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    測力傳感器在醫療電子范疇的應用
    發布時間:2019-11-16
    測力傳感器在醫療電子領域的應用

      測力是將力轉化為電旌旗燈號的換能器。數十年來,這種傳感器普遍用于各行各業的丈量跟傳感范疇。年夜少數測力傳感器的中心部件是電阻應變計。該元件遭到拉力或壓力時,電阻會產生變更。箔應變計是常用的一種,由經由熱處置的超薄金屬箔片制成。該箔片能夠在介電薄層上化學蝕刻而成,或許采取真空堆積或濺射技巧,經由過程資料的分子鍵合附著在介電層上。后一種技巧平日稱為薄膜法?;孟氲膽冇嫅旙w積小,本錢低,對負荷偏向上的應變極為敏銳,并且不受四周情況溫度變更的影響。 

      要經由過程應變計丈量應變,所用電路必需可能丈量渺小應變帶來的幽微電阻變更。應變計換能器平日包含4個應變計元件,這些元件經由過程導線銜接成惠斯頓電橋電路。作為應變丈量的優質抉擇,這種電路為四腳并聯分別式電橋電路,它可丈量電阻變更惹起的電流轉變。其輸出電壓以單元輸入電壓下的毫伏數表現(mV/V)?;菟诡D電橋也實用于溫度彌補。

      測力傳感器品種及響應的丈量技巧

      個別的惠斯頓電橋電路包含4個應變計。但有些測力傳感器可應用8、16、32乃至更多個應變計,而另一些裝備則僅應用一到兩個應變計。應變計定位能否精確、裝置方法怎樣以及所用的資料決議了測力傳感器的機能。換能器的模仿輸出平日須要停止旌旗燈號調理、縮小跟數字化,以表現力、測重、壓力、位移或所受的扭矩。

      箔應變計存在一些顯明的長處,比方:體積較小,存在多種丈量形式跟溫度彌補功效。這種應變計出產本錢低,裝置方法機動,既可裝置在平整、曲折或有槽的名義,也可裝置在內孔的名義,因此合適種種翻新性的計劃請求,這是現在利用普遍的抉擇。

      微電機體系(MEMS)是該范疇的新技巧。MEMS為蝕刻成梁柱形、隔閡形或板形的微型硅元件,可在測力元件內施展傳感器的功效。與集成電路的制作工藝相似,MEMS也是經由過程團體跟名義微加工技巧制成。MEMS能夠年夜批量出產,由于能夠在有集成電路的單晶片上加工數以千計的傳感器元件。只管這種傳感器可能以極低的本錢(低至多少美元)年夜批量出產,但與箔應變計比擬,其利用范疇仍很無限。MEMS在醫療范疇常用于那些本錢低、產量年夜(數百萬以上)的一次性產物中,比方:一次性血壓傳感器跟用于丈量球囊導管壓力的血管成形安裝。

      由產業進入醫療行業

      年夜少數情形下,尺寸跟本錢是產物從一般產業范疇轉入醫療行業進程中的年夜成績。產物轉化時其量程跟牢靠性等根本技巧特色并未轉變,但醫療行業個別須要丈量盎司、克跟毫克級的負荷,而產業情況下,負荷個別以磅、千牛頓或噸為單元。獨一破例的是理療痊愈東西,這種東西平日應用尺度尺寸的測力傳感器。

      全部醫用測壓傳感器都必需高度準確并緊湊包裝,以便輕巧易攜,特殊是東西要與病人直接銜接時。假如傳感器用于某醫療東西集成的監測儀器內,要應用不銹鋼跟陽極化鋁等尺度包裝資料。假如裝備與人體或液體直接打仗,則可應用可高壓蒸汽滅菌的特種不銹鋼或一次性傳感器。

      醫用測力傳感器晚期曾用于力學丈量等范疇,如病床負重監測。20世紀80年月晚期之前,護士必需親身丈量病人的體重,跟蹤顯明穩定。在病床上裝置測力傳感器后,病床可無效地將病人的精確體重傳輸得手持式裝備上。每張病床個別裝置4個測力傳感器,每條床腿下一個,這些傳感器將數據傳輸到與相干裝備或把持器銜接的接線盒內。

      未幾當前,人們將小型測力傳感器利用到輕易產生工資過錯的范疇,比方:用于給藥的輸液泵。以往,人們將液體、藥物或養分液裝到輸液袋中,吊掛起來,使液體經由過程軟管依附重力輸入病人體內。為了盡可能準確地調理流速,人們應用了種種鉗夾辦法。別的,護士還要頻仍地監測輸液,確保輸液準確,輸液袋內液體尚未流盡,并且未產生回血。將測力傳感器跟監測體系引入淺易輸液裝備中,省卻了客觀斷定的進程。測力傳感器可精確丈量輸液袋的分量,當液體分量于事后設定值差別時,傳感器會破即向銜接的裝備收回忠告信息。平日,小型彎梁測力傳感器(量程100g至1lb)裝置在軟管下的儲液器上。傳感器可檢測輸液時期的導管分量變更,并與電子把持器停止數據通訊。

      將測力傳感器與以往純真的機器技巧聯合,能夠將信息反應給其余裝備。將主動化引入很多醫療范疇中,能夠增加操縱中的工資過錯。測力傳感器供給的數據被永恒記載上去,如許也可年夜年夜改良醫療進程的跟蹤記載,便于義務確認。

      利用實例

      當初,理療東西的測力傳感器直徑僅3–4英寸,小的還不到半英寸。量程從多少毫克到多少百磅,不受測力傳感器尺寸的影響。即便小的測力傳感器也存在與較年夜傳感器雷同的量程、精度跟反復性。傳感器尺寸小到必定水平時,確切會限度其量程,但少數醫療利用都不須要用到年夜型測力傳感器的分量量程。

      半導體跟電路裝備進步的盤算機主動化、 無線銜接以及一直減小的體積跟一直加強的功效,年夜年夜擴大了測力傳感器在醫療范疇的利用范疇。此條件到的輸液技巧跟病床負重丈量辦法利用仍很普遍,但跟著集成主動化裝備的應用,這些利用變得更為龐雜了

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