Radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles

Radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles

En este trabajo se presenta un nuevo circuito para un radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles, que puede utilizarse para controlar la temperatura de los tejidos internos humanos durante la vida. A diferencia de los radiómetros portátiles en miniatura conocidos, los resulta...

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Bibliographic Details
Main Authors: Vesnin, Sergey G., Sedankin, Mikhail K., Ovchinnikov, Lev M., Gudkov, Alexander G., Leushin, Vitaly Yu., Sidorov, Igor A., Goryanin, Igor I.
Format: Online
Language:eng
Published: Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) en Managua 2021
Online Access:https://www.camjol.info/index.php/NEXO/article/view/12690
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Radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles
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description En este trabajo se presenta un nuevo circuito para un radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles, que puede utilizarse para controlar la temperatura de los tejidos internos humanos durante la vida. A diferencia de los radiómetros portátiles en miniatura conocidos, los resultados de las mediciones del dispositivo propuesto no cambian cuando cambia la impedancia de la zona investigada. Se obtienen las correlaciones analíticas que relacionan el error de medición del radiómetro con los parámetros eléctricos de los componentes del dispositivo. Esto permite estimar la exactitud prácticamente realizable en la fase de diseño y seleccionar los parámetros óptimos del circuito para minimizar el error de medición.  Al elegir los parámetros óptimos del circuito, el error de medición no depende del coeficiente de reflexión de la antena ni de la temperatura de la parte de entrada del radiómetro.  Hemos desarrollado un prototipo de radiómetro de un solo canal, con unas dimensiones totales de 32 x 25 x 14 mm3, que se comunica con el PC a través de una interfaz USB. Una prueba de duración de 28 horas demostró que el dispositivo es muy estable, con una caída de temperatura máxima de 0.15 ̊ C, banda de frecuencia de funcionamiento 3400-4100 MHz, tensión de alimentación 5V, el consumo de energía del radiómetro en el modo de medición es de 210 mA a 5V, la constante de tiempo del radiometro sin promediar es de 0,6 seg, con una desviación estándar δ = 0,17 ̊ C, con un promedio adicional de 4 segundos δ=0,052 ̊ C, con un promedio de 30 seg.  δ =0,017 ̊ C, en presencia de reflejos en la entrada R2=0.25 , el error de medición de la temperatura de brillo de radio fue de 0,2 ̊ C, el error de medición fue de 0,15 ̊ C, cuando la temperatura del gabinete se modificó en 10 ̊ C. Tras introducir una fuente de alimentación autónoma y una comunicación inalámbrica con un smartphone, el radiómetro propuesto puede utilizarse como dispositivo portátil para controlar la temperatura de los tejidos internos durante la vida humana. 
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spelling NEXO126902021-11-01T03:51:52Z Portable microwave radiometer for wearable devices Radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles Vesnin, Sergey G. Sedankin, Mikhail K. Ovchinnikov, Lev M. Gudkov, Alexander G. Leushin, Vitaly Yu. Sidorov, Igor A. Goryanin, Igor I. Microwave radiometer Circuit parameters Miniature radiometer Core body temperature measurement Temperature sensors Wearable sensors Non-invasive passive measurement Términos del Índice Radiómetro de microondas Parámetros del circuito Radiómetro en miniatura Medición de la temperatura Sensores de temperatura Sensores portátiles Medición pasiva no invasiva This paper presents a new circuit of the miniature microwave radiometer for wearable devices, which can be used to monitor the core body temperature (CBT) of internal human tissues continuously 24/7. The measurement results of the proposed device, as opposed to the known miniature wearable radiometers, remain unchanged when the impedance of the examined area varies. We have derived an analytical expression for radiometer measurement error based on parameters of device components. This formula allows accuracies to be estimated and optimal parameters of the circuit to be selected to minimise measurement error at a design stage. It is shown that measurement error is independent of the antenna reflection coefficient and the temperature of the radiometer front-end. A prototype of the single-channel miniature radiometer has 32 х 25 х 14 mm3 dimensions and USB interface communication with PC. A 28-hour run of the device has shown that it is highly stable, and a maximum drift in temperature is 0.15 ̊C. Operating frequency range was 3400-4100 MHz, supply voltage - 5V; power supply of the radiometer in measurement mode is 210 mA; time constant of the radiometer without being averaged is 0.6 sec, at the same time, standard deviation δ = 0.17 ̊С, with further averaging during 4 sec δ=0.052 ̊С, with averaging during 30 sec δ =0.017 ̊C; when there were input reflections R2=0.25, an error in measuring brightness temperature shifted by 0.2 ̊ C; with 10 ̊C variations in ambient temperature the shift was 0.15 ̊C. Introduction of self-contained power supply and wireless communication with smartphone have made it possible to use the proposed radiometer as a wearable device to monitor the temperature of internal tissues and CBT during human activities. En este trabajo se presenta un nuevo circuito para un radiómetro de microondas en miniatura para dispositivos portátiles, que puede utilizarse para controlar la temperatura de los tejidos internos humanos durante la vida. A diferencia de los radiómetros portátiles en miniatura conocidos, los resultados de las mediciones del dispositivo propuesto no cambian cuando cambia la impedancia de la zona investigada. Se obtienen las correlaciones analíticas que relacionan el error de medición del radiómetro con los parámetros eléctricos de los componentes del dispositivo. Esto permite estimar la exactitud prácticamente realizable en la fase de diseño y seleccionar los parámetros óptimos del circuito para minimizar el error de medición.  Al elegir los parámetros óptimos del circuito, el error de medición no depende del coeficiente de reflexión de la antena ni de la temperatura de la parte de entrada del radiómetro.  Hemos desarrollado un prototipo de radiómetro de un solo canal, con unas dimensiones totales de 32 x 25 x 14 mm3, que se comunica con el PC a través de una interfaz USB. Una prueba de duración de 28 horas demostró que el dispositivo es muy estable, con una caída de temperatura máxima de 0.15 ̊ C, banda de frecuencia de funcionamiento 3400-4100 MHz, tensión de alimentación 5V, el consumo de energía del radiómetro en el modo de medición es de 210 mA a 5V, la constante de tiempo del radiometro sin promediar es de 0,6 seg, con una desviación estándar δ = 0,17 ̊ C, con un promedio adicional de 4 segundos δ=0,052 ̊ C, con un promedio de 30 seg.  δ =0,017 ̊ C, en presencia de reflejos en la entrada R2=0.25 , el error de medición de la temperatura de brillo de radio fue de 0,2 ̊ C, el error de medición fue de 0,15 ̊ C, cuando la temperatura del gabinete se modificó en 10 ̊ C. Tras introducir una fuente de alimentación autónoma y una comunicación inalámbrica con un smartphone, el radiómetro propuesto puede utilizarse como dispositivo portátil para controlar la temperatura de los tejidos internos durante la vida humana.  Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) en Managua 2021-10-28 info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion Peer-Reviewed Article Artículo revisado por pares application/pdf https://www.camjol.info/index.php/NEXO/article/view/12690 10.5377/nexo.v34i04.12690 Nexo Scientific Journal; Vol. 34 No. 04 (2021); 1431-1447 Nexo Revista Científica; Vol. 34 Núm. 04 (2021); 1431-1447 1995-9516 1818-6742 eng https://www.camjol.info/index.php/NEXO/article/view/12690/14706 Copyright (c) 2021 Universidad Nacional de Ingeniería https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

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