W jaki sposób osiągnąć dokładność temperatury klasy klinicznej

Szybka integracja klinicznej klasy pomiaru temperatury w przenośnych i ubieralnych urządzeniach medycznych

Tek.info

2020-11-18

Bezdotykowe czujniki temperatury

W przeciwieństwie do scalonych czujników temperatury, które wymagają jakiejś formy fizycznego kontaktu, termometry na podczerwień dokonują bezdotykowego pomiaru temperatury. Omawiane czujniki bezdotykowe mierzą dwa parametry: temperaturę otoczenia i temperaturę obiektu.

Termometry te wykrywają każdą energię powyżej 0 Kelwina (zera bezwzględnego), emitowaną przez obiekt, na który są skierowane. Detektor następnie konwertuje tę energię na sygnały elektryczne przekazywane do procesora w celu interpretacji i wyświetlenia po skompensowaniu o zmiany powodowane przez temperaturę otoczenia.

Ilustracja 4: Termometr na podczerwień MLX90614 posiada standardową dokładność 0,5°C w temperaturze pokojowej. (Źródło ilustracji: © Melexis)

Na przykład termometr na podczerwień MLX90614ESF-BCH-000-TU firmy Melexis zawiera podczerwony mikroukład detektora w postaci mikrostosu oraz mikroukład kondycjonowania sygnału zintegrowane w obudowie TO-39 (ilustracja 4). Grupa MLX90614 posiada zintegrowane wzmacniacze niskoszumne, 17-bitowe przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) oraz cyfrowe procesory sygnałowe (DSP) zapewniające wysoką dokładność i rozdzielczość.

Termometry na podczerwień MLX90614 są skalibrowane fabrycznie do pracy w zakresie temperatur otoczenia od -40°C do 85°C i temperatur obiektu od -70°C do 382,2°C. Charakteryzują się one standardową dokładnością 0,5°C w temperaturze pokojowej.

Omawiane bezdotykowe czujniki temperatury posiadają wyjścia działające w dwóch trybach: modulacji szerokości impulsu (PWM) oraz SMBus za pośrednictwem interfejsu dwuprzewodowego (TWI) lub łącza I2C. Czujnik jest fabrycznie skalibrowany w przypadku cyfrowego wyjścia SMBus i może obsługiwać cały zakres temperatur z rozdzielczością 0,02°C. Z kolei 10-bitowe wyjście cyfrowe PWM może zostać skonfigurowane przez projektanta do pracy z rozdzielczością 0,14°C.

Prace rozwojowe z wykorzystaniem czujników temperatury

Grupa czujników MAX30208 współpracuje z systemem ewaluacyjnym MAX30208EVSYS# firmy Maxim Integrated, który zawiera elastyczną płytkę drukowaną do montażu scalonego czujnika temperatury MAX30208 (ilustracja 5). System ewaluacyjny składa się z dwóch płytek: płytki mikrokontrolera MAX32630FTHR i płytki interfejsu MAX30208, które połączone są za pomocą listew. Projektanci muszą tylko podłączyć sprzęt ewaluacyjny do komputera PC przy użyciu dostarczonego w zestawie kabla USB. System automatycznie instaluje wymagane sterowniki urządzenia. Po ich zainstalowaniu należy zainstalować oprogramowanie EV Kit Software.

Ilustracja 5: Projektanci mogą podłączyć sprzęt ewaluacyjny do komputera PC przy użyciu dostarczonego w zestawie kabla USB. Niezbędne sterowniki urządzenia są instalowane automatycznie. (Źródło ilustracji: © Maxim Integrated)

Warto również tutaj wspomnieć, że urządzenie ubieralne lub mobilne może mierzyć temperaturę ciała w wielu miejscach. Na przykład w odzieży sportowej można połączyć kaskadowo wiele scalonych czujników temperatury MAX30208 z wykorzystaniem adresów I2C, stosując jedną baterię i mikrokontroler hosta. Każdy z czujników temperatury jest sondowany regularnie przez mikrokontroler w celu stworzenia profilu temperatury dla danego miejsca i całego ciała.

W przypadku czujników podczerwonych MLX90614, deweloperzy urządzeń medycznych mogą rozpocząć prace stosując kompaktowe płytki MIKROE-1362 IrThermo Click firmy MikroElektronika. Umożliwia to połączenie modułu jednostrefowego termometru na podczerwień MLX90614ESF-AAA z płytką mikrokontrolera za pomocą linii mikroBUS I2C lub linii PWM (ilustracja 6).

Ilustracja 6: Płytkę MIKROE-1362 IrThermo Click można wykorzystać do rozpoczęcia prac rozwojowych z użyciem czujnika MLX9016 firmy Maxim Integrated. (Źródło ilustracji: © MikroElektronika)

O autorze

Majeed Ahmad is an electronics engineer with more than 20 years of experience in B2B technology media. He is former Editor-in-Chief of EE Times Asia, a sister publication of EE Times. Majeed has authored six books on electronics. He is also a frequent contributor to electronics design publications, including All About Circuits, Electronic Products and Embedded Computing Design.

Płytki 5V firmy MikroElektronika są skalibrowane do pracy w zakresie temperatur otoczenia od -40°C do 85°C i temperatur obiektu od -70°C do +380°C.

Podsumowanie

Od projektantów oczekuje się rozwiązań pomiaru temperatury na poziomie klinicznym, które będą dostępniejsze dla masowego odbiorcy i pokonania takich wyzwań, jak zasilanie, rozmiary, koszty, niezawodność i dokładność. Dostępne obecnie czujniki kontaktowe i bezkontaktowe obsługiwane przez zestawy rozwojowe są pomocne w szybkim i sprawnym zaspokojeniu tych potrzeb. Jak wykazano, czujniki te nie tylko posiadają charakterystyki wymagane dla klinicznych pomiarów temperatury, ale również są skalibrowane fabrycznie i wyposażone są w interfejsy cyfrowe ułatwiające ich integrację w projektach kolejnej generacji.