Az orvosi berendezések érzékelőinek egyszerűsítése
Nov 17,2021
A négy közös típusú hőmérséklet-érzékelők - hőelemek, ellenállás hőmérséklet eszközök, termisztorok és hőmérséklet-érzékelő áramkörök - hőmérséklet érzékelő IC-k egy jó lehetőség az érintkezés alapú orvosi és egészségügyi tervez. Főleg nem igényelnek linearizációt, jó zajmentességet kínálnak, és viszonylag könnyű integrálni a hordozható és hordható egészségügyi eszközökbe. Érintés nélküli érzékelés esetén infravörös hőmérők használhatók.
A legfontosabb paraméterek a méret, az energiafogyasztás és a termikus érzékenység. Az utolsó fontos a klinikai minőségű pontosság szempontjából, mert az átmeneti teljesítmény (μW) is fel tudja melegíteni az érzékelőt és pontatlanokat okozhat. Egy másik szempont az, hogy milyen típusú interfész (digitális vagy analóg), amely meghatározza a kapcsolódó elemek, mint például a mikrokontroller.
Klinikai minőségű pontosság
Az ASTM E112-ben az ASTM E112 (standard vizsgálati módszerek az átlagos szemcseméret meghatározására) a megfelelő érzékelővel kezdődik. A Maxim integrált MAX30208 digitális hőmérséklet-érzékelők, például ± 0,1 ° C pontosság + 30 ° C és + 50 ° C közötti és 0,15 ° C pontosságú pontossággal 0 ° C és 70 ° C között. (Maxim Integrated által megszerzett Analog Devices augusztusban 2021) A készülékek mérik 2x2x0.75mm és vékony 10pin LGA csomag (1. ábra). Az ICS 1,7V-3.6V tápfeszültségből működtet, és 67 μA-nál kevesebbet fogyaszt üzembe, és készenléti állapotban 0,5 μA-nál.
Fontos, hogy az érzékelő saját hőmérséklete ne befolyásolja a hordozható eszköz mérési olvasását. Az érzékelő IC hője, amely a PCB-ről a csomagon keresztül halad, az érzékelőhöz vezet, és befolyásolhatja a pontosságot. Az IC hőmérsékletérzékelőben ezt a hőt egy fém hőmérőn végezzük a csomag alsó részén, ami parazita fűtést eredményez. Ez termikus vezetést okozhat más csapokból, és befolyásolhatja a hőmérséklet méréseket.
Számos technika van a parazita fűtés ellen. Vékony nyomokat használhatunk a hővezető képesség minimalizálása az IC érzékelőtől. A tervezők mérhetik a csomagolás tetején lévő hőmérsékletet, a lehető legtávolabb az IC csapoktól, ahelyett, hogy a termikus padot használják. Ez a helyzet a Max30208CLB + és más MAX30208 digitális hőmérsékletérzékelők esetében.
Egy másik lehetőség az, hogy tegyen más elektronikus alkatrészek, távol az érzékelő elem a lehető legkisebbre csökkentése hatással van a hőmérséklet mérésére.
Termikus tervezési szempontok
A hőszigetelés biztosítása a hőforrásokból, hordozható eszközökben, jó hőteljesítménynek kell lennie a hőmérsékletérzékelő elem és a felhasználó bőre között. A csomag alatt lévő hely kihívást jelent a PCB számára, hogy a fémsávokat a testrel való érintkezési pontból vezesse.
A rendszert úgy kell megtervezni, hogy az érzékelő a lehető legközelebb legyen a mérendő célhőmérsékletre. Használata MAX30208 érzékelők, hordható tervek és orvosi tapaszok használhatja flex vagy félig merev PCB. A MAX30208 digitális hőmérsékletérzékelők közvetlenül egy mikrokontrollerhez csatlakoztathatók lapos rugalmas kábel vagy lapos nyomtató kábel segítségével.
Elengedhetetlen, hogy a hőmérsékletérzékelőt a PCB FLEX oldalára helyezzük, ami csökkenti a bőr felületét és az érzékelőt. A tervezőknek minimalizálniuk kell a flex kártya vastagságát is a hatékony hajlításhoz és jobb érintkezéshez.
A digitális hőmérséklet-érzékelők jellemzően a mikrokontrollerekhez kapcsolódnak I2C soros interfészen keresztül. A Maxim Max30208CLB +, például először 32 szót használ először, hogy létrehozzon egy hőmérséklet-érzékelő beállítási regisztert, amely akár 32 hőmérséklet-leolvasást kínál, amelyek mindegyike két bájtot tartalmaz. Ez lehetővé teszi, hogy a mikrokontroller hosszabb ideig aludjon a teljesítmény megőrzéséhez (2. ábra). A memória-leképezett regiszterek lehetővé teszik az érzékelők számára, hogy magas és alacsony küszöbértékű digitális hőmérsékleti riasztásokat kínáljanak.
Egy általános célú bemeneti / kimeneti pin lehet beállítani, hogy kiváltó hőmérsékletű átalakító és a másik kialakítva, hogy előállítson egy megszakítást szelektálható állapotbitek.
Gyári kalibrálás
Sok digitális hőmérséklet-érzékelők gyárilag kalibrálva van, így nincs szükség átkalibráláshoz évente egyszer, mint ahogy az a sok örökölt hőmérséklet-érzékelők. Ezzel megkerüli a szoftverek fejlesztésének szükségességét a kimenet linearizálására, valamint az áramkör szimulálására és finomhangolására. Ezenkívül kiküszöböli a többcélú precíziós alkatrészek szükségességét, és minimalizálja az impedancia-eltérés kockázatát.
Az AMS-ből származó hőmérséklet-érzékelők AS621X családja gyárilag kalibrálva van, és integrált linearizációval rendelkezik (3. ábra). Nyolc I2C-címmel rendelkezik a nyolc potenciális forró foltok hőmérsékletellenőrzésével is egyetlen buszon keresztül. A soros interfész és több I2C címek megkönnyítik a prototípusokat és a tervezési ellenőrzést.
Változatok pontosak ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C és ± 0,8 ° C-ig. Az egészséggel kapcsolatos megfigyelési rendszerek esetében elegendő a ± 0,2 ° C-on belüli pontosság (az AS6212-AWLT-L). Minden AS621x eszközöknek 16bit felbontású kimutatására kis eltérések a hőmérséklete a -40 ° C és + 125 ° C üzemi tartományban.
Az AS621X intézkedések 1,5 mm2-esek, és egy ostya szintű chip-skála csomagolásban találhatók. A tápfeszültség 1,71v, 6 μA fogyasztás esetén üzem közben és 0,1μA készenléti állapotban, így az AS6212-AWLT-L különösen alkalmas az akkumulátoros alkalmazásokra.
Érintő hőmérséklet-érzékelők
Az infravörös hőmérők nem érintkező hőmérséklet-méréseket végeznek a környezeti hőmérséklet és az objektum hőmérséklete.
Az ilyen hőmérők észlel energia meghaladja a 0 Kelvin (abszolút nulla) által kibocsátott egy tárgy előtt a készüléket. A detektor átalakítja az energiát egy elektromos jelet, és továbbítja azt egy processzort, hogy értelmezze, és megjeleníti az adatokat után kompenzáló variációk által okozott környezeti hőmérséklet.
Példa az MLX90614ESF-BCH-000-TU infravörös hőmérő MELEXIS-ből. Ez tartalmaz egy infravörös hőelemből érzékelő chip és egy jel kondicionáló chip integrálva egy TO-39 csomag (4. ábra). Van egy alacsony zajerősítő, 17 bites analóg a digitális átalakító és a digitális jelfeldolgozó számára a pontosság és a felbontás érdekében.
Az infravörös hőmérők gyárilag kalibrálva hőmérséklet -40 ° C és 85 ° C (környezeti) és -70 ° C és 382,2 ° C-on tárgy hőmérsékletének. A szabványos pontosság szobahőmérsékleten 0,5 ° C.
Az érzékelő gyárilag egy digitális SMBUS kimenettel kalibrálva van, és 0,02 ° C-os felbontással rendelkezik. Alternatív megoldásként a tervezők 0,14 ° C felbontással konfigurálhatják a 10BIT impulzusszélesség modulációt (PWM) digitális kimenetet.
Fejlesztési támogatás
A MAX30208 érzékelők által támogatott MAX30208EVSYS # értékelési rendszer, amely magában foglal egy rugalmas NYÁK, hogy tartsa a MAX30208 hőmérséklet-érzékelő IC (5. ábra). A MAX32630FTH mikrokontroller kártya és a Max30208 interfész kártya fejléceken keresztül csatlakozik. Az értékelő hardver csatlakoztatható a számítógéphez a mellékelt USB kábellel. A rendszer ezután automatikusan telepíti a szükséges illesztőprogramokat készen az EV kit letöltendő szoftver.
Mérésére testhőmérséklet több helyen, MAX30208 hőmérsékletet IC-k keresztül lehet csatlakoztatni I2C címek egy láncba elrendezés egy egyetlen akkumulátor és a fogadó mikrovezérlő. Mindegyik hőmérséklet érzékelő által megkérdezett mikrokontroller rendszeresen profilt létrehozni mind helyi, mind az egész test hőmérsékletét.
A fejlesztők használhatják a Mikroe-1362 irthermo kattintást a Mikroelektronika-ból az MLX90614 infravörös érzékelővel való használatra.
Az 5 V táblát -40 ° C és 85 ° C közötti környezeti hőmérséklet és -70 ° C és + 380 ° C tárgyhőmérsékletek között kalibráljuk.
