测力传感器在医疗电子范畴的应用

测力传感器在医疗电子领域的应用
测力是将力转化为电旌旗灯号的换能器。数十年来，这种传感器普遍用于各行各业的丈量跟传感范畴。年夜少数测力传感器的中心部件是电阻应变计。该元件遭到拉力或压力时，电阻会产生变更。箔应变计是最常用的一种，由经由热处置的超薄金属箔片制成。该箔片能够在介电薄层上化学蚀刻而成，或许采取真空堆积或溅射技巧，经由过程资料的分子键合附着在介电层上。后一种技巧平日称为薄膜法。幻想的应变计应当体积小，本钱低，对负荷偏向上的应变极为敏锐，并且不受四周情况温度变更的影响。 
　　要经由过程应变计丈量应变，所用电路必需可能丈量渺小应变带来的幽微电阻变更。应变计换能器平日包含4个应变计元件，这些元件经由过程导线衔接成惠斯顿电桥电路。作为应变丈量的最佳抉择，这种电路为四脚并联分别式电桥电路，它可丈量电阻变更惹起的电流转变。其输出电压以单元输入电压下的毫伏数表现(mV/V)。惠斯顿电桥也实用于温度弥补。
　　测力传感器品种及响应的丈量技巧
　　个别的惠斯顿电桥电路包含4个应变计。但有些测力传感器可应用8、16、32乃至更多个应变计，而另一些装备则仅应用一到两个应变计。应变计定位能否精确、装置方法怎样以及所用的资料决议了测力传感器的机能。换能器的模仿输出平日须要停止旌旗灯号调理、缩小跟数字化，以表现力、测重、压力、位移或所受的扭矩。
　　箔应变计存在一些显明的长处，比方：体积较小，存在多种丈量形式跟温度弥补功效。这种应变计出产本钱低，装置方法机动，既可装置在平整、曲折或有槽的名义，也可装置在内孔的名义，因此合适种种翻新性的计划请求，这是现在利用最为普遍的抉择。
　　微电机体系(MEMS)是该范畴的最新技巧。MEMS为蚀刻成梁柱形、隔阂形或板形的微型硅元件，可在测力元件内施展传感器的功效。与集成电路的制作工艺相似，MEMS也是经由过程团体跟名义微加工技巧制成。MEMS能够年夜批量出产，由于能够在有集成电路的单晶片上加工数以千计的传感器元件。只管这种传感器可能以极低的本钱（低至多少美元）年夜批量出产，但与箔应变计比拟，其利用范畴仍很无限。MEMS在医疗范畴最常用于那些本钱低、产量年夜(数百万以上)的一次性产物中，比方：一次性血压传感器跟用于丈量球囊导管压力的血管成形安装。
　　由产业进入医疗行业
　　年夜少数情形下，尺寸跟本钱是产物从一般产业范畴转入医疗行业进程中的最年夜成绩。产物转化时其量程跟牢靠性等根本技巧特色并未转变，但医疗行业个别须要丈量盎司、克跟毫克级的负荷，而产业情况下，负荷个别以磅、千牛顿或吨为单元。独一破例的是理疗痊愈东西，这种东西平日应用尺度尺寸的测力传感器。
　　全部医用测压传感器都必需高度准确并紧凑包装，以便轻巧易携，特殊是东西要与病人直接衔接时。假如传感器用于某医疗东西集成的监测仪器内，要应用不锈钢跟阳极化铝等尺度包装资料。假如装备与人体或液体直接打仗，则可应用可高压蒸汽灭菌的特种不锈钢或一次性传感器。
　　医用测力传感器晚期曾用于力学丈量等范畴，如病床负重监测。20世纪80年月晚期之前，护士必需亲身丈量病人的体重，跟踪显明稳定。在病床上装置测力传感器后，病床可无效地将病人的精确体重传输得手持式装备上。每张病床个别装置4个测力传感器，每条床腿下一个，这些传感器将数据传输到与相干装备或把持器衔接的接线盒内。
　　未几当前，人们将小型测力传感器利用到轻易产生工资过错的范畴，比方：用于给药的输液泵。以往，人们将液体、药物或养分液装到输液袋中，吊挂起来，使液体经由过程软管依附重力输入病人体内。为了尽可能准确地调理流速，人们应用了种种钳夹办法。别的，护士还要频仍地监测输液，确保输液准确，输液袋内液体尚未流尽，并且未产生回血。将测力传感器跟监测体系引入浅易输液装备中，省却了客观断定的进程。测力传感器可精确丈量输液袋的分量，当液体分量于事后设定值差别时，传感器会破即向衔接的装备收回忠告信息。平日，小型弯梁测力传感器(量程100g至1lb)装置在软管下的储液器上。传感器可检测输液时期的导管分量变更，并与电子把持器停止数据通讯。
　　将测力传感器与以往纯真的机器技巧联合，能够将信息反应给其余装备。将主动化引入很多医疗范畴中，能够增加操纵中的工资过错。测力传感器供给的数据被永恒记载上去，如许也可年夜年夜改良医疗进程的跟踪记载，便于义务确认。
　　利用实例
　　当初，理疗东西的测力传感器直径仅3–4英寸，最小的还不到半英寸。量程从多少毫克到多少百磅，不受测力传感器尺寸的影响。即便最小的测力传感器也存在与较年夜传感器雷同的量程、精度跟反复性。传感器尺寸小到必定水平时，确切会限度其量程，但少数医疗利用都不须要用到年夜型测力传感器的分量量程。
　　半导体跟电路装备进步的盘算机主动化、 无线衔接以及一直减小的体积跟一直加强的功效，年夜年夜扩大了测力传感器在医疗范畴的利用范畴。此条件到的输液技巧跟病床负重丈量办法利用仍很普遍，但跟着集成主动化装备的应用，这些利用变得更为庞杂了