Memudahkan Reka Bentuk Sensor untuk Peralatan Perubatan
Nov 17,2021
Daripada empat jenis sensor suhu yang biasa - termokopel, peranti suhu rintangan, thermists dan sensor suhu ICS - Suhu Sensor ICS adalah pilihan yang baik untuk reka bentuk perubatan dan penjagaan kesihatan yang berasaskan kenalan. Pada dasarnya, mereka tidak memerlukan litar, mereka menawarkan imuniti bunyi yang baik dan agak mudah untuk diintegrasikan ke dalam peranti penjagaan kesihatan mudah alih dan boleh pakai. Untuk penginderaan tanpa sentuh, termometer inframerah boleh digunakan.
Parameter utama adalah saiz, penggunaan kuasa dan sensitiviti haba. Yang terakhir adalah penting untuk ketepatan gred klinikal kerana walaupun kuasa sementara (μw) boleh memanaskan sensor dan menyebabkan pembacaan yang tidak tepat. Satu lagi pertimbangan adalah jenis antara muka (digital atau analog), yang akan menentukan komponen yang berkaitan, seperti mikrokontroler.
Ketepatan gred klinikal
Mengadakan ketepatan gred klinikal, per ASTM E112 (kaedah ujian standard untuk menentukan saiz bijian purata), bermula dengan sensor yang sesuai. Maxim bersepadu Max30208 Sensor suhu digital, sebagai contoh, ciri ± 0.1 ° C Ketepatan dari + 30 ° C hingga + 50 ° C dan ± 0.15 ° C Ketepatan dari 0 ° C hingga 70 ° C. (Maxim bersepadu diperolehi oleh peranti analog pada bulan Ogos 2021.) Peranti mengukur 2x2x0.75mm dan berada dalam pakej 10pin LGA yang nipis (Rajah 1). ICS beroperasi dari voltan bekalan 1.7V-3.6V dan mengambil kurang daripada 67μA beroperasi dan 0.5μA dalam bersedia.
Adalah penting bahawa suhu sensor sendiri tidak mempengaruhi bacaan pengukuran peranti yang boleh dipakai. Haba Sensor IC, yang bergerak dari PCB melalui pakej, membawa kepada sensor mati dan boleh menjejaskan ketepatan. Dalam SENSOR SENSOR IC, haba ini dijalankan melalui pad haba logam di bahagian bawah pakej, menyebabkan pemanasan parasit. Ini boleh menyebabkan pengaliran haba masuk dan keluar dari pin lain, mengganggu pengukuran suhu.
Terdapat beberapa teknik untuk mengatasi pemanasan parasit. Jejak nipis boleh digunakan untuk meminimumkan kekonduksian haba dari IC sensor. Pereka boleh mengukur suhu di bahagian atas pakej, sejauh mungkin dari pin IC, dan bukannya menggunakan Pad Thermal. Ini adalah kes untuk MAX30208CLB + dan sensor suhu digital MAX30208 yang lain.
Pilihan lain adalah untuk meletakkan komponen elektronik lain sejauh yang jauh dari unsur penginderaan yang mungkin untuk meminimumkan kesannya pada pengukuran suhu.
Pertimbangan Reka Bentuk Thermal.
Untuk memastikan pengasingan haba dari sumber haba dalam peranti yang boleh dipakai mesti ada jalan termal yang baik antara unsur penderiaan suhu dan kulit pengguna. Lokasi di bawah pakej menjadikannya mencabar untuk PCB untuk mengarahkan trek logam dari titik hubungan dengan badan.
Sistem ini harus direka supaya sensor sedekat mungkin ke suhu sasaran yang diukur. Menggunakan sensor MAX30208, reka bentuk yang boleh dipakai dan tompok perubatan boleh menggunakan PCB Flex atau Semi-tegar. Sensor suhu digital MAX30208 boleh disambungkan terus ke mikrokontroler menggunakan kabel fleksibel yang rata atau kabel pencetak rata.
Adalah penting untuk meletakkan suhu sensor suhu di sisi flex PCB, yang mengurangkan rintangan haba antara permukaan kulit dan sensor. Pereka juga harus meminimumkan ketebalan papan Flex untuk sentuhan yang cekap dan lebih baik.
sensor suhu digital biasanya dikaitkan dengan pengawal mikro melalui antara muka bersiri I2C. Maxim MAX30208CLB +, sebagai contoh, menggunakan 32 perkataan pertama keluar dulu untuk membuat sensor suhu setup daftar menawarkan sehingga 32 bacaan suhu, setiap yang terdiri daripada dua bait. Ini membolehkan mikropengawal untuk tidur untuk tempoh yang dilanjutkan kepada kuasa memulihara (Rajah 2). Daftar memori-dipetakan juga membolehkan sensor untuk tawaran tinggi dan ambang rendah penggera suhu digital.
A kegunaan umum input / output pin boleh dikonfigurasikan untuk mencetuskan penukaran suhu dan lain dikonfigurasikan untuk menjana sampukan untuk bit status dipilih.
penentukuran kilang
Banyak sensor suhu digital adalah kilang-ditentukur, menghapuskan keperluan untuk recalibration sekali setahun, seperti kes bagi banyak sensor suhu warisan. Ini memintas keperluan untuk membangunkan perisian untuk linearise output, serta merangsang dan menala halus litar. Selain itu, ia menghapuskan keperluan bagi pelbagai komponen ketepatan dan mengurangkan risiko ketidakpadanan impedans.
Keluarga AS621x sensor suhu dari AMS adalah kilang ditentukur dan mempunyai linearisation bersepadu (Rajah 3). Ia juga mempunyai lapan alamat I2C untuk memantau suhu di lapan kawasan panas yang berpotensi melalui bas tunggal. Antara muka bersiri dan berbilang alamat I2C membuat prototaip dan reka bentuk pengesahan lebih mudah.
Versi tepat kepada ± 0.2 ° C, ± 0.4 ° C dan ± 0.8 ° C yang ada. Untuk sistem pemantauan yang berkaitan dengan kesihatan, ketepatan dalam ± 0.2 ° C adalah mencukupi (yang AS6212-AWLT-L). Semua peranti AS621x mempunyai resolusi 16 bit untuk mengesan perubahan kecil dalam suhu lebih 40 ° C hingga + 125 ° C Julat operasi.
The AS621x mengukur 1.5mm2 dan datang dalam pakej skala cip tahap wafer. voltan bekalan adalah 1.71V dengan penggunaan 6μA semasa pengendalian dan 0.1μA sedia, membuat AS6212-AWLT-L terutamanya sesuai untuk aplikasi bateri.
sensor suhu sentuh
termometer inframerah melakukan pengukuran suhu bukan kenalan suhu ambien dan suhu objek.
termometer itu mengesan sebarang tenaga melebihi 0 Kelvin (sifar mutlak) yang dipancarkan oleh objek di hadapan peranti. Pengesan yang menukarkan tenaga kepada isyarat elektrik dan pas kepada pemproses untuk mentafsir dan memaparkan data selepas mengimbangi variasi yang disebabkan oleh suhu ambien.
Satu contoh ialah termometer inframerah MLX90614ESF-BCH-000-TU dari Melexis. Ia terdiri daripada cip pengesan thermopile inframerah dan cip penyesuaian isyarat digabungkan dalam satu pakej TO-39 (Rajah 4). Terdapat juga penguat bunyi yang rendah, 17-bit penukar analog ke digital dan pemproses isyarat digital untuk ketepatan dan resolusi.
Termometer inframerah adalah kilang ditentukur untuk pelbagai suhu -40 ° C hingga 85 ° C (ambien) dan -70 ° C hingga 382,2 ° C untuk suhu objek. ketepatan standard adalah 0.5 ° C pada suhu bilik.
sensor adalah kilang ditentukur dengan output SMBus digital dan mempunyai resolusi 0.02 ° C. Sebagai alternatif, pereka boleh menyelaraskan 10bit modulasi lebar denyut (PWM) output digital dengan resolusi 0.14 ° C.
sokongan pembangunan
Sensor MAX30208 disokong oleh sistem # penilaian MAX30208EVSYS, yang termasuk PCB flex untuk tahan suhu MAX30208 sensor IC (Rajah 5). Lembaga MAX32630FTHR mikropengawal dan antara muka papan MAX30208 disambungkan melalui tajuk. Perkakasan penilaian boleh disambungkan kepada PC menggunakan kabel USB yang disediakan. Sistem akan secara automatik memasang pemacu peranti perlu bersedia untuk perisian EV kit untuk dimuat turun.
Untuk mengukur suhu badan di pelbagai lokasi, MAX30208 IC suhu boleh disambungkan melalui alamat I2C dalam susunan daisy rantaian kepada bateri dan tuan rumah pengawal mikro tunggal. Setiap sensor suhu yang ditinjau oleh pengawal mikro dengan kerap untuk membuat profil bagi kedua-dua suhu tempatan dan seluruh badan.
Pemaju boleh menggunakan Mikroe-1362 Irthermo Click Board dari Mikroelektronika untuk digunakan dengan sensor inframerah MLX90614.Ini menghubungkan MLX90614ESF-AAA tunggal modul Thermometer Inframerah ke papan mikrokontroler melalui sama ada garis Mikrobus I2C atau garis PWM (Rajah 6).
Papan 5V dikalibrasi untuk suhu ambien -40 ° C hingga 85 ° C suhu ambien dan -70 ° C hingga 380 ° C Range suhu objek.
