פישוט עיצוב חיישן לציוד רפואי
Nov 17,2021
מבין ארבעת הסוגים הנפוצים של חיישני טמפרטורה - תרמים, התקני טמפרטורת ההתנגדות, תרמיסטורים וחיישן טמפרטורה ICS - טמפרטורה חיישנים ICS הם אופציה טובה עבור עיצובים רפואיים ומוצרי בריאות. בעיקר, הם אינם דורשים livearisation, הם מציעים חסינות רעש טוב והם יחסית קל לשלב התקנים ניידים לביש בריאות. עבור חישה חסרת מגע, מדחום אינפרא אדום ניתן להשתמש.
פרמטרים מרכזיים הם גודל, צריכת חשמל ורגישות תרמית. האחרון חשוב עבור דיוק קליני כיתה כי אפילו כוח חולף (μW) יכול לחמם את החיישן ולגרום קריאות לא מדויקות. שיקול נוסף הוא סוג של ממשק (דיגיטלי או אנלוגי), אשר יקבעו רכיבים הקשורים, כגון microcontroller.
דיוק קליני
עמידה בדייקנות קלינית, לכל ASTM E112 (שיטות בדיקה סטנדרטיות לקביעת גודל גרגר ממוצע), מתחילה עם החיישן המתאים. מקסים משולבים של MAX30208 חיישנים דיגיטליים, לדוגמה, תכונה ± 0.1 ° C דיוק מ + 30 מעלות צלזיוס ל + 50 מעלות צלזיוס ו ± 0.15 ° C דיוק מ 0 ° C עד 70 ° C. (מקסים משולבת נרכשה על ידי התקנים אנלוגיים באוגוסט 2021.) התקנים למדוד 2x2x0.75mm והם נמצאים רזה 10pin החבילה LGA (איור 1). ICS לפעול מתוך מתח אספקה של 1.7V-3.6V ולצרוך פחות מ 67μA בפעולה ו 0.5μA במצב המתנה.
חשוב כי הטמפרטורה של חיישן אינה משפיעה על קריאת המדידה של מכשיר לביש. החום של חיישן IC, אשר נוסע מה- PCB דרך החבילה, מוביל לחיישן למות והוא יכול להשפיע על הדיוק. בטמפרטורה חיישן IC, חום זה מתנהל באמצעות כרית תרמית מתכת על החלק התחתון של החבילה, וכתוצאה מכך חימום טפילי. זה יכול לגרום להולכה תרמית פנימה והחוצה של סיכות אחרות, מפריע מדידות טמפרטורה.
ישנם מספר טכניקות כדי להתמודד עם חימום טפילי. עקבות דקים ניתן להשתמש כדי למזער מוליכות תרמית הרחק חיישן IC. מעצבים יכולים למדוד את הטמפרטורה בחלק העליון של החבילה, רחוק ככל האפשר מסיכות IC, במקום להשתמש בלוח תרמי. זה המקרה עבור max30208clb + ו max30208 חיישנים דיגיטליים אחרים.
אפשרות נוספת היא למקם רכיבים אלקטרוניים אחרים רחוקים מן האלמנט החישה ככל האפשר כדי למזער את השפעתם על מדידת הטמפרטורה.
שיקולי עיצוב תרמי
כדי להבטיח בידוד תרמי ממקורות חום במכשירים לביש חייב להיות נתיב תרמי טוב בין אלמנט חישת הטמפרטורה לבין העור של המשתמש. המיקום מתחת לחבילה עושה את זה מאתגר עבור PCB לנתב מסלולי מתכת מנקודת מגע עם הגוף.
המערכת צריכה להיות מתוכננת כך החיישן הוא קרוב ככל האפשר לטמפרטורת היעד כדי להיות נמדדים. באמצעות חיישנים Max30208, עיצובים לביש ותיקונים רפואיים יכולים להשתמש Flex או Semi-Reliad PCBs. MAX30208 חיישני טמפרטורה דיגיטליות יכול להיות מחובר ישירות למיקרו באמצעות כבל גמיש שטוח או כבל מדפסת שטוח.
זה חיוני כדי למקם את חיישן הטמפרטורה IC בצד להגמיש של PCB, אשר מקטין את ההתנגדות התרמית בין פני העור ואת החיישן. מעצבים צריכים גם למזער את עובי הלוח להגמיש עבור גמיש יעיל ומגע טוב יותר.
חיישני טמפרטורה דיגיטליות מקושרים בדרך כלל למיקרו-בקרים באמצעות ממשק סידורי I2C. מקסים Max30208ClB +, לדוגמה, משתמש הראשון במילה הראשונה בהתחלה כדי ליצור חיישן טמפרטורה הרשמה ההתקנה מציע עד 32 קריאות טמפרטורה, כל אחד מהם בתים. זה מאפשר למיקרו לישון לתקופות ממושכות כדי לחסוך כוח (איור 2). רישומי מיפוי הזיכרון גם מאפשרים לחיישנים להציע אזעקות טמפרטורות דיגיטליות גבוהות ונמוכות.
ניתן להגדיר סיכת קלט כללית / פלט למטרות כלליות כדי להפעיל את ההמרה לטמפרטורה ועוד מוגדרת ליצירת פסיקה לבחירה של סיביות סטטוס.
כיול במפעל.
חיישני טמפרטורה דיגיטליים רבים הם מכוילים במפעל, ביטול הצורך recalibration פעם בשנה, כמו במקרה של חיישני טמפרטורות מורשת רבים. זה עוקף את הצורך לפתח תוכנה ליניאריז את התפוקה, כמו גם לדמות ואת לכוונן את המעגל. בנוסף, הוא מבטל את הצורך במרכיבים מדויקים מרובים וממזער את הסיכון של אי-התאמה עכבה.
משפחת AS621x של חיישני טמפרטורה מ AMS הוא המפעל מכויל ויש לו linearisation משולב (איור 3). יש לו גם שמונה כתובות I2C עבור ניטור טמפרטורה בשמונה כתמים חמים פוטנציאליים דרך אוטובוס אחד. ממשק סידורי וכתובות I2C מרובים הופכים אב טיפוס ואימות עיצוב קל יותר.
גרסאות מדויקות ל 0.2 ° C, ± 0.4 ° C ו- ± 0.8 ° C זמינים. למערכות ניטור הקשורות לבריאות, דיוק בתוך ± 0.2 ° C מספיקה (AS6212-AWLT-L). כל התקני AS621X יש רזולוציה 16bit כדי לזהות וריאציות קטנות בטמפרטורה מעל 40 מעלות צלזיוס ל + 125 מעלות צלזיוס.
AS621X אמצעים 1.5mm2 ומגיע ברמת רקיק בקנה מידה בקנה מידה. מתח האספקה הוא 1.71V עם צריכת 6μA במהלך המבצע ו 0.1μA במצב המתנה, מה שהופך את AS6212-AWLT-L במיוחד עבור יישומים מופעל על ידי סוללה.
חיישני טמפרטורה ללא מגע
מדחום אינפרא אדום לבצע מדידות טמפרטורה ללא מגע של טמפרטורת הסביבה ואת הטמפרטורה של אובייקט.
מדי חום כאלה לזהות כל אנרגיה מעל 0 קלווין (אפס מוחלט) הנפלט על ידי אובייקט מול המכשיר. הגלאי ממיר את האנרגיה לתוך אות חשמלי ועובר אותו למעבד לפרש ולהציג את הנתונים לאחר פיצוי על וריאציות הנגרמות על ידי טמפרטורת הסביבה.
דוגמה היא MLX90614ESF-BCH-000-TU אינפרא אדום מדחום מממלסיס. הוא כולל שבב גלאי thermopile אינפרא אדום ואת שבב מיזוג אות משולבת לתוך חבילה ל -39 (איור 4). יש גם מגבר רעש נמוך, אנלוגי של 17 סיביות ממיר דיגיטלי ומעבד אות דיגיטלי לדיוק ורזולוציה.
The Infrared Thermometers הם במפעל מכויל לטווח טמפרטורות של -40 מעלות צלזיוס ל 85 מעלות צלזיוס (Ambient) ו -70 מעלות צלזיוס ל 382.2 מעלות צלזיוס לטמפרטורת אובייקט. דיוק סטנדרטי הוא 0.5 מעלות צלזיוס בטמפרטורת החדר.
החיישן הוא המפעל מכויל עם פלט SMBUs דיגיטלי יש פתרון של 0.02 מעלות צלזיוס. לחלופין, מעצבים יכולים להגדיר את אפנון רוחב הדופק 10bit (PWM) פלט דיגיטלי עם רזולוציה של 0.14 ° C.
תמיכה בפיתוח
חיישנים MAX30208 נתמכים על ידי מערכת הערכה Max30208Evsys, הכולל PCB להגמיש להחזיק את חיישן הטמפרטורה Max30208 IC (איור 5). לוח MAX32630FHR Microcontroller ואת לוח הממשק Max30208 מחוברים באמצעות כותרות. חומרה ההערכה יכולה להיות מחוברת למחשב באמצעות כבל ה- USB המסופק. המערכת אז באופן אוטומטי להתקין את מנהלי ההתקנים הדרושים מוכן התוכנה ערכת EV להורדה.
למדידת חום גוף במקומות מרובים, שבבי טמפרטורת MAX30208 ניתן לחבר באמצעות כתוב I2C בהסדר שרשרת דייזי מייקרו סוללה מארחת יחיד. כל חיישן הטמפרטורה שענו על סקר מיקרו בקביעות כדי ליצור פרופיל של שניהם הטמפרטורה המקומית כל הגוף.
מפתחים יכולים להשתמש Mikroe-1362 Irthermo לחץ על לוח מ Mikroelektronika לשימוש עם חיישן אינפרא אדום MLX90614.זה קישור MLX90614SF-AAA יחיד אזור אינפרא אדום מדחום מודול ללוח מיקרו -Croller באמצעות קו Mikrobus I2C או קו PWM (איור 6).
לוח 5V הוא מכויל עבור -40 ° C עד 85 מעלות צלזיוס טמפרטורת הסביבה ו -70 מעלות צלזיוס + 380 מעלות צלזיוס טווחי טמפרטורת.
