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人体温度使用数字传感器
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关键词:温度传感器,数字温度传感器,I2C,体温测量,人体 耐高温、耐磨 申请须知7069 想一想多站点的传感器 连续体温 测量 作者:安德鲁·伯特和迈克尔·杰克逊 在这种设计方案中,我们考虑了影响数字温度传感器的一些因素。 能够连续准确地测量人体温度。在检查了一些 由于当前解决方案的局限性,我们提出了一种微型数字温度传感器IC,该IC将带来多个 未来医疗设备和可穿戴设备设计的优势。 介绍 当美国军方在20世纪70年代开发全球定位系统(GPS)时,很少有人会这么做 设想有一天,普通平民将在他们的汽车上或在他们的道路上使用它 智能手机可以帮助他们导航。在类似的静脉中,临床等级传感器 最初设计用于在医院环境中监测患者健康的设备,现在越来越多地被应用于医疗领域 无数消费者健康和健身设备(图1)。 第1页,共9页 图1。当今的可穿戴技术。 然而,严格控制的医务室环境与日常生活的熵是截然不同的。 因此,可穿戴设备中存在的传感器所遇到的日常条件提供了一种解决方案 对医院设备中运行的类似传感器提出的挑战截然不同。在这个设计中 解决方案中,我们考虑了一些影响连续精确测量能力的因素。 人体温度使用数字传感器。在检查了当前解决方案的一些局限性之后,我们 然后介绍一种微型数字温度传感器IC,它将为医疗和医疗领域带来诸多优势 未来的设备和可穿戴设备设计。 人体体温 健康人的体温通常在97°F至99°F(36.5°C至37.5°C)之间, 尽管有很多因素会导致这种情况发生变化,包括年龄、性别、活动水平和时间 (举几个例子)。超过这些值的长期变化可能是一种风险 表明存在相对常见的健康问题(如发烧),而 术后患者可能是潜在威胁生命的疾病(如败血症)的迹象。因此 快速准确测量体温的能力对医生来说非常重要。原来 使用水银球温度计测量(由于安全原因而放弃),体温为 现在通常使用数字温度计探头测量。 第2页,共9页 除了前面列出的变量之外,测量温度时要考虑的另一个因素是 进行测量的车身位置。在医院环境中,这通常由 在耳、口或直肠管中放置探针。有趣的是,耳朵和直肠的温度通常很低 高于口腔,而口腔又高于腋窝(有时也使用)。时断时续 在这些身体部位进行的温度测量,通常对处于静止状态的患者是可以忍受的 在临床环境中,它们仍然具有侵入性,有可能引起轻微的不适。对于 因此,这些车身位置不适用于使用 可穿戴设备。 皮肤测量 一个明显的、易于接近的身体部位是皮肤上,用于连续温度监测,这是 人体最大的器官。方便的是,大多数消费者可穿戴设备都佩戴在手腕上(以及 因此与皮肤接触)。然而,在该位置进行的温度测量可能会 用于监测瞬时变化(例如,运动或活动引起的变化)和每日趋势, 这不是进行精确临床监测的理想位置。这是由于设备与设备之间的距离 心脏和暴露在暂时的环境条件下。手的位置较低且变化较大 体温高于身体其他部位。 一个更理想的方案是将多个监视器放置在不同位置与皮肤接触 在主体上的位置,生成可用于计算更能反映 整体体温。有趣的是,最近的研究表明皮肤的局部变异 温度可能是疾病(如恶性肿瘤)的标志物。更有可能的是,这些地方 当使用多个监视器时,会检测到温度变化。 温度监测器设计 可穿戴温度监测器需要电池、微控制器(适用于可穿戴应用), 和一个温度传感器IC(图2)。为了尽可能延长电池寿命,必须 两个IC都尽可能少地消耗功率。最大限度地提高便携性,同时最大限度地减少使用者的不适感 佩戴者,两者的尺寸应尽可能小。这最大限度地提高便携性,同时最大限度地减少使用者的不适感 佩戴者,两者的尺寸应尽可能小。这种类型的监视器通常连接到 在车身上的单个位置使用粘合补片。 图2。用于温度监视器的积木。 许多温度传感器IC在封装底部有一个金属热垫(图 第3页,共9页 3). 热量从车身测量点传导到热垫,然后由IC进行转换 转化为数字表示。 图3。典型温度传感器IC(底视图)。 此焊盘的位置可能导致两个设计问题。首先,它在包裹下面的位置使 PCB设计人员很难将金属轨迹从与车身接触的点穿过车身 板子,和垫子。其次,由于它与同一IC上的其他引脚非常接近,因此 由于流入和流出电流的加热效应,可能发生寄生自加热 其他引脚。这可能会干扰所需的体温测量。 除了这些设计问题外,还有一个值得考虑的实际问题。测量 多个身体部位的温度需要同一监视器的多个独立实例, 每个都有自己的电池(需要定期充电/更换)、微控制器(存储数据 必须检索)和温度传感器IC。除了给佩戴者带来明显不便外,谁 必须连接多个粘合贴片,这是一种成本高、效率低且难以操作的方法。 菊花链 图4说明了在多个位置测量体温的更实际的方法。这个 这款贴身运动型服装的面料采用了多个温度传感器IC,它们是 以菊花链方式连接到单个电池和主机微控制器。每种温度 微控制器可以定期轮询传感器,以创建局部和全身的轮廓 温度 第4页,共9页 图4。包含多个温度传感器的服装。 通过使用图5所示的温度传感器IC,可以实现这种布置。 第5页,共9页 图5。MAX30208数字温度传感器。 除了它的微小尺寸(2mm x 2mm x 0.75mm),这种临床级数字温度传感器IC 与其他温度传感器相比有几个优点。 温度不是在包装底部使用热垫,而是在包装顶部测量 封装应尽可能远离其引脚,最大限度地降低寄生自热的可能性。像 如图6所示,该部件的一个创新特征是它不需要安装在专用支架上 印刷电路板。这意味着它可以很容易地连接到远程主机微控制器使用平面灵活/打印机 电缆(FFC/FPC),允许多个传感器舒适地嵌入并连接在一起 可穿衣服的织物。 第6页,共9页 图6。使用FFC/FPC将传感器连接到微控制器。 该传感器在预期的人体温度范围内(35.8°C至20°C)高度精确到±0.1°C 41°C),并在宽电压范围(1.7V至3.6V)内工作,在工作过程中仅消耗60μa电流 停机时的测量和0.5μA。它包括用于温度数据的32字FIFO(允许 CPU睡眠时间更长),包括高阈值和低阈值数字温度警报。I-C接口 允许多个部件以菊花链配置连接到微控制器(图7)。 图7。采用集成电路的多点温度传感。 如果需要,可以使用I C多路复用器将其他传感器连接到菊花链(图 8). 2. 2. 2. 第7页,共9页 图8。多路复用器。 总结 对移动人员进行连续、准确的体温监测需要一种非常不同的方法 对于临床环境中静止患者使用的间歇性侵入性方法。它需要 可穿戴温度监测器位于皮肤表面的多个位置,最小 佩戴者感到不适。当为此类应用选择温度传感器IC时,潜在的 用于因热垫位于包装底面而引起的寄生自热 应该牢记在心。如我们所示,这可以通过选择温度传感器IC来避免 它测量包装顶部的温度。我们还表明,由于该IC没有 需要PCB安装,它特别适合在远程、多传感器配置中使用 可穿的衣服。本部分的其他应用包括医用温度计和物联网设备。 2. 第8页,共9页 相关部分 MAX30208±0.1°C精确,I C数字温度传感器样本 MAX7356 1至8 I²C总线开关/带总线锁定的多路复用器 检测、隔离和通知 样品 MAX7357 1到8 I²C总线开关/带总线锁定的多路复用器 检测、隔离和通知 样品 MAX7358 1到8 I²C总线
 
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