智能傳感器技術在呼吸監視儀中的應用

2019-11-03 09:57:57

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蘇州醫療保健設備有限公司葉云燕

　　當今在有智能傳感器技術為撿測頭的呼吸醫療監視儀已經聞世, 能以此對各種情感和呼吸之間的聯系作大量的研究，并且用來真實紀錄一個人的呼吸狀況及其變化.

1.呼吸醫療監視儀與智能傳感器技術(見圖1所示).

1.1、呼吸醫療監視儀

　　用來監視呼吸狀況，并能給出大致的呼吸深度。這個監測儀監測一些可以用來評價焦慮程度的重要參數：呼吸頻率、呼吸的均勻程度以及呼氣和吸氣之間的間歇。平靜、積極的情緒通常會導致呼出長于吸入，二者的時間之比從一個方面揭示人的焦慮程度。相對較高水平的胸呼吸（相對于腹呼吸）也可說明焦慮程度。對于胸呼吸的觀察可增加監視儀的可視信息。

1.2、智能傳感器技術

　　圖1中的監視儀采用硅壓阻式傳感器（PRT）檢測吸入與呼出時對應壓力的降低和增加。PRT的輸出被饋入一個MAX1450信號調理IC，用于對PRT的固有誤差進行校正，然后將經過補償的電壓信號送入12位模數轉換器ADC。ADC輸出（數字化的壓力信號）接著進入一個PC接口，并被轉換為RS-232電平。最后信號被傳遞到PC，這樣就可以顯示出呼吸波形，并對以上所述參數進行分析。

2、PRT傳感器

2.1、PRT檢測原理

　　 PRT一般配置為一個緊密的惠斯登電橋。當有壓力施加到PRT的敏感電橋時(見圖2a所示)，對角橋臂的電阻值將發生相同方向、相同大小的改變。當一個對角橋臂上的兩個電阻值在壓力的作用下增加時，另外一個對角橋臂的電阻值降低，反之亦然。對于半敏感電橋PRT(見圖2b所示)，則只有半邊橋臂的電阻值發生改革。不管是全橋還是半敏感電橋的PRT傳感器都具有高靈敏度（>10mv/v）、良好的線性和溫度穩定性、無信號滯回等優點，其測量范圍可上至破壞性極限。

2.2、PRT的應用

　　當今,由于新的IC技術已經能夠精確校準傳PRT感器，所以將其應用范圍從中、低精度檢測擴展到高端領域之中。解決了以往PRT傳感器通常只能用在中、低精度檢測在高端產品非要采用昂貴的應變計等不足之處.

3、信號調理IC與現代和與簡化校正方案

　　由于PRT傳感器的誤差幅度范圍很寬，因而必須要用通過現現代與簡化補償法來校準。目前最新型的用來校準PRT傳感器誤差的信號調理IC有兩種，一是MAX1457，二是MAX1450。

3.1、現代和校正方案

　　 MAX1457它帶有一個用于驅動傳感器的受控電流源和一個采樣傳感器橋路電壓的ADC，這個電壓是電流輸出電流和與溫度相關的橋路電阻的乘積。MAX1457內含EEPROM等.通過為MAX1457設計的應用軟件計算出四種校正系數：滿偏輸出（fso），溫度（FSOTC），偏移（Offset）, 溫度偏移（OffsetTC）. 來修正誤差.

　　由于MAX1457所提供的精度可遠高于一個呼吸監視儀的要求，即沒有必要采用16位分辨率的DAC進行校正, 但MAX1457它的溫度誤差補償能力對于不大的溫度變化也是很有必要的：10℃的變通常會造成PRT的滿偏輸出(FSO)發生3%的改變，真因MAX1457使監視儀可以工作在很寬的溫度范圍，應用PRT和MAX1457組合可獲得優于的精度故它能應用于空間探測及潛水呼吸器等領域。

3.2、簡化校正方案

　　 MAX1450信號調理器（見圖3所示）的功能本質與MAX1457相同，只是用電阻代替DAC來進行誤差校正。因MAX1450采用MAX1457比少得多的校準點，其精度為1%。通常被用于混合方案，該方案將MAX1450和繳光微調電阻(所有外接電阻)相結合提供了一種低成本的解決方案, 即用MAX1450信號調理器配合外部激光微調電阻可提供1%精度。調整RFSOA電阻是設定初始(FSO)靈敏度，溫度偏差的調整是通過反饋傳感器驅動電后電壓（來自BDRIVE引腳）來實現，由PGA程控放大器來完成偏差的補償。

　　值此對MAX1450引腳功能作一介紹：

INP傳感器正信號輸入;

SOTC溫度偏移信號輸入;

A0程控放大器(PGA)增益設置最低位輸入;

A1程控放大器增益設置;

A2程控放大器(PGA)增益設置最高位輸入;

OFFTC偏移溫度校正;

OFFSET偏移調整輸入;

BBUF帶緩沖電橋電壓輸入;

FSOTRIM電橋驅動電流設置輸入;

OUT程控放大器輸出電壓;

ISRC電流源基準;

BDRIVE傳感器激勵電流輸入;

INM傳感器負信號輸入;

VDD電源電壓；

VSS地.

摘自　中國電子網

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