Visión sobre el sensor médico de temperatura

Sensor de temperatura estable en embalaje listo para wearables
Los teléfonos inteligentes y los wearables portátiles de hoy en día, como los relojes inteligentes y las bandas de fitness, permiten a las personas capturar cada vez más datos sobre sus vidas, actividades y condición física. Están surgiendo nuevos servicios habilitados por este tipo de datos, que van desde el entrenamiento fitness grupal online hasta la telesalud y la atención a personas mayores.
Demanda de mejor monitorización de temperatura
Si bien la monitorización de signos vitales como su ritmo cardíaco ahora es más fácil de usar, el seguimiento de otros signos, como la temperatura corporal, sigue siendo bastante menos fácil. Los termómetros que permanecen en contacto con el cuerpo son inconvenientes y pueden ser difíciles de mantener en su lugar. Por otro lado, los sensores FIR sin contacto (infrarrojo lejano) pueden verse influenciados por el calor irradiado por fuentes distintas del objeto que se está monitorizando, como componentes adyacentes como microprocesadores o transistores de potencia, lo que hace que las mediciones de temperatura sean inexactas. Para superar esto, los sensores FIR sin contacto de última generación se proporcionan típicamente en el encapsulado TO-can. El TO-can tiene una masa térmica significativa y una alta conductividad térmica, que se combinan para mitigar los efectos de gradientes térmicos rápidos y golpes. Sin embargo, los sensores encapsulados son físicamente grandes y pesados, y su respuesta es lenta en un entorno térmicamente dinámico. No son adecuados para su uso en dispositivos tipo pulsera para el consumidor y podrían impedir la monitorización de la temperatura como una característica en los productos emergentes, como dispositivos “hearables” diseñados para usarse en el oído.
Pequeño, estable y receptivo
Ahora es posible fabricar sensores FIR mucho más pequeños que también sean estables y precisos, aprovechando una combinación de tecnología de fabricación MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) y procesamiento avanzado de señales. El elemento sensor comprende una termopila y una membrana delgada, aislada térmicamente, que tiene una masa térmica baja. La radiación FIR entrante calienta la membrana rápidamente, creando un diferencial de temperatura que la termopila puede reportar como una diferencia de temperatura. Un termistor de referencia incorporado en el sistema MEMS permite al sensor generar una medición de temperatura absoluta. El procesamiento de la señal basado en el modelado cuidadoso y la caracterización de varios escenarios de perturbación térmica, junto con algoritmos de compensación sofisticados, se aplica para eliminar los efectos térmicos no deseados de la salida del sensor. De esta manera, la compensación activa implementada por la electrónica y el software puede reemplazar de manera efectiva los efectos logrados de manera pasiva usando TO-can.
Sensor de temperatura para accesorios y más
Este es el enfoque adoptado por Melexis para crear el MLX90632, un dispositivo QFN de 3 mm x 3 mm x 1 mm que es significativamente más pequeño que los sensores TO-can de última generación (figura 1). El MLX90632 contiene una solución de detección de temperatura sin contacto completa que incluye la termopila, un elemento para medir la temperatura del sensor en sí y ópticas esenciales, con procesamiento de señal incorporado y una interfaz digital del sistema host. El MLX90632 está optimizado para el rango normal de temperatura del cuerpo humano y calibrado en fábrica para garantizar una precisión de grado médico de ± 0.2°C. La señal de voltaje de la termopila se amplifica, digitaliza y filtra digitalmente antes de almacenarla en la RAM. La lectura del sensor de temperatura de referencia incorporado se procesa y almacena de la misma manera.
Una máquina de estado controla el tiempo y la funcionalidad del sensor, y los resultados de cada medición y conversión se ponen a disposición del sistema host a través de una conexión I2C. El procesador host puede calcular fácilmente las temperaturas objetivo y del sensor a partir de los datos sin procesar. La Figura 2 compara la respuesta del MLX90632 y un sensor TO-can de última generación que controla una fuente de referencia a una temperatura estable de 40°C. Se colocó una fuerte fuente de calor externa cerca de los sensores. El segundo gráfico muestra que la temperatura del sensor era de alrededor de 2°C al comienzo del experimento, y la fuente de calor externa produjo un choque térmico de aproximadamente 60°C / min. El primer gráfico muestra que, a pesar de la inercia térmica debido al paquete TO-can, la salida del sensor convencional se ve muy afectada por el calentamiento externo.
En contraste, la salida del MLX90632 compensado activamente se desvía en no más de 0,25°C, lo que demuestra una estabilidad considerablemente mejor. Con su pequeño tamaño y respuesta térmica optimizada digitalmente, el MLX90632 es adecuado para usar en dispositivos wearables y hearables. Además, también se puede usar en dispositivos médicos portátiles para la monitorización continua de la temperatura corporal, que a menudo se usa en medicina preventiva para detectar afecciones críticas tempranas de salud, así como en dispositivos más clásicos como termómetros en la frente o en el oído. Finalmente, se adapta perfectamente a la tendencia del punto de atención para acercar el diagnóstico del laboratorio al paciente.