红外非接触测温传感器在健康手表中的应用

　——MLX90632在手表应用的国产替代

　　当下，随着生活水平的提高，人们对健康重视程度越来越高，越来越多具有医疗功能消费电子产品走入我们的生活，包括具有各项指标监测的手表、血压计、体征检测仪等。消费电子医疗化，医疗电子简单化已成为一种趋势，并逐步获得消费大众认可。

　　早期的智能手表除了具有普通手表功能外，还具备连接手机、打电话功能，除此之外，还有计步、统计卡路里、测试心率、血氧以及部分具有测试体温等功能。这里我们重点讨论体温检测方案的实现，其中以苹果和三星为典型代表，二者在体温检测实现上都是选择了MLX90632这个型号。

　　最近几年备受追捧的健康手表，不同于普通的智能手表，除了具有智能手表的血氧、心率功能外，还具有监测心电、体温、血压、血糖等功能，通过对各项指标长期监测来判断不同个体的健康变化。国内健康手表诸如S糖、安D等品牌在健康细分领域深耕，结合中医理论对慢性病及突发疾病做长期及实时监测。

　　目前血氧、心率、心电、体温都是可以通过传感器直接测得，血压一般有两种技术可以获得：PPG方式推算和增加气泵传感器实测。手表上血糖的测量基本上都是通过算法实现，而基础体温是血糖算法中非常重要的关键参数之一。在健康手表应用中血氧、心率、体温等都是非常重要的基础参数，心率和血氧的测量当下主流技术方式为PPG，体温测量分为NTC接触式测温和非接触式红外测温两种方式。

　　早期在手表上做体温检测都是通过接触式测温方式，如下图中银色部分，NTC通过导热硅胶固定在金属片上，金属片安装在手表的底部。测温时需要将手表做紧密佩戴，金属片与皮肤紧密接触且达到热平衡后，NTC通过测得金属片的温度，等效为皮肤温度，再做体温算法。该种方式有如下缺点：

　　1，做精准测温需要手表佩戴紧密，这样会影响舒适性。如果佩戴较松，金属片和皮肤存在间隙，金属片散热很快，会导致测试结果严重失真。

　　2，该方式为二次热传导，皮肤将热量传导至金属片，金属片传导至NTC，响应速度慢。

　　红外非接触测温传感器则很好的解决以上问题，可以在不接触的情况下，直接测量皮肤温度，且响应速度为ms级。红外非接触传感器在手表设计上需要结构的配合，符合视场角要求。

　　红外非接触测温传感器要获得高精度的测量结果需要使得传感器和被测物在同一个环境温度下达到热平衡，但在手表使用场景下，红外非接触测温传感器内置于手表中，通过内部环境温度都在30~40℃左右，蓝牙版和4G/5G版因功耗不同，内部温升差异较大。而人通常是在室温环境下，二者环境温度并不一致。因此在手表上做精准体温的检测难度更大，需要结合产品自身的工作状态做很多深度测试，拿到和手表自身相关的热模型，再做算法进行适配。

　　红外传感器的应用不同于其他传感器，使用门槛非常之高。调试阶段需要专用仪器设备，诸如黑体、恒温水槽、高低温试验箱，生产阶段的标定需要黑体、恒温房等设备和环境。做红外传感器的开发需要对传感器特性有非常深刻的认知，还需要对应用的产品特性和工况有充分了解(做大量的测试后获取产品热模型，提取相关参数)，才能做好产品级的算法。这种应用是跨学科工程学，包括结构设计、光学、热力学、产品级算法、硬件、软件等方向综合应用。

　　作为一个方案公司，我们也是摸索了很久，趟了很多坑，试用了国内国外很多红外非接触传感器。总结下来这种应用最大的问题不在于传感器硬件本身，而是软实力相关的技术支持。最终选择了领麦微这个品牌的S-D1的贴片传感器，这个型号其在很多穿戴方案公司和品牌也有了很多成功案例。最主要的是在开发阶段提供了适配我们mcu型号的驱动程序和适配我们产品体温算法，可以让我们专心于产品开发，在测温这部分基本没有花费太多精力。通过领麦微的技术支持和技术交流，也让我们对红外非接触测温传感器有了一个全新的认知。分享一下他们在手表领域的应用案例，其中也包括我们的一款全新手表。