TE传感器对监测和控制医疗系统中各种应用的电子系统至关重要

2020-7-8 15:44:33 2012 传感器温度传感器

0 　　TE Connectivity利用许多不同的技术设计和制造各种传感器，这些技术对于监测和控制医疗系统中各种应用的电子系统至关重要。患者治疗的其中一个主要领域是医用泵，更具体地说是输液泵。TE 传感器应用于输液泵的以下领域：　　• 力传感器可检测阻塞，以确认将药物输送给患者的管道内没有阻塞。　　• 气泡检测传感器能够积极识别各种类型液体中是否存在流动中断。　　• 各向异性磁阻（AMR）位移传感器可监测医用泵电机的角度或线性位移。　　• 温度传感器用于监测和控制输送到患者体内的注射液体的温度。　　一、适用于医用泵应用的力传感器　　在 FS20 力传感器（图 1）中，传感器顶部的圆片状负载收集器承受由泵中的液体压力引起的机械应力。金属的负载收集器充当作用点。在额定负载下它会偏转约 0.05 毫米。硅压阻式应变片固定在负载收集器下方。当应变片由于负载收集器的弹性弯曲而承受应力时，应变片结构的电阻会发生变化。这种变化会在集成电路（IC）中进行处理，并反馈到输出引线。传感器的零位和变化范围经过规范化，以确认传感器的可互换性。FS20 型微型力传感器充分组合了机电功能和经济性，具有显著优势。　　　　图1：带有压阻式应变片的压缩力传感器的工作原理　　符合 RoHS 的 FS20 传感器有两种版本，力量程分别高达 750 克和 1500 克。该传感器具有标准大信号输出、低噪声、低偏心误差和高超量程功能（高达 2.5 倍）特性，结合快速准确的结果（量程的 ± 1 %）以及 0℃ 至 50℃ 的温度补偿范围，它是泵监测的理想选择。由于负载收集器的偏移非常小，因此该传感器的生命周期基本不受限制。该传感器的紧凑设计（25.1 × 17.27 × 8.26 毫米）使其可用于空间受限的各种应用，例如输液泵和其他便携式医疗应用。　　FC22 微型力传感器（图 2）基于相同的工作原理；但它的工作区域较小，可为点负载的测量提供方便。该传感器的外形规格和电缆连接可提供不同的集成选项。FC22 传感器还有毫伏桥版本。　　　　图2：FC22 微型低力量程压缩力传感器　　符合 RoHS 的 FX1901 压缩传感器可用于物理治疗、测量患者体重（体重秤）以及脊椎按摩疗法和训练设备等。五个测量范围涵盖了从 10 lbf 到 200 lbf（约 5kg 到 100kg）的最大负载。与输入电压对应的模拟输出信号为 20mV/V（每 1V 输入电压对应 20mV 输出电压）。这种精确度为 1% 的力传感器基于具有成本效益的设计。　　FX29 是 TE 的全新创新型力传感器产品，具有多项新功能和改进功能，由于其设计经过大量更改，因此其价格将大大低于以前的力传感器型号。FX29 是为嵌入式力测量应用而设计的微型压缩力传感器。该传感器的力元件采用了高可靠性 Microfuse 技术，并且适用范围覆盖了 10lbf 到 100lbf。FX29 扩展了可用的输出类型，包括 mV、放大和数字输出选项。集成的数字电路带来了更高的整体系统精确度，而可用的低测量范围使其可以在更广泛的应用中使用。较高的超量程保护可使传感器免受系统中的浪涌和冲击电压的影响，而且搭配高输出灵敏度的低偏移意味着传感隔离膜上的应力较小，这使得 FX29 适用于要求苛刻的医疗应用。　　　　图3：FX29 压缩力传感器　　力传感的应用领域：　　医疗设备 OEM 正在寻求具备可靠性、合适尺寸（小型化）、更低成本和更好整体性能的产品。力传感的诸多医疗应用领域包括：　　• 许多动态药物分配系统依赖于力传感作为反馈控制的主要传感器技术。　　• 由于低成本、高可靠性的力/扭矩传感可以实现精确的测量，因此手术治疗也在迅速发展。装订机和***设备均配备了力传感器，以实现更快、更精确的手术治疗。　　• 用于在膝盖和肩部手术中冲洗和盐水冲洗部位的泵越来越多地使用力感应来优化流速。　　• 力传感器现已广泛用于盐水注射的重量测量。　　二、适用于医用泵应用的气泡检测传感器　　TE 的 AD-101 气泡检测传感器可对液体进行非侵入式持续监测以监测气泡，它利用超声技术来积极识别所有类型的液体中是否存在流动中断。凭借持续的自诊断和包装的灵活性，这些传感器可为关键应用（例如输液泵）提供可靠和准确的气泡检测。　　　　图4：AD-101 气泡检测传感器　　气泡检测传感器（例如 TE 的 AD-101）将直接安装在用于将液体注入患者体内的管道上。气泡检测传感器包含一个嵌入式压电传感器，该传感器会发出声脉冲超声信号。信号会经过管道及其内容物。压电接收器会监听超声波信号。液体可有效地传输超声波，因此当管道中仅存在液体时，传输的信号很强。气泡不能有效地传输超声波，因此液体中的气泡会削弱信号。内部电路会测量接收器信号的振幅并提供适当的输出。　　　　图5：超声波气泡检测传感器 - 工作原理　　超声波气泡检测传感器是非侵入性的，不与液体直接接触。AD-101 适用于 3mm 至 10mm 的管道尺寸，而且可以进行定制以适应非常用的管道尺寸。响应时间小于 2ms，可提供 3.3V TTL 输出逻辑电平，而且它集成了 LED，如果检测到气泡，则提供可见信号。AD-101 还具有内置的自诊断功能，可以持续监测传感器的运行情况。该传感器可在任意位置使用，液体向上、向下或以任何角度流动均可。重力对检测能力没有影响。　　气泡检测传感器的应用：　　气泡检测在输液泵、血液透析和血流监测等应用中非常重要。TE 的 AD-101 气泡检测传感器提供：　　• 自诊断功能，包括开机和持续自诊断　　• 可以灵活定制，以适应各种管道或导管　　• 集成式电子设备，可通过简单的集成实现紧凑型产品设计　　• 20 年久经验证的性能，传感器销往世界各地　　三、输液泵中的其他传感器　　医用泵中使用传感器的其他两个领域包括：用于电机反馈和诊断的位移传感器，以及用于监视和控制输液的温度传感器。　　各向异性磁阻（AMR）传感器是精确的非接触式设备，可对传感器感测到的磁场角度变化进行测量。TE 的磁传感器可在严苛环境中提供可靠的非接触式位移测量。例如，AMR 效应的独特功能可实现在精密线性编码器中测量亚微米级位移。AMR 技术还成功用于存在状态检测，例如气缸中的终点检测。这种 AMR 技术为监测线性或旋转运动提供了一种低成本的强大技术，并且可以为驱动大多数输液泵的各种电机提供精确的位置反馈。这些耐用的产品旨在提供更高的输出精确度，以实现平稳的电机控制，它们较小的尺寸通常可以降低更换成本，并使其设计适用于许多紧凑、自动化的低成本组件。　　目前，输液泵采用了一系列电机技术，而精确的电机反馈对于系统的精确度和可靠性至关重要。对于所有利用旋转的电机技术，都可以在旋转部件上放置一个小磁铁，并使用 AMR 传感器提供准确的旋转角度信息，从而实现精确、即时的电机反馈和控制。AMR 传感器还可用于提供有关注射器柱塞位置以及注射器针筒尺寸的直接反馈。　　在体温方面，事实证明术中静脉输液和输血对体温有着相当大的影响。因此，监测和控制液体的温度很重要。当向静脉内输注液体时，经常使用各种医用液体加热器，并且温度传感器将集成为这些系统的一部分，以监测和控制液体的温度。尽管许多加温部件是独立的，并且位于输液泵外部，但现在的趋势是将此选项集成到新的输液泵设计中。TE 设计和制造各种温度元件和组件，它们已广泛用于侵入式和非侵入式医疗应用，以监测从核心体温到用于血管修复球囊的低温气体的各种温度。　　　　图6：医疗应用中使用的温度组件　　TE 设计和制造的传感器适用于各种医疗应用，根据不同需求，部分产品已经通过 ISO 13485 认证和美国FDA 注册。 0
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