醫用傳感器技術(shù)設計的注意事項

2023-08-02 442

隨著(zhù)全新個(gè)人設備和醫療器械的不斷發(fā)展,傳感器技術(shù)不斷演變,以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的互連醫療行業(yè)的嚴苛需求。 隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 等趨勢以及數據分析和人工智能等新技術(shù)的出現,傳感器對于收集準確數據變得更加重要。為收集這些關(guān)鍵數據,可使用侵入式和非侵入式傳感器技術(shù)。侵入式傳感器可用于在手術(shù)過(guò)程中監控動(dòng)脈血壓,以及通過(guò)導管組件中的微型熱電偶測量溫度等眾多應用領(lǐng)域。這些傳感器對兼容性和封裝有專(zhuān)門(mén)要求,通常采用小型一次性封裝。非侵入式和非接觸式傳感器技術(shù)的應用范圍更加廣泛,并且設計時(shí)同時(shí)考慮了機械和電氣兩個(gè)方面,可支持醫療設備和器械的增長(cháng)。本文將介紹針對非接觸式醫療應用的傳感器設計注意事項,并回顧需記住的關(guān)鍵趨勢。


耐受性


設備的耐受性(或耐用性)是首先需要考慮的一個(gè)重要概念。 用于測量溫度、振動(dòng)和位置等特性的傳感元件小而精密。例如,熱電堆傳感器由一組精準的小型熱敏電阻組成,用于測量其可測范圍內的溫度。這些傳感器的封裝方式可以保護傳感元件免受外部環(huán)境的影響。這在通風(fēng)設備等應用中至關(guān)重要,其中熱電堆用于測量表面溫度,空氣流量傳感器測量氣流溫度以針對環(huán)境變化進(jìn)行補償,并為裝配的其他傳感器提供溫度測量基線(xiàn)。傳感元件采用不銹鋼外殼封裝,處于全密封狀態(tài),可防止外部環(huán)境(如潮濕和其他惡劣因素)對其造成影響。

同樣,可通過(guò)用于位置感測的非接觸式測量,將傳感器封裝在組件中。

TS318.png

由于各向異性磁阻 (AMR) 位移傳感器可封裝和密封在設備內,同時(shí)還能測量組件外的磁化量程,因而對它的需求有所增加。假體關(guān)節是個(gè)有趣的例子。在這項應用中,AMR 傳感器可測量關(guān)節(如膝蓋或踝關(guān)節)的旋轉,從而對動(dòng)作進(jìn)行補償,形成更自然的步態(tài)模式。由于傳感器封裝在膝蓋組件內,因此可確保其免受水、沖擊和一般磨損等環(huán)境條件的影響。因此,傳感器和運動(dòng)肢體之間可獨立旋轉,無(wú)需物理接觸。


小型化


小型化是傳感器行業(yè)需要考慮的另一個(gè)主要趨勢,旨在縮小傳感器在產(chǎn)品內占用的空間。 隨著(zhù)可穿戴互聯(lián)設備的增加,構建輕型、緊湊的設計變得非常必要。雖然手表、胸部心率監視器和其他飾品類(lèi)設備在監視健康因素方面的準確性各不相同,但它們提供的信息比過(guò)去更多。隨著(zhù)消費者對健康生活的關(guān)注日益增長(cháng),擁有更精確數據的驅動(dòng)力促進(jìn)了傳感器需求的增長(cháng),并且需要將更多的傳感器安裝到相同大小的包裝中。


除健康生活可穿戴設備外,小型傳感器還可內置于電動(dòng)機械假肢中。手指的力度和控制需要一絲不茍的技巧,以實(shí)現精確測量。在考慮力量測量時(shí),握持一顆葡萄和將其碾碎的力量差異很大,因此,它需要手指的準確數據才能執行這看似簡(jiǎn)單的任務(wù)。在指關(guān)節旋轉點(diǎn)處應用磁傳感器和應變片,可完成精確的無(wú)接觸控制和所需動(dòng)作。


數字信號處理


較高的準確性是選擇醫療應用傳感器的重要目標,這使得數字傳感器因其更加精確、穩定的輸出成為了更理想的選擇。 例如,數字熱電堆溫度傳感器可實(shí)現 0° 到 100°C 溫度范圍的高精度讀數,誤差為 ±1°C。這些傳感器經(jīng)過(guò)定制后,可在極其嚴苛的環(huán)境下進(jìn)行更廣泛的應用,能在 300°C 時(shí)提供高精度(誤差為 ±4.5°C)。盡管模擬產(chǎn)品通常較便宜,但數字傳感器因其設備和結構,無(wú)需購買(mǎi)其他電子元件(包括低偏移/低噪聲放大器和相關(guān)濾波器)。某些傳感器技術(shù)與數字輸出設備封裝在一起時(shí),可以提供來(lái)自同一設備的多個(gè)輸出信號,從而無(wú)需占用電路板的整體平臺和空間。通過(guò)采用數字信號處理,可以為更多消費類(lèi)醫療器械設計傳感器。這將實(shí)現更低的電流消耗,在不使用時(shí)能夠“休眠”并以較低電源電壓運行,可支持使用較小的板載蓄電池。


數字信號和可擴展性


數字信號處理在可擴展性方面起著(zhù)重要作用,是一個(gè)基本考慮因素。 現代電子設備需要對傳統的模擬輸出信號進(jìn)行一定程度的轉換才能讀取和處理數據。然而,板載數字信號處理縮短了系統或設備生產(chǎn)過(guò)程中的校準時(shí)間,從而提高了精確度。由于傳感器生產(chǎn)商的校準設備旨在測試傳感器并對其質(zhì)檢,因此 OEM 只需進(jìn)行少量投資即可復制系統要求,從而管理從模擬到數字的信號處理。此外,傳感器生產(chǎn)商還可根據客戶(hù)要求定制機械工具、傳感器編程和校準,以實(shí)現即插即用設計。


SMT 技術(shù)


根據美國醫院聯(lián)合會(huì )的統計,2017 年 5,000 多家美國注冊醫院接診了 3,500 萬(wàn)名以上的入院患者。 雖然美國的醫療行業(yè)正在轉向減少就診次數、住院人數和住院次數,但對患者支持和監控設備的需求仍和以往一樣。因此,設計用于可擴展自動(dòng)化生產(chǎn)的傳感器成為了醫療行業(yè)滿(mǎn)足需求的理想方案。


傳感器的表面貼裝技術(shù)使設計工程師能夠將傳感器嵌入組件的電子元件中。光電傳感器提供傳統的引線(xiàn)框架設計,這些設計手工焊接到組件中,現在經(jīng)過(guò)封裝可用于 SMT 設計??苫亓骱附臃庋b使工程師能夠將傳感器集成到通過(guò)取放機器嵌入的組件中,從而提高整體質(zhì)量,同時(shí)減少了制造時(shí)間和成本。AMR 傳感器具有垂直或水平安裝的靈活性,也可用于 SMT 封裝。根據系統設計,這可在確保傳感器能夠裝入系統方面發(fā)揮重要作用,并為磁體放置提供更大的靈活性。



推薦新聞
国产精品无码视频二三区_97av在线视频_国产免费啪啪电影中心_高清成人无码