用于便携式计算机系统的传感器单元和传感器单元的集成技术方案

公开了一种传感器单元(2)，用于根据在身体外部的表面上可检测的测量值确定核心体温，其包括至少一个热流传感器(20，20′)和至少一个温度传感器(21，21′)，该传感器单元可紧凑容易地制造和安装，并且允许优化地确定核心体温。传感器单元(2)包括至少一个整体式热流传感器(20，20′)，该热流传感器为由多种不同材料的层构成的三明治结构的形式，还包括至少一个温度传感器(21，21′)，这些传感器被彼此空间上间隔开地焊接在电路板(22)上，或者沿着电路板(22)的纵向方向在同一高度上被焊接在该电路板(22)上，其中，这些传感器(20，20′，21，21′)通过线缆或导体电路与模拟/数字转换器(25)和微控制器(26)连接，电子部件(20，21，25，26)可借助连接线缆(3)连接到便携式计算机系统(0)的电子器件上，并且传感器单元(2)和至少一个电路板(22)与布置在其上的电子部件(20，21，25，26)一起至少部分地被传感器单元套管(28)沿着电路板(22)的横向包围。

Integration of Sensor Unit and Sensor Unit for Portable Computer System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于便携式计算机系统的传感器单元和传感器单元的集成
本专利技术公开了一种传感器单元，用于通过在身体外部在表面上可确定的测量值确定核心体温，该传感器单元包括至少一个热流传感器和至少一个温度传感器；本专利技术还公开了一种具有该传感器单元的便携式计算机系统和传感器单元的制造，该传感器单元包括至少一个测量传感器和位于电路板上的电子元件；本专利技术又公开了传感器单元在便携式计算机系统的壳体中或者在用于附着在皮肤上的粘性垫中的集成。
技术介绍
已知的，具有测量能力的便携式技术数据处理装置是以具有或不具有壳体的各种不同的设计方案作为服装的一部分或以饰品的形式存在。这种便携式计算机系统或穿戴式计算机是用于“穿戴式计算”的研究领域。这样的穿戴式计算机或便携式计算机系统具有至少一个传感器单元，利用该传感器单元通过至少一个传感器从现实世界采集数据。然后，测量数据或者在便携式计算机系统自身中被处理，或者被传送到另一台计算机，特别是智能手机。用户可以查看所记录的数据并做进一步处理。便携式计算机系统包括壳体，在该壳体中集成有传感器单元和电子器件。电子器件通常包括至少一个微控制器和读取/存储单元，它们被连接到传感器单元。穿戴式计算机或便携式计算机系统的一个示例是活动跟踪器，其也被称为健身或健康臂带、智能手环或健身跟踪器。借助于在电子器件中运行的软件，从传感器单元的至少一个传感器中采集数据并做进一步处理，并可选地存储在存储器中和/或传输到智能手机。相应地，可以确定例如与健身和健康相关的数据，例如跑步距离(Laufstrecke)、能量消耗，并且在某些情况下能够确定心率、体温、血液中的含氧量或睡眠质量。在此令人感兴趣的是通过便携式计算机系统确定体内温度或核心体温。在皮肤上测量的、非侵入性的且连续的体内温度测定对于医院中的患者监测、预防运动员中暑或确定和监测用于诊断睡眠障碍和其它疾病的生理节律周期是重要的。便携式计算机系统的传感器单元在最简单的情况下是基于温度传感器，用于结合对传感器及其环境的热隔离来确定皮肤温度。隔离的目的是使皮肤温度保持尽可能地接近核心体温。该方法在许多情况下是不准确的，并且不适于在变化的外部条件下使用。为了更好地测量核心体温，根据专利文献DE10038247，便携式计算机系统的传感器单元可以包括所谓的双温度传感器。在这里，两个温度传感器通过具有已知热阻的热隔离彼此分离。在大多数情况下，这种方法需要进行校准测量以确定热阻，这取决于人和测量的位置。这种双传感器方法存在多个缺点。一个大的问题表现在两个温度传感器之间的热寄生热损失，这可能导致大的偏差。这些必须通过热隔离和例如在专利文献DE102005004933中所述的复杂的补偿算法来补救。另一个缺点在于系统的大小。为了能够实现良好的灵敏度，应用中的温差必须足够大，这意味着在两个温度传感器之间的材料必须具有一定的最小厚度。这使得传感器系统相当笨重且庞大，并且不太适合于容易地集成到根据现有技术的壳体中。目前已知的用于确定核心体温的传感器单元还不适合于容易地集成到便携式计算机系统的壳体中。为了避免寄生热损失，需要热隔离和附加的结构，这会导致结构复杂，并且难以将传感器单元集成到便携式计算机系统的壳体中。另一个缺点是已知的传感器单元在确定核心体温时的测量精度。在专利文献WO02078538中，是借助于热流传感器来确定核心体温，该热流传感器被紧固在用户的皮肤上。热流传感器形成传感器单元的一部分，在此还必须将其费力地紧固在计算机系统上。在专利文献WO2005092177中描述了另一种适于测量核心体温的传感器单元，其也包括热流传感器，并且同样可以连接到便携式计算机系统。这使得人们更接近于尽可能精确地确定核心体温的目标，但是传感器单元的制造和传感器单元在便携式计算机系统中的集成仍然是复杂和繁琐的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种紧凑的、易于安装的传感器单元，用于安装在便携式计算机系统中或用于紧固在粘性垫上或粘性垫中，这允许优化地确定核心体温。本专利技术还提供了一种可能性，以简化传感器单元的制造并简化传感器单元在便携式计算机系统的壳体上或之中或者在粘性垫上或之中的紧固。利用所述的传感器单元，可以测量身体上的生理性热数据，特别是体内温度或核心体温，其中将确定热流和表面温度。其它的参数可以是：皮肤的热输出、卡路里消耗量、卡路里摄入量、血压、血糖、特定身体部位的内部温度、补偿皮肤温度等。本专利技术特别是提出了一种方法，该方法允许将传感器单元耦接在便携式计算机系统的壳体上或者紧固在粘性垫上或之中，或者借助于手环以很少的操作步骤实现。附图说明本专利技术的其它特征、细节和优点由下面对本专利技术的优选实施例的说明以及附图给出。其中：图1a至图1c示出了具有集成的传感器单元的便携式计算机系统的示意性剖视图。图2a至图2e示出了不同的传感器单元的示意性剖视图。图2f示出了传感器单元的示意性剖视图，其中，集成电路(IC)中的电子器件被封装地集中在芯片壳体中。图3示出了在紧固传感器单元套管之前传感器单元的俯视图。图4a示出了根据图3的传感器单元在紧固传感器单元套管之后的俯视图。图4b示出了根据图4a的传感器单元沿着切割线B-B的示意性剖视图。图5示出了具有传感器单元套管的传感器单元在粘性垫中的凹处中的示意性剖视图。图6a以示意性剖视图示出了传感器单元在壳体上的紧固，而图6b以示意性剖视图示出了在填充通孔之后的传感器单元，并且图6c以示意性剖视图示出了在将金属杆紧固在传感器单元上之后的传感器单元。图7a以示意性剖视图示出了传感器单元的制造方法的第一步骤。图7b以示意性剖视图示出了被封装在传感器单元套管中的传感器单元。图7c示出了被封装的根据图6b的传感器单元在被压入便携式计算机的壳体中的凹处中并与用户的皮肤接触之后的示意性剖视图。具体实施方式便携式计算机系统0在此以具有中空内腔的臂带11的形式示出，该臂带具有壳体1。壳体1通过皮肤接触侧10放置在用户的皮肤H上。热流从用户的身体经由皮肤H穿过便携式计算机系统0的壳体1进入到内腔11中，该热流在图1a所示的应用中被标记为从Qin到Qout地流过壳体1。人和动物是可能的使用者。传感器单元2(在后面将对其进行详细说明)被插入到壳体1中并被可松脱地或不可松脱地紧固，并且与便携式计算机系统0的未示出的电子器件电连接。传感器单元2被传感器单元套管28至少部分包围地压入壳体1中，或者被粘合或浇注地安装在壳体1中。传感器单元套管28由导热材料制成，特别是由硅氧树脂制成。通过使用具有与后面所述的热流传感器自身类似的导热率的材料，可以使热流均匀化，从而使寄生热流最小化。此外，良好的导热率意味着所测量的温度更接近皮肤温度。在我们的情况下，传感器单元套管28的导热率应介于0.3与10W/mK之间。最佳介于0.8与3W/mK之间。出于测量技术的原因，传感器单元2应尽可能地靠近用户的皮肤，但原则上可以布置在热路径中的任何位置上。在根据图1a的实施方式中，设置有完全横穿壳体1的通孔12，在通孔中插入被完全浇注的传感器单元2。传感器单元套管28略微突出于通孔12和皮肤接触侧10，并在使用时与用户的皮肤H接触。来自皮肤H的热流以及从身体经由皮肤流经传感器单元套管28和传感器单元2的热流在使用时会调节自身并可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器单元(2)，用于根据在身体外部的表面上可检测的测量值来确定核心体温，所述传感器单元包括至少一个热流传感器(20，20′)和至少一个温度传感器(21，21′)，其特征在于，所述传感器单元(2)包括：至少一个整体式的热流传感器(20，20′)，该热流传感器为由多种不同材料的层构成的三明治结构的形式；和至少一个温度传感器(21，21′)，这些传感器被彼此空间上间隔开地焊接在至少一个电路板(22)上，或者沿着纵向方向在同一高度上被焊接在该至少一个电路板(22)或不同的电路板上，其中，这些传感器(20，20′，21，21′)通过线缆或导体电路与模拟/数字转换器(25)和微控制器(26)连接，电子部件(20，21，25，26)能够通过连接线缆(3)或导体电路连接到便携式计算机系统(0)的电子器件上，并且所述传感器单元(2)或所述至少一个电路板(22)与设置于其上的电子部件(20，21，25，26)一起至少部分地被传感器单元套管(28)沿着所述至少一个电路板(22)的横向包围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.21 CH 1695/161.一种传感器单元(2)，用于根据在身体外部的表面上可检测的测量值来确定核心体温，所述传感器单元包括至少一个热流传感器(20，20′)和至少一个温度传感器(21，21′)，其特征在于，所述传感器单元(2)包括：至少一个整体式的热流传感器(20，20′)，该热流传感器为由多种不同材料的层构成的三明治结构的形式；和至少一个温度传感器(21，21′)，这些传感器被彼此空间上间隔开地焊接在至少一个电路板(22)上，或者沿着纵向方向在同一高度上被焊接在该至少一个电路板(22)或不同的电路板上，其中，这些传感器(20，20′，21，21′)通过线缆或导体电路与模拟/数字转换器(25)和微控制器(26)连接，电子部件(20，21，25，26)能够通过连接线缆(3)或导体电路连接到便携式计算机系统(0)的电子器件上，并且所述传感器单元(2)或所述至少一个电路板(22)与设置于其上的电子部件(20，21，25，26)一起至少部分地被传感器单元套管(28)沿着所述至少一个电路板(22)的横向包围。2.根据权利要求1所述的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元(2)包括两个电路板(22)，并且所述至少一个热流传感器(20，20′)和所述至少一个温度传感器(21，21′)被布置在不同的、空间上分开的电路板(22)上。3.根据权利要求2所述的传感器单元(2)，其中，具有温度传感器(21，21′)的至少一个电路板(22)至少部分地保持不受所述传感器单元套管(28)的约束。4.根据权利要求1所述的传感器单元(2)，其中，所述至少一个整体式热流传感器(20)和至少一个温度传感器(21)堆叠分层地或者沿着纵向方向彼此空间上间隔开地被焊接在所述至少一个电路板(22)的同一侧上。5.根据权利要求1或4所述的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元(2)或所述至少一个电路板(22)完全被所述传感器单元套管(28)包覆。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(2)，其中，所述模拟/数字转换器(25)被直接紧固地设置在所述至少一个电路板(22)上。7.根据权利要求6所述的传感器单元(2)，其中，在所述至少一个电路板(22)上还紧固地设置有微控制器(26)和读取/存储单元(27)。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(2)，其中，两个热流传感器(20，20′)沿着纵向方向空间上彼此间隔开地被焊接在所述至少一个电路板(22)的同一侧上，并且在该电路板(22)的没有热流传感器的一侧，在第一热流传感器(20)的沿着纵向方向的高度上设置有热隔离(23)，使得能够测量通过所述热隔离(23)和所述第一热流传感器(20)的第一热流和通过第二热流传感器(20′)的第二热流。9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器单元(2)，其中，两个热流传感器(20，20′)沿着纵向方向空间上彼此间隔开地被焊接在所述至少一个电路板(22)的同一侧上，并且在该至少一个电路板(22)的没有热流传感器的一侧，在所述第一热流传感器(20)的沿着纵向方向的高度上设置有热容(24)，使得能够测量通过所述热容(24)和所述第一热流传感器(20)的第一热流和通过所述第二热流传感器(20′)的第二热流。10.根据权利要求1所述的传感器单元(2)，其中，在所述至少一个电路板(22)的没有热流传感器的一侧设置有金属板(30)，该金属板与热隔离(23)和/或热容(24)和/或由导热材料制成的块和/或所述传感器单元套管(28)的一部分相接触地延伸。11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(2)，其中，在所述至少一个电路板(22)的一侧，热流传感器(20)、第一温度传感器(21′)和热隔离(23)空间上沿着纵向方向彼此间隔开；并且在所述至少一个电路板(22)的相对置的没有热流传感器的一侧，在所述热隔离(23)的高度上沿着纵向方向设置有第二温度传感器(21)，使得在热流穿过所述热隔离(23)之后能够在所述第一温度传感器(21′)的位置上测量第一温度，并在所述第二温度传感器(21)的位置上测量第二温度。12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(2)，其中，所述至少一个整体式热流传感器(20，20′)、所述至少一个温度传感器(21，21′)、所述模拟/数字转换器(25)、所述微控制器(26)、所述热隔离(23)和/或所述热容(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·塞纳，T·赫博翎，L·杜勒尔，E·施威特尔，
申请(专利权)人：格林泰戈股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH