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医学传感器技术把握了现代健康设备的脉动

Duke 2019-05-09 11:26 次阅读

如今的患者在进入医院时,他们不仅要面对医生和护士,还要面对一系列先进的医疗诊断和分析设备,许多设备用来监测他们的生理参数,如体温、心率、血压、血氧水平等等。在患者和这些医疗设备之间的连接处,则是一系列高度可靠和精确的医疗传感器

行业研究机构Marketsandmarkets预测,从现在起到2022年,医疗传感器市场的复合年增长率(CAGR)为8.5%,市场规模在2022年将达到150亿美元。业内有许多类似的其他趋势和技术也在推动该市场的增长,其中包括医疗服务提供商面临着越来越大的压力,以进一步降低运营成本。同时,全球人口正在步入老龄化,而消费者对远程医疗寄予很高的期望。

在更接近患者的传感器层面,MEMS、纳米技术、超低功耗传感器、无线充电和新通信协议的持续发展都会产生重大影响。此外,医疗设备设计人员正在关注传感器融合和多功能传感器的进展,这些传感器技术在未来可能会提供更大的应用空间。

监测生命体征

用于感测压力、温度和气流等参数的单功能传感器可用于多种医疗设备,从简单的测温设备、血压监测仪和输液泵到用于磁共振成像(MRI)、超声波、X射线和持续正压气道通气机器(CPAP,简称睡眠呼吸机)等复杂医疗设备。

欧姆龙(Omron)公司的D6F-01A1-110高精度MEMS流量传感器可用于呼吸和通气机设备、麻醉输送机和氧气浓缩器等。该器件可在0~1升/分钟的流量范围内提供气流测量,精度为±3%满量程。同样, 霍尼韦尔HAFBLF0400C4AX3高精度气流传感器可提供400SCCM范围的流量测量,精度为2.5%。这款传感器采用先进的板载Asic,能够进行完全校准和温度补偿,可用于麻醉和治疗睡眠呼吸暂停以及雾化机(nebulisers)等。

图1:霍尼韦尔的HAFBLF0400C4AX3气流传感器。

在最重要的医用压力传感器中, Amphenol的P162是一种电路板安装压阻式(PIezoresistive)器件,能够测量高达300mm Hg的压力。这款紧凑型传感器采用1150μmx725μm芯片,在子宫内压(IUP)测定等应用中具有重要作用。

与压力和气流传感器一样,温度传感器同样是各种医疗设备的关键组成部分。例如, Maxim的700-DS600U温度传感器 工作范围为-40℃~125℃,精度为±0.5℃。它可以集成到输液泵中,用于向患者输送液体、药物或营养物,以及各种形式的可携带体内治疗。Maxim的产品组合中还包括MAX30205MTA+,该板载传感器在0℃~50℃工作温度范围内具有±0.1°C的精度,它使用高分辨率Σ-Δ模数转换器(adc),能够将测量的模拟温度转换为数字格式,在最终pcb上焊接时能够符合ASTM E1112临床测温规范。该传感器适用于医疗环境中的体温测量,同时适用于健身追踪器中的体温测量。为了在早产儿恒温箱(incubators)中持续监测体温,Amphenol开发了MA300TA103C,这是一款9.52mm直径的生物医学级NTC热敏电阻,工作温度范围为0℃~50℃。

非接触式体温测量是Melexis公司MLX90614ESF-BAA-000-TU等温度传感器的一种常见应用。MLX90614ESF-BAA-000-TU是一款由两个芯片构成的板载红外(IR)温度测量器件,包括一个红外敏感热电堆检测器和一个信号调节ASIC,该多芯片传感器可在-40℃~85℃温度范围内进行温度测量,精度为±0.5℃。

图2:Melexis公司 MLX90614ESF-BAA-000-TU温度传感器。

传感器融合和多功能传感器

在复杂医疗设备中,虽然具有不同功能的传感器现在已经变得很普遍,而且为了获得更好的结果,需要部署多个传感器的场合也越来越多。就像人类的大脑集成了嗅觉、味觉、触觉、视觉和听觉等许多不同的感官输入,能够提供更好的整体体验,技术进步也可以将来自多个传感器的输入数据流组合在一起,从而实现传感器融合。

传感器融合通常包括三个连续阶段:数据采集、特性融合、以及最后的决策合并。在第一阶段,多个传感器收集物理、化学、生物参数特征或图像等不同类型的信号。在下一阶段,收集的信号经过处理以提取相关信息,并消除噪声。最后,第三阶段通过一系列决策算法执行数据融合。

传感器融合实施的典型示例是一种目前正在使用的9轴9-SFA系统,它们包括一个3D加速度计,一个3D陀螺仪和一个3D磁力计(magnetometer)。三个传感器中的每一个都能够提供独特的输入,但却都具有某些运行方面的局限。例如,加速度计可提供x轴、y轴和z轴线性运动感测,但对振动非常敏感。同样,陀螺仪可进行俯仰、滚转和偏航旋转感测,但是却容易受零点偏置漂移(zero bias drift)影响。虽然磁力计能够提供x,y和z轴磁场感应,但会受到电磁干扰(EMI)的影响。然而,通过数据融合,将这些传感器功能组合在一起可以获得丰富的感测数据,从而可用于广泛的医学学科应用。

意法半导体的SensorTile (STEVAL-STLKT01V1)是一款13.5mm x 13.5mm“交钥匙型”传感器融合开发板,带有各一个MEMS加速度计、陀螺仪、磁力计、压力传感器以及一个MEMS麦克风(见图1),该开发板配有Stm32L4 32位ARm Cortex-M4微控制器。同样,NXP的 FXOS8700CQR1是一款由一个3轴线性加速度计和一个3轴磁力计组合而成的单一封装,该传感器包含可选的i2C或点对点SPI串行接口,具有14位加速度计和16位磁力计ADC分辨率,可提供动态可选的满量程加速度范围±2g、±4g和±8g,以及固定磁场测量范围±1200μT,该传感器在医疗领域的主要应用包括患者监测、跌倒检测和康复等等。

图3:意法半导体SensorTile的功能框图。

传感器融合技术是将多个传感器的输入组合形成一个输出,相比之下,使用多功能传感器的医疗设备则可通过单一传感器实现多参数生物特征和健康监测。从这些器件收集的多层面生物信息可以帮助护理人员和临床医生实时监控患者的健康状况,同时可以分析所采集的数据以进行医疗诊断。例如,可穿戴式健康监测胸部佩戴设备集成有控制器板、心电图(ECG)传感器、温度传感器、加速度计和振动马达,可为医务人员提供重要的信息输入。

Maxim的MAX30001多功能传感器可根据患者体内产生的电信号来测量生物电位(biopotential),该模块具有包含生物电位和生物阻抗(BioZ)传感器的模拟前端(AFE),可为波形、心率和起搏器边缘检测提供单一生物电位通道,并具有单个生物阻抗通道用于呼吸测量,其应用包括生物认证和因需而定的心电图应用、呼吸和水合监测、心率监测和心律失常检测。

患者在医院寻求治疗时,通常会接受广泛的诊断检查,但一旦出院,他们就会从医生的监测视野中消失,这是医疗保健行业的一个重要盲区。本文所讨论的一些技术项目,将有助于把对患者健康状况进行全天候监控变成现实。

作者:贸泽电子Mark Patrick

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LC717A10AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

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信息 LC717A00AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(例如增益),因此当应用推荐的开关模式时,LC717A00AR可以独立运行。此外,由于LC717A00AR具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 29次 阅读
LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A10AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(16个差分输入): 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置)< / li> 用于测量的外部组件:不需要 接口:I C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型)(V = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V < / li> 检测操作:切换...
发表于 04-18 20:26 28次 阅读
LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

信息 LC717A00AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(如增益),因此在应用推荐的开关模式时,LC717A00AJ可以独立运行。此外,由于LC717A00AJ具有与I C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据进行检测和测量。 检测系统:差分电容检测(互电容型) 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时), 3ms(Typ (最小间隔配置) 用于测量的外部元件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V = 2.8 V), 740μA(典型值)(V = 5.5 V) 电源电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:开关 接口:I C兼容总线或SPI可选。...
发表于 04-18 20:26 29次 阅读
LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

LB11683H 三相无传感器电机驱动器

信息 LB11683H是一款三相全波电流线性驱动无传感器电机驱动器。它采用无传感器控制系统,无需使用霍尔效应器件。为了实现更安静的运行,LB11683H具有电流软开关电路,是驱动冰箱等冷却风扇电机的理想选择。 电流线性驱动器 内置限流电路 输出级过饱和防止电路 线圈反电动势FG输出 内置热关断电路 节拍锁定防止电路 锁定保护电路 锁定检测输出
发表于 04-18 20:18 27次 阅读
LB11683H 三相无传感器电机驱动器

LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

信息 LA0151CS是一种线性电流输出型照明(环境光)传感器,具有2级增益切换。 极小的封装(1.01 * 1.01 * 0.6 mm) 低功耗(1000 Lux时150uA) IR区无敏感 低增益模式功能(-35 dB)
发表于 04-18 20:17 20次 阅读
LA0151CS 环境光传感器,线性电流输出,具有2级增益切换

QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 2次 阅读
QSE259 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 0次 阅读
QSE258 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 0次 阅读
QSE256 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 2次 阅读
QSE159 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE25x系列是在输出处配有施密特触发器的OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。 本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。 在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。 这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅IC 封装类型: 侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 日光过滤器 高灵敏度 直接的TTL/LSTTL接口...
发表于 04-18 20:16 0次 阅读
QSE257 塑硅光电逻辑光电传感器

QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

信息QSE15X 系列是在输出处配有施密特触发器的 OPTOLOGIC® IC,该触发器为抗噪能力和脉冲整形提供滞后。本IC的基本构件块由一个光电二极管、一个线性放大器、稳压器、施密特触发器和四个输出选件组成。在4.5-16.0伏对应的电源电流范围内,TTL/LSTTL兼容输出可驱动多达十个TTL负载。这些器件都标有便于识别的彩色条纹。 双极硅 IC 封装类型:侧面可视封装 中等宽接收角,50° 封装材料和颜色:黑色环氧树脂 还提供透明包装:“C”后缀 匹配发射极:QEE113/QEE123 日光过滤器 高灵敏度 直接的 TTL/LSTTL 接口...
发表于 04-18 20:16 30次 阅读
QSE158 塑硅光电逻辑光电传感器

QSD2030F 塑料硅光电传感器

信息QSD2030F PIN光电二极管 封装类型: T-1 3/4(5mm透镜尺寸) 宽接收角,40° 日光过滤器 封装材料和颜色: 黑色环氧树脂 高灵敏度 峰值敏感度l = 880nm
发表于 04-18 20:16 23次 阅读
QSD2030F 塑料硅光电传感器

QRD1113 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:16 31次 阅读
QRD1113 反射对象传感器

QRE1113 反射对象传感器

信息QRE1113 光电晶体管输出 无接触表面感测 微型封装 时尚设计: 鸥翼式 两种引脚形式选择: 通孔(QRE1113)SMT鸥翼式(QRE1113GR) 两种封装选择: 管状(QRE1113)卷带和卷盘(QRE1113GR)
发表于 04-18 20:16 35次 阅读
QRE1113 反射对象传感器

QRD1114 反射对象传感器

信息QRD1113/14反射对象传感器由一个红外发光二极管和一个NPN硅光敏达林顿放大器并排安装在一个黑色塑料外壳中构成。 轴上的发射器辐射和探测器响应都垂直于QRD1113/14的表面。 只有当探测器的视场中出现反射物或反射表面,二极管发出辐射时,光敏达林顿放大器才会作出响应。 光电晶体管输出 无接触表面感测 未聚焦感测扩散表面 紧凑封装 传感器上的日光过滤器
发表于 04-18 20:15 33次 阅读
QRD1114 反射对象传感器

XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

信息描述 XTR105 是一款带有两个精准电流源的单片 4-20mV,2 线制电流发送器。 它提供针对铂 RTD 温度传感器和桥、仪表放大器、和一个单集成电路上的电流输出电路的完整电流激励。多用途线性化电流提供一个对 RTD 的第二阶修正,通常可以实现一个 40:1 的线性改进。 仪器放大器增益可针对宽范围的温度或者压力测量进行配置。 整个电流发送器的总体未调整误差足够低以允许在未经调整的情况下用于很多应用。 这包括零输出电流漂移,和非线性。 XTR105 在环路电源电压上运行。特性 低未调整误差 两个精准电流源 线性化 2 线制或者 3 线制远程电阻温度检测器 (RTD) 操作 低偏移漂移 低输出电流噪声 高电源抑制 (PSR) 高共模抑制 (CMR) 宽电源电压...
发表于 04-18 20:10 29次 阅读
XTR105-DIE 具有传感器激励和线性化的 4-20mA 电流发送器

AC1361 CJC传感器

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 6B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of World
发表于 04-18 19:15 32次 阅读
AC1361 CJC传感器

AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件

信息产品分类接口和隔离 IOS子系统Additional 3B Resources: Accessories, Backplanes and Power SuppliesSales and Service: North America (SCS Embedded Tech), Rest of WorldDownload a PDF copy of this user manual
发表于 04-18 19:15 34次 阅读
AC1345 带CJC传感器的独立模块安装套件