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可穿戴温度监测系统的设计理念分享
时间: 2023-08-05 15:59 浏览次数:
可穿戴温度监测系统的设计理念分享美国材料与试验协会(ASTM)规定了电子患者体温计的精度要求,如表1所示。在最严格的范围内,这些标准允许最多±0.1oC的误差,以确保患者的体温
美国材料与试验协会(ASTM)规定了电子患者体温计的精度要求,如表1所示。在最严格的范围内,这些标准允许最多±0.1oC的误差,以确保患者的体温的准确测量。

表 1:ASTM E1112-00(2016)对温度精度的要求
除了选择精确的温度传感器之外,在临床温度探头或可穿戴温度贴片中实现真正的±0.1°C精度可能具有挑战性,原因如下:
低功耗:在这种精度等级下,即使微瓦特级别的瞬态功率消耗都会将传感器单元加热到超出ASTM E1112需求的精度范围。
散热设计:作为设计人员,即使您已经校准并验证了系统的整体精度,物理冲击或压力变化等外部环境因素仍然可能影响传感器或测量,从而使热导路径由于失去与皮肤的接触而使得导电性降低,导致精度下降。
在这篇文章中,我将讨论为可穿戴温度监测系统选择传感元件时的基本设计考虑因素,最终实现监测温度以准确测量患者的体温。
选择传感元件
在测量任何东西之前,您需要为温度探头或贴片选择正确的传感元件。常见的温度监测传感器类型包括热敏电阻或集成电路(IC)温度传感器。您选择的传感器必须在系统中可靠,并有助于为整个系统保持±0.1°C的一致精度。
虽然热敏电阻在成本和功耗之间提供了可控的平衡,但它们通常需要校准以实现医疗准确性,并且因为电阻受到冲击或湿度的变化影响而易于失效。IC温度传感器最近才能保证±0.1°C的精度,但其具有可提供工厂校准,更低功耗和数字接口等额外优势,从而简化系统集成。 
设计最小温度误差
无论您选择何种传感元件,在设计这种精确度的贴片时,请记住以下两个关键因素:
传感器必须与患者接触,以确保有效的热接触。。
传感器必须与所有其他热源隔热。
1.保持良好的热接触
使用温度贴片或皮肤探针进行外部测量时,请记住实际感应元件与使用者皮肤之间的实际热路径。图1显示了一个热传到路径实例; 在这个例子中,传感器有一个非常薄的小轮廓无引线(WSON)封装。这种IC温度传感器测量硅管芯的温度。对于这样的封装,最好在电路板两侧的器件导热垫下面放置铜填充物。连接这些焊盘与通孔为芯片和皮肤之间的传导提供了最佳路径。不要使用铜与皮肤实际接触,因为它有可能造成腐蚀。相反,在垫上使用生物相容性材料涂层(例如金)或涂覆与导热聚合物接触的点,这将提供更可靠的热传导。

图1:使用WSON包进行皮肤温度测量的热叠加示例

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