CN110168325B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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
技术领域
本发明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；本发明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；本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明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
本发明的其它特征、细节和优点由下面对本发明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用于确定核心体温。
如图1b所示，还可以在便携式计算机系统的壳体1中布置盲孔13形式的凹处，传感器单元2与部分包围的传感器单元套管28一起被引入该盲孔中。在这里还可以将传感器单元2连同传感器单元套管28以插头的形式插入到盲孔13中并由此与壳体1可松脱地连接。
为了提高传感器单元2与传感器单元套管28在壳体1中的安装的稳定性，传感器单元28可以如图1c所示地横穿出壳体1。由此建立了一个热通路，从而能够尽快地调节环境与身体之间的热平衡。相应地，传感器单元套管28从皮肤接触侧10延伸到壳体1的背向皮肤接触侧10的一侧并在此横穿壳体1。
在图2a至图2d中示出了用于确定核心体温的传感器单元2的实施方式。目标是提供一种传感器单元2，其尽可能紧凑、机械稳定并且在最好的情况下是灵活配置的。
传感器单元2的基础是电路板22，在其上焊有至少一个热流传感器20和至少一个温度传感器21。电路板22可以是刚性的或柔性的，并且除了由电导体制成的导体电路外还包括有绝缘材料，优选为纤维强化塑料。最佳地，该至少一个电路板22的材料具有介于0.3与10W/MK之间的导热率，甚至更好地介于0.8至3W/MK之间，以保证均匀的热流。
不同的传感器20、21被放置在电路板22上的焊接面上并通过焊接被紧固。在此，至少一个热流传感器20和至少一个温度传感器21沿着纵向方向彼此空间上间隔开地布置。热流传感器20和温度传感器21被紧固在电路板22的同一侧面上。
其它的部件，特别是由隔热材料23和热容24组成的块，也被紧固在电路板22上。热隔离23和热容24用例如丙烯酸、环氧或聚氨酯等粘合剂被粘在电路板22上，或者如果材料允许也可以被焊在电路板上。
为了使部件之间的、例如热流传感器20与热容24之间的热传递阻力尽可能得小，粘合时应该使用导热粘合剂。
电子部件，例如模拟/数字转换器25、微控制器26和读取/存储单元27，同样被导电连接地紧固在电路板22上。但是为了获得足够高的测量信号，只需将模拟/数字转换器25紧固在电路板22上就足够了，而微控制器26和读取/存储单元27则通过线缆或者所谓的刚-柔性电路板、塑料和铜层的分层布置(形成柔性复合电路板)，与电路板22间隔开地设置。
从电路板22引出连接线缆3，其将测量信号或处理后的信号传输到便携式计算机系统0的电子器件。可选地，连接线缆3也可以由柔性电路板或导体电路形成，电子部件可与其连接。
为了提高传感器单元2的稳定性并获得均匀的热流，装备有部件的电路板22至少部分地由传感器单元套管28包围。虽然根据图2a和图2d的变型中示出了被完全浇注在传感器单元套管28中的传感器单元2，但是其它的实施方式仅在传感器单元2的后面面向皮肤H的一侧设有传感器单元套管28。
传感器单元套管28不一定仅由一种材料组成。例如，可以将更亲肤的硅氧树脂设置为贴靠在皮肤上，随后是导热硅氧树脂直至电路板22。电路板22本身具有与传感器单元套管28类似的导热率。在电路板22的上部还存在0.5cm的导热硅氧树脂，然后是金属杆或填充有硅氧树脂的金属杆直至壳体的上侧。实验表明：所述的至少一个热流传感器20和至少一个温度传感器21是位于电路板22的相同侧面还是相对置并不重要。借助于热流传感器20测量热流以及借助于温度传感器21测量温度被用于确定实际的核心体温。
在图2a中，传感器单元2具有被焊接在电路板22的面向皮肤的一侧的两个热流传感器20、20′和一个温度传感器21。在此，在电路板22的没有热流传感器的一侧，在热流传感器20的纵向高度上设置有热隔离23。在根据图2b的变型中，在电路板22的没有热流传感器的一侧，在热流传感器20的纵向高度上安放有热容24。因此，通过第一热流传感器20以及热隔离23或热容24的热流可以测量一热流，并通过第二热流传感器20′测量一热流。这两个测量值与通过温度传感器21对温度的测量一起参与到对核心体温的确定。根据在有和没有热隔离23或热容24的情况下对热流传感器测量的预先校准，可以优化核心体温的确定。
热隔离23具有大的热阻，其中，热隔离23的材料的导热率λ非常小。如图2a所示，通过第一热流传感器20的热流与通过第二热流传感器20′的热流由于热隔离23而不同。使用泡沫塑料材料作为热隔离23，由此使得通过第一热流传感器20的热流小于通过第二热流传感器20′的热流。关键因素是两个热流之间的差，据此，借助于算法能够更好地确定核心体温。通过这样的设计，可以确保传感器单元2对于传感器20、20′、21、21′与皮肤H之间的热耦接的变化更加稳定。在确定过程中将要考虑热流差，因此必须知道以及通过实验确定或校准热隔离23的特性。热隔离23的材料的导热率λ应在空气的范围(λ空气＝0.024W/m/K)内，即，在0.01W/m/K与0.1W/m/K之间。
传感器单元套管28的材料可以包括聚合物，例如聚丙烯、PES、PE、PET、聚乙烯、缩醛、尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚砜、PPS、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酯、PMMA、PSU、PEEK、TPE、TPU、二甲苯或PTFE。优选地，选择乙丙橡胶(EPDM)和聚丙烯。所述至少一个电路板22或电路板22的材料也可以是传感器单元套管28的一部分。电路板22的材料例如可以使用FR-4或FR4，环氧树脂和玻璃纤维织物的复合材料。专业人员已知的是，材料的导热率可以通过特殊的制造方式(例如添加颗粒)来改善或调整，使得材料具有与传感器单元本身类似的导热率。
相应地，热容24具有很小的热阻，并且材料具有很高的导热率，即，非常大的λ。热容24应该最大限度地吸收热量。在此，通过第一热流传感器20的热流也不同于通过第二热流传感器20′的热流。导热硅氧树脂已经被成功地用作材料。但是也可以使用金属。热容24的材料的导热率λ应显著高于空气的热容(λ空气＝0.024W/m/K)，即，大于0.1W/m/K。
利用合适的粘合剂将热隔离23和热容24紧固在电路板22上。如果使用铜或黄铜，则可以将其焊接在电路板22上。
根据图2c的变型示出了一个热流传感器20和两个温度传感器21、21′，其中，在电路板22的热流传感器侧设有热隔离23，其在沿电路板22的纵向方向的相同高度上与温度传感器21′相对置。温度传感器21直接连接到电路板22，但是与热隔离23间隔开。由此，通过两个沿着纵向方向和横向方向在空间上间隔开设置的温度传感器21，21′，能够进行两种不同的温度测量。
传感器单元2的电子器件，包括至少一个热流传感器20、至少一个温度传感器21、模拟/数字转换器25、微控制器26和读取/存储单元27可以在被集成在集成电路29(IC)中并封装在芯片壳体中，并与电路板22共同形成传感器单元2。在实践中，封装是通过在两侧粘合或通过浇注来实现的。集成电路29或芯片壳体被焊接在电路板22上。通过集成电路29的这种紧凑设计，可以进一步简化传感器单元2的制造。
在图2d中示出了一传感器单元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至少一个电路板22的同一侧上。在该至少一个电路板22的没有热流传感器的一侧，在沿纵向方向的第一热流传感器20的高度上设置有热容24。附加地，在该至少一个电路板22的没有热流传感器的一侧，在沿纵向方向的第二热流传感器20′的高度上设置有热隔离23。在没有热流传感器的一侧设置有金属板30，其与热隔离23和热容24接触并平行于电路板22地延伸。金属板30还可以被设置为与电路板22或传感器单元套管28上的由导热材料形成的块相接触和/或部分重叠。通过优选由铝制成并且可以是刚性或柔性的金属板30，实现了沿着金属板30具有相同外部温度的热平衡，并且能够提高测量精度。
由于在传感器单元的集成中目标应该特别是节省空间，因此热隔离23和/或热容24可以变化地设计。在此，热隔离23或热容24不必布置在电路板22上，但是也可以并入电路板中。在此，例如热隔离23被示出为在电路板22的横截面内延伸，其中，该热隔离可以是隔离层，例如气穴。导热率通过引入热通孔(Thermovias)来提高，例如Cu通孔，其在此被设计为填充有铜的盲孔或通孔形式的热容24。此外，热容24还可被构造为隐藏的热通孔，即所谓的“埋孔”，其在此未示出。
如图2f所示，电路板22连同集成电路29在两侧几乎完全被传感器单元套管28包围。将连接线缆3连接到便携式计算机系统0的电子器件上是很容易的。
可使用的、特别是可焊接在电路板22上的热流传感器20、20′可以在申请人的专利文献EP2938980和WO2016128247中找到，其内容在此被引用。可以使用具有低热侵入性的小型化的或者薄的整体式热流传感器，其在机械上是足够稳定的，并且可以被焊接在电路板22的表面上。为此选择了三明治式的结构，其包括多个不同材料的金属层和至少一个电绝缘的基体层。这种整体式热流传感器20、20′在至少一侧上形成封闭体，并在不同的金属层之间形成多个测量通道
Figure BDA0002102363160000081
温度传感器21长期以来都是已知的，并且可以使用不同配置的温度传感器21。所有已知的温度传感器21都可以作为温度传感器21，它们可以被焊接地紧固在电路板22或者另一电路板上。除此之外，红外传感器可用于温度测量，其不能被传感器单元套管28包围。在一种优选的实施方式中，传感器单元2包括多个电路板22，其中，至少一个热流传感器20、20′被布置在第一电路板22上，而用于温度测量的红外传感器被布置在与第一电路板22空间上分开的另一电路板上。通过合适的布线，可以在读取/存储单元27中对第一电路板22上的至少一个热流传感器20、20′的测量值和第二电路板上的红外传感器的测量值进行处理。尽管红外传感器是传感器单元2的一部分，但是它必须保持与传感器单元套管28无关。最简单的实现方法就是将红外传感器布置在第二电路板上。
在图3中以关于后面面向皮肤表面的传感器侧的俯视图示出了具有凹处A的传感器单元2，该传感器单元具有部分为圆形的电路板22或者说其具有部分为圆形的横截面。为了简单起见，此处省略了传感器单元套管28，以便使从传感器侧突出的热流传感器和温度传感器20、21是可见的。电路板22上的导体电路沿着由虚线箭头所示的最长可能的圆形路径延伸，沿着电路板22延伸到温度传感器21和位于电路板22中心的热流传感器20。因此几乎杜绝了由连接线缆3的热传导所引起的热损失或干扰性的热输入。
特别是通过布置两个肾形的凹处A，它们分别沿着纵向方向毗邻热流传感器和温度传感器20、21地邻接一接片，由此形成中央电路板盘，从而能够实现对温度传感器21和热流传感器20的不受热干扰的支承。通过边缘区域中的凹处A′，还将附加地减小连接线缆3的触点与传感器20、21之间的干扰性热流。
在图4a中示出了装配有传感器单元套管28的传感器单元2。传感器单元套管28部分地遮盖电子器件和电路板22。在沿着切割线B-B的图4b中的使用状态下，传感器单元2以其传感器单元套管28放置或压在用户的皮肤H上，并因此可以测量热流和温度，并在此基础上利用已知的算法确定当前的核心体温。在这里，传感器单元套管28还延伸到电路板22的背向皮肤的一侧，并且传感器单元套管28被粘性垫4包围。
在完成具有安装好的传感器单元套管28的传感器单元2之后，电路板22连同突出的传感器单元套管28可以被紧固在粘性垫4的凹处12′中，该粘性垫是医学技术已知的并且例如用于将电极紧固在皮肤上。连接线缆3可以选择性地在将传感器单元2紧固在粘性垫4中之前或之后连接到医疗技术装置的电子器件上。粘性垫4由与热隔离23相同的材料制造，并且具有例如由3M公司已知的亲肤性的粘合层。
热粘性垫4的材料的导热率λ应介于空气的范围(λ空气＝0.024W/m/K)内，即，在0.01W/m/K～0.1W/m/K之间。
为了尽可能简单地将传感器单元2插入到便携式计算机系统0的壳体1中，使用下面描述的方法。
优选的制造和集成方法
图6示出了将传感器单元2集成在便携式计算机系统0的壳体1中的方法。在此，传感器单元2用于遮盖壳体1中的通孔12，使电路板22的边缘封闭通孔12。在此将诸如热流传感器20和温度传感器21这样的电子器件定位在通孔12的高度上或突出到通孔12中。电路板22可以通过粘合剂与壳体1的壁连接。由于利用电路板22遮盖通孔12，在接下来地步骤中，通孔12可以被填充例如硅氧树脂料，以形成传感器单元套管28。这样的填充在图6b中被执行为，使得传感器单元套管28的一部分沿着皮肤接触侧10的方向从通孔12突出。电路板22的定位如箭头所示地执行。传感器单元2如前所述地构成，但是只有在固定电路板22之后才安装传感器单元套管28。通孔12的填充从壳体1的内腔11的方向进行。
从电路板22到电子器件(未示出)的连接线缆3可以选择性地在浇注或填充之前连接，或者在填充凹处12之后才连接。
为了获得加速的热传导并保持环境与身体之间的平衡，在电路板22的的背向身体的一侧，沿着指向内腔11的方向并在热流传感器20的高度上安装有金属杆M，该金属杆横向于壳体1的内腔11并与壳体1的外侧接触。根据实施方式，该金属杆M也可以在其侧壁上被热隔离。
还可以使用根据图7a至图7c所述的另一种制造方法。在制造传感器单元2之后，将其放置在铸模5中，在此，连接线缆3从铸模5中伸出。铸模5的壁可以选择性地由金属或塑料材料形成。
在下一步骤中，铸模5被填充以材料，该材料随后形成传感器单元套管28。在此，传感器单元2相应地在所有的侧面上被该材料包围，从而使得电路板22和所有的部件被传感器单元套管28包围。在固化之后，可以将已被包围的传感器单元2放置在便携式计算机系统0的壳体1中的凹处12、13中，并在其中可松脱地保持按压。传感器单元套管28的足够导热的材料紧靠凹处12、13的壁，由此可以防止意外滑出。被嵌入在传感器单元套管28中的传感器单元2形成插塞，其保留在凹处12、13中。
为了更好地保持，可以使用合适的粘合剂，在对以传感器单元套管28包覆的传感器单元2进行按压之前，将粘合剂分布于凹处12、13的壁上。相应地，也可以实现不可松脱的连接。
在此所使用的铸模5可以选择性地用作丢弃性模具，在将传感器单元2紧固在壳体1中的凹处12之前，可以保持与传感器单元2的连接，也可以被移除。
在实践中，在被放置于皮肤H上的传感器单元2中，从至少一个热流传感器20、20′和至少一个温度传感器21、21′接收测量值，据此，借助不同的算法可以确定核心体温。为了尽可能准确地确定，需要进行校准测量，并且所使用的材料类型和厚度必须是已知的。已知有多种可能的算法，这些算法在确定核心体温方面会产生可用的结果。
优选地，将传感器单元2如下地引入到传感器单元套管28中：使传感器单元套管28部分地从壳体1中突出远离壳体1的壁。由此能够相应地优化传感器单元2或传感器20、21的热耦接。
传感器单元套管28可以是例如由PVC制成的套管或圆柱体，其被填充以导热材料。该圆柱体还可以由隔离材料(泡沫材料)制成，以便更好地限定热路径。
在一种变型中，传感器单元2可以具有多个彼此分开的电路板22，温度传感器21、21′和热流传感器20、20′和/或其它的电子器件可以彼此分开地布置在这些电路板上。然后，所有的电路板22应相应地至少部分地被至少一个传感器单元套管28包围。在使用红外传感器作为温度传感器21，21′的情况下，其不能被传感器单元套管28包围。
附图标记列表
0 便携式计算机系统
1 壳体
10 皮肤接触侧
11 内腔
12 凹处/通孔
13 凹处/盲孔
2 传感器单元
20、20′ (至少1)热流传感器
21、21′ (至少1)温度传感器
22 电路板/(印刷电路板,PCB)
23 热隔离
24 热容
25 模拟/数字转换器
26 微控制器
27 读取/存储单元
28 传感器单元套管
29 封装的集成电路
32 金属板
A 凹处
3 连接线缆(到电子器件)
4 粘性垫(附接在皮肤上)
5 铸模。

Claims (31)

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：至少一个电路板(22)；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所述至少一个电路板(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)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)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所述的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元(2)和/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.根据权利要求1至5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.根据权利要求1至5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8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.根据权利要求1至5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.根据权利要求9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(24)封装在集成电路(29)中地被紧固在所述至少一个电路板(22)的一侧。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元套管(28)是机械柔性的并且导热率应介于0.3与10W/mK之间。
14.根据权利要求13所述的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元套管(28)导热率应介于0.8与3W/mK之间，和/或由导热硅氧树脂制造。
15.根据权利要求8所述的传感器单元(2)，其中，所述热隔离(23)的材料具有介于0.01W/(m*K)与0.1W/(m*K)之间的导热率λ，并且是聚合物。
16.根据权利要求15所述的传感器单元(2)，其中，所述热隔离(23)的材料是乙丙橡胶(EPDM)或聚丙烯。
17.根据权利要求1至5中的任一项所述的传感器单元(2)，其中，所述至少一个电路板(22)的横截面是至少部分圆形的，并且导体电路至少部分地沿着圆形线被引到所述至少一个电路板(22)的中心，其中，所述至少一个热流传感器(20)和所述至少一个温度传感器(21)的焊接面位于所述至少一个电路板(22)的中心。
18.根据权利要求17所述的传感器单元(2)，其中，所述至少一个电路板(22)的中心被凹处(A)包围，其中，所述凹处(A)为肾形的。
19.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器单元(2)，其中，所述传感器单元套管(28)或者设置在电路板(22)上的金属杆(M)从电路板(22)的与皮肤接触侧(10)相对置的一侧突出，并且延伸到壳体(1)的壁。
20.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器单元(2)，其中，热隔离(23)和/或热容(24)在电路板(22)的内部延伸地设置，并且由隔离层包体形成和/或由热通孔形成。
21.根据权利要求20所述的传感器单元(2)，其中，所述隔离层包体是气穴。
22.一种便携式计算机系统(0)，具有根据权利要求1至21中任一项所述的传感器单元(2)。
23.一种传感器单元(2)的集成方法，包括将电路板(22)上的至少一个测量传感器和电子部件集成到便携式计算机系统(0)的壳体(1)中，其特征在于，所述集成方法包括以下步骤：
-为壳体(1)配置通孔(12)形式的凹处(12)，
-提供所述传感器单元(2)，其包括电路板(22)，至少一个热流传感器(20，20′)从所述电路板突出，其中，所述传感器(20，20′)与模拟/数字转换器(25)、微控制器(26)和读取/存储单元(27)连接，
-通过通孔(12)将所述电路板(22)设置在所述壳体(1)中并将所述电路板(22)紧固在所述壳体(1)的壁上，
-以可流动的材料填充单侧封闭的通孔(12)，该材料形成传感器单元套管(28)，然后
-通过连接线缆(3)将所述电路板(22)连接到所述便携式计算机系统(0)的电子器件。
24.根据权利要求23所述的集成方法，其中，在填充所述通孔(12)之后，所述传感器单元套管(28)沿着皮肤接触侧(10)的方向至少部分地从所述通孔(12)中伸出。
25.一种制造传感器单元(2)的方法，该传感器单元包括至少一个测量传感器和位于电路板(22)上的电子部件，并将所述传感器单元(2)集成到便携式计算机系统(0)的壳体(1)中或粘性垫(4)中，以附接在皮肤(H)上，其特征在于，包括以下步骤：
-提供具有凹处(12，13)的壳体(11)或具有凹处(12′)的粘性垫(4)，
-提供所述传感器单元(2)，
-将所述传感器单元(2)插入到铸模(5)中，其中，连接线缆(3)从所述铸模(5)中伸出，
-将机械柔性的硬化材料浇注到所述铸模(5)中，以形成传感器单元套管(28)，
-固化所述传感器单元套管(28)，
-将由所述传感器单元套管(28)包围的传感器单元(2)插入到所述便携式计算机系统(0)的壳体(1)中的凹处(12，13)或粘性垫(4)中的凹处(12′)中，并
-随后将所述连接线缆(3)连接到所述便携式计算机系统(0)的电子器件。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述机械柔性的硬化材料为导热硅氧树脂。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述铸模(5)作为丢弃式的铸模保留在所述传感器单元套管(28)的材料上。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，在所述传感器单元套管(28)固化之后，将所述铸模(5)从所述传感器单元套管(28)中移除。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，将凹处(12，13，12′)构造为通孔(12)。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，将凹处(12，13，12′)构造为盲孔(12)。
31.根据权利要求25至30中任一项所述的方法，其中，在所述传感器单元套管(28)或由所述铸模(5)包覆的传感器单元套管(28)插入到所述凹处(12，13)中之前，以粘合剂涂抹所述凹处(12，13，12′)的内壁。
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