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医疗设备中的电容检测技能

本站为您提供的医疗设备中的电容检测技术,容性检测技术在传统的人机界面应用中继续受到青睐,例如笔记本电脑触控板、MP3播放器、触摸屏显示器和近程检测器等。除了利用容性传感器取代机械按钮外,用一点点想象力

  容性检测技能在传统的人机界面运用中持续遭到喜爱,例如笔记本电脑触控板、MP3播放器、触摸屏显现器和近程检测器等。除了运用容性传感器替代机械按钮外,用一点点想象力,再加上人机界面规划的根本原理,将会使许多其它运用也能运用这一技能。图1所示为一些运用概念示例,这些概念可以通过选用人体触摸检测得到完善。

  


 

  图1. 运用容性传感器电极的器材

  关于图1中所示的器材,若能在发动器材或进行丈量之前先了解器材与皮肤之间的触摸质量等相关信息,往往较为有利。这些器材包含需求紧靠皮肤的医用探针、生物电位电极传感器或许用于固定导管用管的外壳。为确认触摸条件,可以在注塑出产过程中将图中绿色的几个容性传感器电极直接嵌入器材的塑料外壳。主机微操控器读取容性传感器操控器IC上的一些状况寄存器,这些寄存器表明容性传感器离皮肤有多近。随后,主机微操控器上运转的根本检测算法处理状况寄存器信息,以确认各传感器电极与皮肤的触摸是否恰当。

  在传统的容性检测人机界面运用中,人们一般通过手指触碰开端触摸传感器电极。图1中的示例则以非传统办法运用容性传感器,用户在人体上放置了一个含有容性检测电极的器材。开发这类运用很简单,但为了构建一个安稳牢靠的体系,仍是应当恪守一些要害原则

  电容数字操控器。开发高功用触摸检测运用,首先要挑选一个适宜的电容数字操控器(CDC)。关于图1所示的运用,器材外表与皮肤的触摸是直接通过能量的纤细改动丈量的,这种能量改动散布在容性传感器电极阵列中,当器材与皮肤发作触摸时就会发作。这种丈量的精度取决于CDC模仿前端的活络度和传感器电极的数量。选用传统PCB工艺制作的容性传感器精度通常在50 fF至20 pF范围内,因而运用16位CDC的高精度丈量技能是比较抱负的。

  在挑选CDC时,首先要清晰一些要害特性,例如带16位ADC的高分辨率模仿前端、可编程传感器活络度设置、可编程传感器失调操控、片内环境校准、支撑抱负数量传感器电极的满意容性输入通道,以及无需运用外部RC器材进行传感器校准的集成规划。这些特性均支撑牢靠而活络的运用,带来最佳用户体会。例如,可编程活络度可使界面规划人员针对详细运用预设最佳的传感器活络度,而非选用或许导致较差活络度的固定解决方案。可编程失调操控对界面规划人员是另一个重要特性,由于每一个出产批次的传感器板的失调值或许都会略有不同。快速预表征答应在将新传感器板投入量产之前更改主机固件设置。关于环境温度或湿度估计会发作改动的运用,片内环境校准可完成更牢靠的解决方案。请注意,电极传感器是运用规范PCB铜迹线构建的;基板的特点会随温度和湿度的改动而改动,因而将会改动传感器输出的基线电平。假如CDC支撑片内校准,这种基线漂移就可以在产品运用中得到动态补偿。

  小电极需求高活络度。丈量的方针是确认设备与皮肤的紧靠程度;皮肤与设备的触摸质量越好,设备的读取就越精确。丈量的精确度取决于散布在器材触摸面区域的电极传感器的数量(电极越多,分辨率越高)和巨细。关于图1所示的运用,器材的外表区域一般很小,需求规划人员在开发运用时选用小型传感器电极。

  为了牢靠丈量与小传感器电极相关的小电容改动(一般小于50 pF),需求运用高活络度模仿前端操控器。请记住,塑料掩盖资料的类型和厚度会进一步影响传感器透过塑料发射的小信号。操控器的模仿前端丈量有必要具有满意的活络度来丈量这种小信号,一起在一切作业条件下(例如不同的电源电压、温度和湿度以及掩盖面资料的厚度和品种),在测得信号和阈值电平检测设置之间坚持较好的信号余量。较低的信号余量会添加误检和传感器不安稳的危险。为了最大程度下降危险,当运用带16位ADC的CDC时,在传感器基线电平(传感器没有与皮肤触摸)与触摸阈值电平之间应坚持至少1000 LSB的余量。

  AD7147和AD7148 CapTouch可编程操控器用于单电极电容传感器,具有16位分辨率,可进行毫轻轻法拉级丈量,并可在满量程范围内设置16个可编程阈值检测电平值。这两款操控器支撑1 mm塑料掩盖资料(介电常数为3.0)下的3 mm &TImes; 3 mm的小型传感器电极,一起仍坚持1000 ADC LSB的满量程信号余量。满量程信号余量是指在没有皮肤触摸和有皮肤触摸的状况下传感器输出之间的差。

  坚持牢靠功用。容性传感器电极是选用PCB上的规范铜资料或柔性资料制成的。这种资料的特性会随温度和湿度的改动而发作改动。这种改动会使基线电平发作偏移(一切传感器阈值电平均是以基线电平为参阅的)。较大的基线偏移添加了触摸阈值电平过低或过高的危险(过低仍是过高取决于基线偏移的方向)这会引起虚伪的触摸差错,或使阈值电平不是太活络便是不行活络,导致触摸状况的不安稳。为坚持传感器原始的信号触摸阈值检测电平余量(活络度),CDC需求主动盯梢基线偏移差错的起伏,并对阈值设置进行相应的从头调整。图2中的示例介绍了AD7147和AD7148的阈值电平怎么针对因环境条件改动引起的基线失调改动进行主动盯梢和调整。

  


 

  图2. AD7147/AD7148片内环境校准

  消除丈量差错。在器材内参加容性传感器电极阵列的改装行为或许构成空间约束,迫使规划人员将CDC放置在远离容性传感器的方位。这会添加并行传感器走线的长度并使布线密布,不利于容性检测运用,由于处于不同直流电位的走线会构成图3A所示的杂散耦合途径。 PCB的接地层无法防备这种状况,由于走线和接地层处于不同的直流电位,仍会构成杂散电容(图3B)。

  图3. 杂散电容的途径,显现了下列并行走线的成果:无灌铜层的并行走线(A)、接地灌铜层上的并行走线(B),以及与走线具有相同直流电位的灌铜层上的并行走线(C)

  若要消除杂散电容差错,一种办法是将相邻的走线用由直流电平驱动的层包围起来(该直流电平与容性传感器电极和走线的直流电平相同)。AD7147和AD7148器材通过供给具有此功用的专用ACSHIELD输出来消除杂散电容,如图3C所示。

  水疗护肤产品等消费类保健设备正从专业组织走入普通家庭,用户不再是通过专门训练、了解产品及其运用的技师。因而,许多这类产品需求更智能的用户界面,才能使未经训练的用户也能把握正确的产品运用办法。容性检测为用户界面规划人员供给了新的挑选,使他们可以探究各种立异办法以满意新的用户界面需求。容性数字技能供给容性传感器电极与皮肤的触摸信息,可用来坚持最佳的产品功用和安全性。

  


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