Pinasimple ang disenyo ng sensor para sa medikal na kagamitan
Nov 17,2021
Ng apat na karaniwang mga uri ng temperatura sensors - thermocouples, paglaban temperatura aparato, thermistors at temperatura sensor ICS - temperatura sensor ICs ay isang mahusay na pagpipilian para sa contact-based medikal at pangangalaga ng kalusugan disenyo. Sa karagdagan, hindi sila nangangailangan ng linearisation, nag-aalok sila ng mahusay na ingay kaligtasan sa sakit at relatibong madaling upang maisama sa portable at naisusuot na mga aparatong pangkalusugan. Para sa contactless sensing, ang infrared thermometers ay maaaring gamitin.
Ang mga pangunahing parameter ay laki, pagkonsumo ng kuryente at thermal sensitivity. Ang huling ay mahalaga para sa katumpakan ng klinikal na grado dahil kahit na lumilipas ang kapangyarihan (μW) ay maaaring magpainit sa sensor at maging sanhi ng hindi tumpak na pagbabasa. Ang isa pang pagsasaalang-alang ay ang uri ng interface (digital o analogue), na tutukoy sa mga nauugnay na bahagi, tulad ng microcontroller.
Katumpakan ng klinikal na grado
Ang katumpakan ng klinikal na grado ng klinika, bawat ASTM E112 (karaniwang mga pamamaraan ng pagsubok para sa pagtukoy ng average na butil ng butil), ay nagsisimula sa naaangkop na sensor. Maximated integrated's max30208 digital temperatura sensors, halimbawa, tampok ± 0.1 ° C katumpakan mula sa + 30 ° C hanggang 50 ° C at ± 0.15 ° C katumpakan mula 0 ° C hanggang 70 ° C. (Maxim integrated ay nakuha sa pamamagitan ng analog na aparato sa Agosto 2021.) Ang mga aparato ay sumusukat 2x2x0.75mm at nasa isang manipis na 10pin LGA package (Figure 1). Ang ICS ay nagpapatakbo mula sa isang boltahe ng supply ng 1.7V-3.6V at kumonsumo ng mas mababa sa 67μA sa operasyon at 0.5μA sa standby.
Mahalaga na ang sariling temperatura ng sensor ay hindi nakakaimpluwensya sa pagsukat ng pagbabasa ng isang naisusuot na aparato. Ang init ng sensor IC, na naglalakbay mula sa PCB sa pamamagitan ng pakete, ay humahantong sa sensor mamatay at maaaring makaapekto sa katumpakan. Sa isang temperatura sensor IC, ang init na ito ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang metal thermal pad sa underside ng pakete, na nagreresulta sa parasitic heating. Ito ay maaaring maging sanhi ng thermal pagpapadaloy sa loob at labas ng iba pang mga pin, nakakasagabal sa mga sukat ng temperatura.
Mayroong maraming mga diskarte upang kontrahin ang parasitic heating. Maaaring gamitin ang manipis na mga bakas upang mabawasan ang thermal kondaktibiti mula sa sensor IC. Maaaring masukat ng mga designer ang temperatura sa tuktok ng pakete, hangga't maaari mula sa IC Pins, sa halip na gamitin ang thermal pad. Ito ang kaso para sa MAX30208CLB + at iba pang mga sensor ng digital na digital na temperatura.
Ang isa pang pagpipilian ay upang ilagay ang iba pang mga elektronikong bahagi bilang malayo mula sa sensing elemento hangga't maaari upang mabawasan ang kanilang epekto sa pagsukat ng temperatura.
Thermal design considerations.
Upang matiyak ang thermal paghihiwalay mula sa mga pinagmumulan ng init sa mga aparatong naisusuot ay dapat magkaroon ng isang mahusay na thermal path sa pagitan ng temperatura-sensing elemento at ang balat ng gumagamit. Ang lokasyon sa ilalim ng pakete ay ginagawang mahirap para sa PCB sa ruta ng mga track ng metal mula sa punto ng pakikipag-ugnay sa katawan.
Ang sistema ay dapat na dinisenyo upang ang sensor ay mas malapit hangga't maaari sa temperatura ng target na sinusukat. Ang paggamit ng mga sensor ng max30208, ang mga naisusuot na disenyo at mga medikal na patch ay maaaring gumamit ng Flex o semi-matibay na PCB. Ang max30208 digital temperatura sensors ay maaaring direktang konektado sa isang microcontroller gamit ang isang flat flexible cable o flat printer cable.
Mahalaga na ilagay ang temperatura sensor IC sa pagbaluktot gilid ng PCB, na binabawasan ang thermal pagtutol sa pagitan ng ibabaw ng balat at ang sensor. Ang mga designer ay dapat ding mabawasan ang kapal ng flex board para sa mahusay na flexing at mas mahusay na contact.
Digital na temperatura sensor ay karaniwang naka-link sa microcontrollers sa pamamagitan ng isang I2C serial interface. ni Maxim MAX30208CLB +, halimbawa, ay gumagamit ng isang 32-salita unang sa unang out upang lumikha ng isang temperatura sensor setup rehistro nag-aalok ng hanggang sa 32 na temperatura pagbabasa, ang bawat isa na binubuo ng dalawang bytes. Nagbibigay-daan ito sa isang microcontroller upang matulog para sa pinalawig na panahon upang pangalagaan kapangyarihan (Figure 2). Ang memory-nakamapang registers ring payagan ang mga sensor na nag-aalok ng mataas at mababang threshold digital na temperatura alarma.
Isang pangkalahatang layunin input / output pin maaaring i-configure upang ma-trigger ang isang temperatura ng conversion at iba pang naka-configure upang bumuo ng isang pag-abala para piliin ng status bits.
pabrika pag-calibrate
Maraming mga digital na temperatura sensors ay factory-calibrate, inaalis ang pangangailangan para sa recalibration isang beses sa isang taon, tulad ng kaso para sa maraming mga legacy temperatura sensors. Ito bypasses ang pangangailangan upang bumuo ng software upang linearise ang output, pati na rin gayahin at fine-tune ang circuit. Bukod pa rito, ito ay nag-aalis ang kailangan para sa maramihang mga bahagi katumpakan at pinaliliit ang panganib ng impedance mismatches.
Ang AS621x pamilya ng temperatura sensors mula ams ay factory naka-calibrate at may integrated linearisation (Figure 3). Mayroon din itong walong I2C address para sa temperatura monitoring sa walong mga potensyal na hot spot sa pamamagitan ng isang solong bus. Ang serial interface at maramihang I2C address gumawa prototyping at disenyo ng pag-verify mas madali.
Bersyon tumpak sa ± 0.2 ° C, ± 0.4 ° C at ± 0.8 ° C na magagamit. Para may kaugnayan sa kalusugan monitoring systems, katumpakan sa loob ng ± 0.2 ° C ay sapat na (ang AS6212-AWLT-L). Lahat AS621x mga aparato ay may 16bit resolution sa tiktikan maliit na mga pagkakaiba-iba sa temperatura sa ibabaw ng -40 ° C sa 125 ° C operating range.
Ang AS621x sumusukat 1.5mm2 at lumapit sa isang apa antas chip scale package. Supply para sa boltahe ay 1.71V na may 6μA consumption sa pagpapaandar at 0.1μA sa standby, ginagawa ang AS6212-AWLT-L partikular na ugma sa baterya-powered aplikasyon.
Contactless temperatura sensor
Infrared thermometer magsagawa ng non-contact na temperatura measurements ng ambient temperatura at ang temperatura ng isang bagay.
Ang ganitong mga thermometers nakakita ng anumang enerhiya itaas 0 Kelvin (absolute zero) na ibinubuga ng isang bagay sa harap ng aparato. detector Ang nag-convert ang enerhiya sa isang de-koryenteng signal at pumasa ito sa isang processor upang bigyang-kahulugan at ipakita ang data matapos ang compensating para sa mga pagkakaiba-iba sanhi ng ambient temperatura.
Ang isang halimbawa ay ang MLX90614ESF-BCH-000-TU infrared thermometer mula sa MELEXIS. Binubuo ito ng infrared termoelemento detector chip at isang signal conditioning chip isinama sa isang SA-39 package (Figure 4). Mayroon ding isang mababang ingay amplifier, 17-bit sa analogue sa digital converter at digital signal processor para sa katumpakan at resolution.
Ang infrared thermometers ay factory naka-calibrate para sa isang hanay ng temperatura ng -40 ° C sa 85 ° C (ambient) at -70 ° C upang 382.2 ° C para sa object temperatura. Standard katumpakan ay 0.5 ° C sa kuwarto temperatura.
Ang sensor ay factory naka-calibrate na may isang digital SMBus output at may isang resolution ng 0.02 ° C. Bilang kahalili, designer ay maaaring i-configure ang 10bit pulse width modulasyon (PWM) digital na output na may isang resolution ng 0.14 ° C.
pag-unlad ng suporta
Ang MAX30208 sensor ay suportado sa pamamagitan ng MAX30208EVSYS # evaluation system, na kung saan ay nagsasama ng isang ibaluktot PCB upang i-hold ang MAX30208 temperatura sensor IC (Figure 5). Ang MAX32630FTHR microcontroller board at ang MAX30208 interface board ay konektado sa pamamagitan ng header. Ang pagsusuri ng hardware ay maaaring konektado sa isang PC gamit ang ibinigay na USB cable. Ang sistema ay awtomatikong i-install ng mga kinakailangang driver na aparato ay handa na para sa EV kit software upang ma-download.
Para sa pagsukat ng temperatura ng katawan sa maramihang mga lokasyon, MAX30208 temperatura ICS ay maaaring konektado sa pamamagitan ng I2C address sa isang uri ng bulaklak-kadena arrangement sa isang solong baterya at host microcontroller. Ang bawat temperatura sensor ay polled sa pamamagitan ng microcontroller regular upang lumikha ng isang profile ng parehong temperatura lokal at buong-katawan.
Maaaring gamitin ng mga developer ang Mikroe-1362 IRTHERMO I-click ang board mula sa Mikroelektronika para magamit sa MLX90614 infrared sensor.Ang mga link na ito ng MLX90614ESF-AAA single-zone infrared thermometer module sa microcontroller board sa pamamagitan ng alinman sa Mikrobus I2C Line o PWM Line (Figure 6).
Ang 5V board ay naka-calibrate para sa -40 ° C hanggang 85 ° C ambient temperatura at -70 ° C hanggang + 380 ° C object temperatura saklaw.
