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。作为应变丈量的优质抉择,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[敏感词]、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,这是现在利用普遍的抉择。
微电机体系(MEMS)是该范畴的新技巧。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[敏感词]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[敏感词]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,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
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