采用传感器减小医疗设备大小的四种方法

作者：霍尼韦尔传感与控制部 AJ Smith

欢迎访问e展厅 展厅 4 医疗设备/医疗器械展厅 B超诊断仪, 心电图仪, CT机, 眼科设备, 裂隙灯, ... 部件微型化是许多医疗器械（包括分析检测设备、呼吸机、输液泵等）设计和开发的重要内容。更小更轻的部件能够节约病房空间，并且能够使设备放置在距离病人更近的位置，使医护人员有更多的工作空间。 更小更轻的部件还能够提高许多医疗器械的便携性。例如，便携的呼吸器能够方便医护人员在需要时将设备迅速从一个房间移到另外一个房间，而不必在每个病床前都配置一个大型设备。更小的部件还能够帮助研发人员开发尺寸小、重量轻的可穿戴式医疗设备，从而使病人在术后恢复或接受慢性病治疗时能够更加自由地活动。 设备微型化还使在外科手术设备等医疗器械中使用传感器成为可能——这些设备以前并未使用传感器。传感器制造商可通过四种方法帮助设计人员减小医疗设备尺寸，包括提供灵活的封装选项、减小传感器集成电路尺寸、集成多种传感器功能以及装置智能化。 灵活的封装选项 霍尼韦尔传感与控制部开发的传感器可提供多种机械接口、安装选项及I/O选项，使医疗产品设计人员能够选择最适合产品总体设计的封装方式。选择正确的接口还能够减小电路板尺寸，降低产品成本。这对于传感器需要尽可能接近测量介质，以实现精确测量的应用特别重要，例如，在透析治疗中测量透析液及静脉血压。 另外，多种安装选项也方便设计人员能够更加灵活地安排传感器在印刷电路板(PCB)上的方向，节约安装空间，此外还能简化产品组装，加快组装速度，从而实现最佳的整体系统。 例如，采用歧管安装选件时设计人员不必使用管道及相关连接件，减小了总体产品尺寸。这种安装方式使许多医疗设备受益，包括输液泵、分析仪器设备、呼吸器以及伤口治疗设备等。 说明：霍尼韦尔传感与控制部的TruStability®电路板安装型压力传感器提供多种端口连接、安装选项及I/O选项，方便医疗器械设计人员选择正确的接口及封装以减小电路板尺寸。TruStability®压力传感器都经过了完全补偿、标定和放大，从而减少系统部件数量，并降低成本。同样，霍尼韦尔传感与控制部还能提供适用液体介质的选项。 更小的传感器集成电路 传感器制造商是能够控制传感器所有部件（包括传感元件、密封件、外壳、封装等）的设计和制造，优化传感部件性能和尺寸的生产商。 传感器与周围机械结构之间存在不容忽视的相互影响。为了开发出尽可能小的传感器，制造商需要掌握传感器封装内的所有材料和部件的特性，包括传感元件、塑料、铅片等，否则就无法设计出最出色的传感器。 例如，救护车上使用的呼吸器经常要承受极端的温度条件，而呼吸设备上的压力传感器将会随温度变化扩张和收缩，从而产生扭转效应，如发生扭曲变形。如果传感器的封装出现移动、收缩、扩张或扭曲，那么传感芯片将发生弯曲，进而影响传感器性能。如果传感器制造商能够对全部的制造过程进行有效控制，包括材料、传感器芯片以及封装等，就能够在设计传感器时考虑不同温度条件下的传感器性能变化，从而开发出具有理想封装尺寸的产品，以适应任何机械应力或温度应力。 多功能集成传感器 随着医疗保健供应商业务开始向家庭护理转移，减小呼吸治疗及诊断设备等医疗器械的尺寸势在必行。在许多情况下，医疗设备设计人员希望能够设计出集成多种功能的传感器，例如将温度和湿度检测功能集成到一个传感器内。这样就能够节约电路板空间，减小医疗设备的尺寸，或实现更高级功能，降低传感器的复杂性。 从组装和制造角度来看，多功能集成传感器还具有许多其他优势，例如能够方便设计人员在电路板上只放置一个而非两个传感器，从而消除了PCB板至微处理器的走线，节约空间，使设计确认过程更加简单。 放置一个而非两个传感器还能够降低材料费用，减少装配和制造错误，且所需连接件更少（连接件极易出现故障），因此多功能集成传感器更可靠。 说明：霍尼韦尔节约空间的HumidIcon™型数字湿度/温度传感器在一个微型封装内实现了两个功能。HumidIcon™传感器还可以在低至2.3Vdc的电压下工作，因此适用于低功耗便携式应用，可节约电能，延长电池寿命。 设备智能化 设计人员还可在传感器模块内集成更多智能装置来减小产品尺寸，这一方法能够使传感器实现完全标定、温度补偿和信号放大功能，输出更高分辨率的数字信号。这一特性减少了PCB板上的电子元件数量，因此减小了产品尺寸、重量并降低了成本。 选择HumidIcon™传感器，您就不再需要使用电阻器和放大器等外部元件来补偿和标定传感器信号，设计人员也无需进行补偿和标定测试（测试占用大量时间且成本高昂），因此这种传感器可大大缩短制造周期。 数字接口同样也会影响产品的微型化。无需使用电阻器、电容器及放大器等其它元件，传感器通过数字接口就可以直接连接到微处理器，由此节约了PCB板空间。 除了更小的封装、传感器集成和装置智能化以外，寻求减小产品尺寸的医疗器械设计人员还要考虑许多其它因素，如以低电压和低功耗实现更长的电池使用寿命等。唤醒/睡眠模式是延长电池使用寿命的重要方法，这一功能能够减小电源尺寸，进而减小医疗器械的重量。 传感器对液体介质的兼容性也是设计人员的关注点之一。例如，在压力测量医疗应用中，压力传感器经常要暴露在各种液体介质中，如血液、水或化学制剂等。如果传感器不能兼容应用中的液体介质，那么设计人员就需要确保传感器具有可靠的防护，以免传感器发生故障——这通常需要使用额外的部件来保护传感器，从而占用了更多空间。 高部件灵活性可方便医疗器械工程师选择合适的传感器。传感器制造商提供了大量选项，包括端口、安装选件、封装、电压范围、数字/模拟输出、液体介质兼容性，使设计人员能够快速选择满足应用需求的产品，不必选用成本昂贵的定制化服务。同时，这也让他们能够快速地更改设备设计和规格，不会增加额外的成本或延误产品上市。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (6/18/2013)