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Temperaturmessung in Medizin-Wearables

Auswahlkriterien für klinische Temperatursensoren

3. November 2020, 14:00 Uhr | Nicole Wörner

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Werkskalibrierte Temperatursensoren

Viele digitale Temperatursensoren sind werkseitig kalibriert, so dass sie nicht mehr vor Ort kalibriert oder einmal pro Jahr neu kalibriert werden müssen, wie dies bei vielen älteren Temperatursensoren der Fall ist. Darüber hinaus umgeht die Werkskalibrierung die Notwendigkeit, Software zur Linearisierung der Ausgabe sowie zur Simulation und Feinabstimmung der Schaltung zu entwickeln. Es macht auch eine Vielzahl von Präzisionskomponenten überflüssig und minimiert das Risiko von Impedanzfehlanpassungen.

Zum Beispiel ist die AS621x-Familie der Temperatursensoren von ams werkseitig kalibriert und verfügt über eine integrierte Linearisierung (Bild 3). Die Sensoren verfügen außerdem über acht I2C-Adressen, damit Entwickler die Temperatur an acht verschiedenen potenziellen Hotspots mit einem einzigen Bus überwachen können. Die serielle Schnittstelle mit acht I2C-Adressen erleichtert auch Entwicklern von gesundheitsbezogenen Überwachungssystemen das Prototyping und die Designverifizierung.

Um die Sensoren an ihre spezifischen Anwendungsanforderungen anzupassen, sind die AS621x-Sensoren in drei Genauigkeitsversionen erhältlich: ±0,2 °C, ±0,4 °C und ±0,8 °C. Für gesundheitsbezogene Überwachungssysteme ist eine Genauigkeit innerhalb von ±0,2 °C ausreichend, so dass die AS6212-AWLT-L eine geeignete Option darstellt. Alle AS621x-Bausteine verfügen über eine 16-bit-Auflösung zur Erkennung kleiner Temperaturschwankungen über den gesamten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +125 °C.

Der AS621x ist 1,5 mm2 klein und wird in einem Wafer-Level-Chip-Scale-Package (WLCSP) geliefert, um die Integration in ein medizinisches Gerät zu erleichtern. Er arbeitet mit einer Versorgungsspannung von 1,71 Volt und verbraucht 6 µA im Betrieb und 0,1 µA im Standby-Modus. Aufgrund der winzigen Grundfläche und des geringen Stromverbrauchs eignen sich Temperatursensoren wie der AS6212-AWLT-L besonders für batteriebetriebene mobile und tragbare Geräteanwendungen.

Berührungslose Temperatursensoren

Im Gegensatz zu Temperatursensor-ICs, die einen gewissen physischen Kontakt erfordern, führen Infrarot-Thermometer berührungslose Temperaturmessungen durch. Sie messen zwei Parameter: die Umgebungstemperatur und die Temperatur eines Objekts. Solche Thermometer erkennen jede Energie über 0 Kelvin (absoluter Nullpunkt), die von einem Objekt vor dem Gerät abgegeben wird. Der Detektor wandelt die Energie in ein elektrisches Signal um und leitet es an einen Prozessor weiter, der die Daten nach Kompensation der durch die Umgebungstemperatur verursachten Schwankungen interpretiert und anzeigt.

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Das Infrarot-Thermometer MLX90614ESF-BCH-000-TU von Melexis beispielsweise besteht aus einem Infrarot-Thermopile-Detektorchip und einem Signalkonditionierungschip, beide in ein TO-39-Gehäuse integriert. Ein rauscharmer Verstärker, ein 17-bit-Analog-Digital-Wandler (ADC) und ein digitaler Signalprozessor (DSP), die in der MLX90614-Familie integriert sind, gewährleisten eine hohe Genauigkeit und Auflösung.

Die Infrarot-Thermometer MLX90614 sind werkseitig für Umgebungstemperaturen von -40 bis +85 °C und für Objekttemperaturen von -70 bis +382,2 °C kalibriert. Die Standardgenauigkeit liegt bei 0,5 °C bei Raumtemperatur. Es stehen zwei Ausgabemodi zur Wahl: Pulsweitenmodulation (PWM) und SMBus über eine Zweidraht-Schnittstelle (TWI) oder I2C-Link. Der Sensor ist werkseitig mit einem digitalen SMBus-Ausgang kalibriert und kann den gesamten Temperaturbereich mit einer Auflösung von 0,02 °C bedienen. Alternativ können Entwickler den 10-bit-PWM-Digitalausgang mit einer Auflösung von 0,14 °C konfigurieren.