením. Detektor převádí energii do elektrického signálu a předává jej do procesoru, aby interpretoval a zobrazoval data po kompenzaci variant způsobených okolní teplotou.
Příkladem je infračervený teploměr MLX90614ESF-BCH-BCH-000 TU od Melexis. Zahrnuje infračervený čip detektoru termopilu a čip pro kondicionování signálu integrovaný do balení do 39 (obr. 4). K dispozici je také nízká hlučnost zesilovač, 17-bitový analogový k digitálnímu převodníku a procesor digitálního signálu pro přesnost a rozlišení.
Infračervené teploměry jsou továrně kalibrovány pro teplotní rozsah -40 ° C až 85 ° C (okolí) a -70 ° C až 382 ° C pro teplotu předmětu. Standardní přesnost je 0,5 ° C při pokojové teplotě.
Snímač je továrně kalibrován s digitálním výkonem SMBUS a má rozlišení 0,02 ° C. Alternativně mohou návrháři konfigurovat digitální výstup 10bitový digitální výstup šířky pulsu (PWM) s rozlišením 0,14 ° C.
Rozvojová podpora
Snímače MAX30208 jsou podporovány systémem hodnocení max30208evsys #, který obsahuje Flex PCB pro držení teplotního čidla MAX30208 IC (obrázek 5). MAX32630FTHR mikrořadič deska a deska rozhraní MAX30208 jsou připojeny přes záhlaví. Hodnotící hardware může být připojen k počítači pomocí dodaného kabelu USB. Systém pak automaticky instaluje potřebné ovladače zařízení připravené pro software EV Kit, který má být stažen.
Pro měření tělesné teploty na více místech, obvody teplotní MAX30208 lze připojit přes I2C adresy v uspořádání se sériovým řetězcem na jedné baterie a hostitelské mikrokontroléru. Každý snímač teploty je dotazována mikrořadičem pravidelně vytvořit profil jak místní, tak i celé tělesné teploty.
Vývojáři mohou používat mikroe-1362 irthermo click desku z mikroelektronika pro použití s infračerveným senzorem MLX90614.To odkazuje modul infračerveného modulu MLX90614ESF-AAA na tabuli mikrokontroléru přes linku Mikrobus I2C nebo PWM linku (obrázek 6).
5V deska je kalibrována pro -40 ° C až 85 ° C Okolní teplota okolí a -70 ° C až + 380 ° C Rozměry teploty objektu.
