Vision sur capteur de température médical

Capteur de température stable dans un emballage prêt à porter
Les smartphones et les appareils portables d'aujourd'hui, tels que les montres intelligentes et les bracelets de fitness, permettent aux gens de capturer de plus en plus de données sur leur vie, leurs activités et leur condition physique. De nouveaux services activés par ce type de données font leur apparition, allant de l'entraînement physique en groupe en ligne à la télésanté et aux soins aux personnes âgées.
Demande pour une meilleure surveillance de la température
Alors que la surveillance des signes vitaux comme votre fréquence cardiaque est désormais plus facile à utiliser, le suivi d'autres signes comme la température corporelle est encore beaucoup moins facile. Les thermomètres qui restent en contact avec le corps sont peu pratiques et peuvent être difficiles à maintenir en place. D'autre part, les capteurs FIR (infrarouge lointain) sans contact peuvent être influencés par la chaleur rayonnée provenant de sources autres que l'objet surveillé, telles que des composants adjacents tels que des microprocesseurs ou des transistors de puissance, rendant les mesures de température imprécises. . Pour surmonter cela, des capteurs FIR sans contact à la pointe de la technologie sont généralement fournis dans le boîtier TO-can. Le TO-can a une masse thermique importante et une conductivité thermique élevée, qui se combinent pour atténuer les effets des gradients thermiques rapides et des chocs. Cependant, les capteurs encapsulés sont physiquement volumineux et lourds, et leur réponse est lente dans un environnement thermiquement dynamique. Ils ne conviennent pas à une utilisation dans les bracelets grand public et pourraient empêcher la surveillance de la température en tant que fonctionnalité des produits émergents, tels que les « appareils auditifs » conçus pour être portés dans l'oreille.
Petit, stable et réactif
Il est désormais possible de fabriquer des capteurs FIR beaucoup plus petits qui sont également stables et précis, en tirant parti d'une combinaison de technologie de fabrication MEMS (systèmes microélectromécaniques) et de traitement avancé du signal. L'élément de détection comprend une thermopile et une fine membrane thermiquement isolée ayant une faible masse thermique. Le rayonnement FIR entrant chauffe rapidement la membrane, créant un différentiel de température que la thermopile peut signaler comme une différence de température. Une thermistance de référence intégrée au système MEMS permet au capteur de générer une mesure de température absolue. Un traitement du signal basé sur une modélisation et une caractérisation minutieuses de divers scénarios de perturbation thermique, ainsi que des algorithmes de compensation sophistiqués, est appliqué pour supprimer les effets thermiques indésirables de la sortie du capteur. De cette manière, la compensation active mise en œuvre par l'électronique et le logiciel peut remplacer efficacement les effets obtenus passivement à l'aide du TO-can.
Capteur de température pour accessoires et plus
C'est l'approche adoptée par Melexis pour créer le MLX90632, un dispositif QFN de 3 mm x 3 mm x 1 mm qui est nettement plus petit que les capteurs TO-can de dernière génération (Figure 1). Le MLX90632 contient une solution complète de détection de température sans contact comprenant la thermopile, un élément de mesure de la température du capteur lui-même et des éléments optiques essentiels, avec traitement du signal intégré et une interface de système hôte numérique. Le MLX90632 est optimisé pour la plage de température normale du corps humain et calibré en usine pour garantir une précision de qualité médicale de ± 0.2 °C. Le signal de tension de la thermopile est numériquement amplifié, numérisé et filtré avant d'être stocké dans la RAM. La lecture du capteur de température de référence intégré est traitée et stockée de la même manière.
Une machine d'état contrôle la synchronisation et la fonctionnalité du capteur, et les résultats de chaque mesure et conversion sont mis à la disposition du système hôte via une connexion I2C. Le processeur hôte peut facilement calculer les températures de la cible et du capteur à partir des données brutes. La figure 2 compare la réponse du MLX90632 et d'un capteur TO-can de pointe contrôlant une source de référence à une température stable de 40 °C. Une forte source de chaleur externe a été placée à proximité des capteurs. Le deuxième graphique montre que la température du capteur était d'environ 2°C au début de l'expérience, et la source de chaleur externe a produit un choc thermique d'environ 60°C/min. Le premier graphique montre que malgré l'inertie thermique due au boîtier TO-can, la sortie du capteur conventionnel est fortement affectée par l'échauffement externe.
En revanche, la sortie du MLX90632 à compensation active ne dévie pas de plus de 0,25 °C, démontrant une stabilité considérablement meilleure. Avec sa petite taille et sa réponse thermique optimisée numériquement, le MLX90632 est bien adapté pour une utilisation dans les appareils portables et audibles. En outre, il peut également être utilisé dans des dispositifs médicaux portables de surveillance continue de la température corporelle, souvent utilisés en médecine préventive pour détecter précocement des états de santé critiques, ainsi que des dispositifs plus classiques tels que des thermomètres frontaux ou auriculaires. Enfin, il s'inscrit parfaitement dans la tendance des points de soins à amener le diagnostic du laboratoire au patient.