医用传感器设计演变

趋势

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医用传感器设计演变

随着互连医疗行业的不断发展,传感器技术设计也进行了演变,以满足严苛的需求。了解有关非接触式医疗应用的五个注意事项,并查看关键趋势。

随着全新个人设备和医疗设备开发的建立,传感器技术不断演变,以满足日益增长的互连医疗行业的严苛需求。 随着物联网 (IoT) 等趋势以及数据分析和人工智能等新增技术的出现,传感器对于收集准确数据变得更加重要。为收集这些关键数据,可使用侵入式和非侵入式传感器技术。侵入式传感器可用于在手术过程中监控动脉血压,通过导管组件中的微型热电偶测量温度以及其他应用。这些传感器对兼容性和封装有专门要求,通常采用小型一次性封装。非侵入式和非接触式传感器技术的应用范围更加广泛,并且设计时同时考虑了机械和电气两个方面,可支持医疗设备和器械的增长。本文将介绍针对非接触式医疗应用的传感器设计注意事项,并回顾需记住的关键趋势。

 

橙色线条

耐受性

设备的耐受性(或耐用性)是首先需要考虑的一个重要概念。用于测量温度、振动和位置等特性的传感元件小而精密。例如,热电堆传感器由一组精准的小型热敏电阻组成,用于测量其可测范围内的温度。这些传感器的封装方式可以保护传感元件免受外部环境的影响。这在通风设备等应用中至关重要,其中热电堆用于测量表面温度,空气流量传感器测量气流温度以针对环境变化进行补偿,并为装配的其他传感器提供温度测量基线。传感元件采用不锈钢外壳封装,处于全密封状态,可防止外部环境(如潮湿和其他恶劣因素)对其造成影响。

 

同样,可通过用于位置感测的非接触式测量,将传感器封装在组件中。由于各向异性磁阻 (AMR) 位移传感器可封装和密封在设备内,同时还能测量组件外的磁化量程,因而对它的需求有所增加。假体关节是个有趣的例子。在这项应用中,AMR 传感器可测量关节(如膝盖或踝关节)的旋转,从而对动作进行补偿,形成更自然的步态模式。由于传感器封装在膝盖组件内,因此可保护其免受水、冲击和一般磨损等环境条件的影响。因此,传感器和运动肢体之间可独立旋转,无需物理接触。

热电堆
kmxp

将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。

将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
将传感器和处理电路封装在密封的组件中还可解决消毒问题。医疗应用中的消毒可通过多种方式完成,包括使用蒸汽或暴露于环氧乙烷中。通过将传感器封装在设备中,可为其提供元件级别的极端温度或湿度保护。用于动作控制的非接触式传感器可安装在组件中,并且传感器浸没在非导电液压油中。这进一步使传感器嵌入组件内,而不暴露外部元件。可穿戴设备也可能暴露于日常生活中的汗液和氯化水中。虽然这两种元素看似无害,但如果保护不当,电子设备和传感器可能遇到腐蚀问题或电气短路。为了防止这些情况,可在传感设备上使用专用涂层,同时仍可确保其检测和测量的准确性。
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小型化

小型化是传感器行业需要考虑的另一个主要趋势,旨在缩小传感器在产品内占用的“空间”。2018 年,TE Connectivity 针对与物联网设计相关的各种主题设计并进行了一项工程师调查。我们收到了 180 名工程师的回复,他们表示对消费者、工业和汽车物联网感兴趣。该调查探讨了物联网应用和设计方法,然后发现了该领域存在的共同挑战。关于小型化,85% 的调查参与者一致同意这应该是一个关注焦点。与此同时,15% 的调查参与者认为传感器小型化已经达到了所需程度。传感器小型化不仅限于医疗市场,其重要性日益增加。

随着可穿戴互联设备的增加,构建轻型、紧凑的设计变得非常必要。虽然手表、胸部心率监视器和其他饰品类设备在监视健康因素方面的准确性各不相同,但它们提供的信息比过去更多。随着消费者对健康生活的关注日益增长,拥有更精确数据的驱动力促进了传感器需求的增长,并且需要将更多的传感器安装到相同大小的包装中。

 

除健康生活可穿戴设备外,小型传感器还可内置于电动机械假肢中。手指的力度和控制是一项一丝不苟的技巧,要求进行精确测量。在考虑力量测量时,握持一颗葡萄和将其碾碎的力量差异很大,因此,它需要手指的准确数据才能执行这看似简单的任务。在指关节旋转点处应用磁传感器和应变片,可实现精确的无接触控制和所需动作。
 

  1. IoT 传感器市场调查

TE Connectivity (TE) 为工程师设计了一项有关与 IoT 设计相关的各种主题的调查。我们收到了 180 名工程师的回复,他们主要是对消费者、工业和汽车 IoT 感兴趣的高级工程师。我们的调查探索了 IoT 应用和设计方法,然后发现了这个领域存在的共同挑战。

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数字信号处理

较高的准确性是选择医疗应用传感器的重要目标,这使得数字传感器因其精确、稳定的输出成为了更理想的选择。例如,数字热电堆温度传感器可实现 0° 到 100°C 温度范围的高精度读数,误差为 ±1°C。这些传感器经过定制后,可在极其严苛的环境下进行更广泛的应用,能在 300°C 时提供高精度(误差为 ±4.5°C)。尽管模拟产品通常较便宜,但数字传感器因其设备和结构,无需购买其他电子元件(包括低偏移/低噪声放大器和相关滤波器)。当与数字输出同时封装时,某些传感器技术可以传达来自同一设备的多个输出信号,因此无需使用整体平台并省去了电路板的空间。

 

在上面提到的同一调查中,25% 的参与者表示需要降低物联网设备的电流消耗。如果实现了这一点,将降低网络的整体功耗,从而减少数据传输的压力。通过采用数字信号处理,传感器可以设计用于更多以消费者为主的医疗设备。这将实现更低的电流消耗,在不使用时能够“休眠”并以较低电源电压运行,可支持使用较小的板载蓄电池。
 

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数字信号和可扩展性

数字信号处理对可扩展性至关重要,并且,这也是另一项基本注意事项。现代电子设备需要对传统的模拟输出信号进行一定程度的转换才能读取和处理数据。然而,板载数字信号处理减少了系统或设备生产过程中的校准时间,从而提供了精确度。由于传感器生产商的校准设备旨在测试传感器并对其质检,因此 OEM 需要进行少量投资以复制系统要求,从而管理从模拟到数字的信号处理。此外,传感器生产商还可根据客户要求定制机械工具、传感器编程和校准,以实现即插即用设计。

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SMT 技术和可扩展性

根据美国医院联合会的统计,2017 年 5,000 多家美国注册医院接诊了 3,500 万名以上的入院患者。虽然美国的医疗行业正在转向减少就诊次数、住院人数和住院次数,但对患者支持和监控设备的需求仍和以往一样。因此,设计用于可扩展自动化生产的传感器成为了医疗行业满足需求的理想方案。

 

传感器的表面贴装技术使设计工程师能够将传感器嵌入组件的电子元件中。光电传感器提供传统的引线框架设计,手动焊入组件,现可封装用于 SMT 设计。可回流焊接封装使工程师能够将传感器集成到通过取放机器嵌入的组件中,从而提高整体质量,同时减少了制造时间和成本。AMR 传感器具有垂直或水平安装的灵活性,也可用于 SMT 封装。根据系统设计,这可在确保传感器能够装入系统方面发挥重要作用,并为磁体放置提供更大的灵活性。
 

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