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后疫情时期,体温监测应用赋予可穿戴设备市场新机会
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图1:Skin temperatures on different parts of a nude person measured at different ambient temperatures [Olesen, 1982]. / @5 M1 e1 Q4 f2 T2 g
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: G# ]+ \- \- T; i; ?3 o" m这里有几点需要注意:
: C* `+ W- v3 J0 b/ ]' _' n Y• 热传导路径上通过高导热系数材料形成紧耦合 5 r( H+ C1 O G/ k" Q/ E
• 温度传感器与待测热源尽量形成良好热传导,与无关热源尽量形成热隔离
) X" _# T! z" Z. `5 y/ \4 @• 温度传感器自发热越小越好
2 m3 x' e9 \+ K. @2 G0 d( ]' @5 h; R0 e针对热传导的路径来说,芯片PAD金属导入会比通过塑封体Compound要更好,而PCB越薄导热性能越好,因此建议使用柔性电路版FPC来布局温度传感器。在柔板与金属板之间可以考虑涂敷导热硅胶或者导热硅脂,以防出现空隙,避免空气传导降低热导率。与皮肤接触的导热界面建议选择304或316不锈钢材料,生物相容性较好,不会引起皮肤过敏,铜的导热系数更优,但容易氧化,因此不建议使用,铝材如能做好表面处理也是较为适合的接触皮肤的选材。此外,温度传感器PCB子板的尺寸应尽量小,板上不放置无关器件,并且器件与其他发热元件尽量远离,不采用金属接触,或者采用隔热材料形成热隔离。最后,为尽量降低温度传感器自发热,推荐选择纳芯微D-NTC®温度传感器,相比热敏电阻功耗更低,温度转换与热响应时间更短。
* j% d- p# Q, n" r3 F I- A4 Y基于经过数亿颗信号调理芯片广泛验证过的CMOS测温IP及专利的传感器标定技术,纳芯微于2018年开始先后推出了NST1001、NS18B20、NST175等多款温度传感器IC,其NST1001采用2PIN脉冲输出方式,DFN2L封装与0603电阻尺寸相同,温度转换功耗仅30uA,脉冲输出阶段仅1uA,最高精度可达0.1℃,1Hz采样速率下平均功耗仅0.7uA。如需使用I2C协议产品可以选择NST175 MSOP8封装产品,可快速集成到可穿戴设备中实现测温功能。
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上述图5实测数据说明纳芯微NST1001是较为理想的接触式体温监测传感器,两种方案响应时间差异也说明通过芯片Pad侧导热效率优于通过塑封体测传热,与图3导热路径分析及表1中材料特性分析相吻合,建议制造商在产品设计中综合考虑上述因素设计产品结构。
- M: v+ z: S0 N- e8 j/ p& ^2 `/ d针对额温枪、耳温枪的测温方案,纳芯微NSA230X系列信号调理芯片产品可分别满足外置型及内置型热电堆传感器的高精度信号调理需求。除此之外,面对行业的积极需求,纳芯微推出了一系列基于温度传感器的体温监测应用解决方案。纳芯微D-NTC®系列温度传感器NST1001及NST175提供从 ±0.1°C 到 ±0.5°C 的宽范围精度并拥有出色的低功耗特性,满足可穿戴设备延长电池寿命的需求。NST1001及NST175等温度传感器可通过脉冲输出或标准 I²C 接口,并且封装尺寸小至1.6x0.8 mm 或 3x3 mm,有助于客户开发测温手表、测温手环、体温测量贴片等应用。 ; }( B4 H8 p) A1 i9 U7 h) i& N
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