通過感測器創新使世界更健康、更安全

在各種應用中，從心率監視器到汽車碰撞檢測器，一氧化碳指示器到人類膀胱壓力測量裝置，廣泛的強大，可靠，低成本的感測器已經出現，其最重要的應用是減輕傷害，減少或預測健康風險的時候，人們越來越尋找新的方法來控制自己的個人福祉，以生活更健康和更好的生活。本文將研究現有的設計以及繪圖板上的設計，如果沒有這些感測器，就永遠不會存在，也不會有助於避免生命損失。所有的部件、數據表、開發系統引用可以在凱利訊半導體網站找到的。

越來越多的醫學應用

　　健康和生命體征醫學感測器的應用已經上市了一段時間，但新的發展正在進一步感測器到未開發的醫療環境。例如，生理監測有助於診斷和持續治療神經、心血管和肺部疾病，如癲癇發作、高血壓和哮喘的大量患者。

　　在微電子領域最近的進展已經允許研究人員開發的微型電路，包括感知能力、前端放大，單片機的功能，和無線傳輸，都在一個可穿戴的形式因素(例如，柔性心電單元技術，如圖1所示)。

　　IMEC靈活的無線心電圖感測器圖像

　　圖1：靈活的無線心電圖感測器由一個全功能的單片機技術（圖片來源：凱利訊半導體）。

　　飛利浦與奈梅亨合作，NL的Radboud大學醫學中心，想出了一個新的可穿戴式診斷裝置對患有慢性阻塞性肺疾病(COPD)。一旦慢性阻塞性肺病患者離開醫院，診斷原型使用生物感測器模塊內的一次性膠粘劑補丁，收集數據日夜-包括體力活動/不活動，呼吸指示，心臟節律，心率變異性。這個數據是通過雲來公司的healthsuite數字平台發送，它是共享與適當的服務提供者通過病人的門戶網站應用程序訪問通過平板電腦和呈現一個更完整的病人的疾病觀。

　　感測器已成功地用於治療睡眠呼吸暫停，呼吸暫停發生率高達每小時30次。一種用於睡眠呼吸暫停監測儀的例子是霍尼韋爾awm90000系列微橋的質量空氣流量感測器(圖2)，可在兩個版本–的awm92100v有±200 SCCM與只有0.49毫巴/ 49 Pa / 0.007psi，壓降流量範圍通常，而awm92200v是壓差版。

　　霍尼韋爾awm90000系列微橋氣流質量感測器圖像

　 　圖2：這awm92200v有兩個版本-質量流量和差。

　　感測器有1毫秒的響應時間，工作電壓從8伏直流電到15伏直流電，僅消耗50毫瓦的功率，非常適合電池供電的顯示器。

　　在醫療監控，重要數據被自動通過感測器等器件的高度精確的模擬設備ad8232單導致心率監控前端(圖3)，運行無噪音干擾環境中存在的。

　　通過模擬設備圖像的ad8232

　 　圖3：一個由模擬設備的ad8232框圖。

　　該設備在遠程電極放置或病人運動產生的嘈雜環境中提取、放大和過濾小的生物電位信號。輸出信號很容易通過超低功耗模數轉換器(ADC)或嵌入式微控制器(MCU)獲得。

　　多年來，挪威SINTEF研究者一直致力於測量身體壓力開發的微型感測器。當機會與Sunnaas醫院緊密合作(內索登，挪威)來到了他們決定把重點放在測量膀胱內壓，這要看手術的必要條件是必不可少的，或者是否可以用藥物治療。測量顯示膀胱是如何填充和排空的。

　　目前，測量是使用一個導管插入到尿道，使膀胱可以裝滿水。這是對病人的不舒服，因為膀胱充滿鹽水的一個不同尋常的高速度，該方法也不可靠。與導管不同的是，它們的微型壓力感測器可以插入皮膚下並進入膀胱。該感測器放置在不引起病人不適的情況下，病人可以在沒有破壞性導管的情況下正常走動，減少感染的風險。

　　目前，感測器連接到一根細導線，但下一步是使它成為無線。另一個長期的選擇是允許智能手機讀取測量數據。

　　另外，微小的植入式感測器已經發展到：探測顱骨內的血液和壓力;為糖尿病患者提供持續的血糖監測;允許醫用質量可穿戴測量壓力、癲癇發作、活動和睡眠。所有這些都已經上市了。

　　更重要的是，可吸收感測器作為一粒沙子被用來衡量化學品不僅對診斷為小，但通常看一個病人已經錯過了一個劑量的藥物。此外，觸覺感測器，可以「感覺」一個異常的增長，例如，可能會革命性的早期預警癌症患者也在繪圖板上。

提高安全性

　　通常我們認為汽車和醫療應用程序是完全不同的，但有一個救命的感測器應用，橫跨兩。可穿戴設備，測量心率和呼吸率和疲勞可以位於安全帶和座椅套，分別。如果司機睡著了，警報器就會在失去控制前發出警報。當疲勞或睏倦時，呼吸和心率往往與正常情況不同，因此基於感測器的系統可以在不太晚之前準確地監測和提醒司機。

　　為了幫助設計工程師快速方便地進入感測器系統進行評估，採取一些猜測工作的

　　設計過程中，公司如MEDER電子提供了易於使用的開發工具包。例如，該公司的簧片感測器/磁鐵設計評估工具包(圖4)有四種配置，每種配置包括三種不同的感測級、B、C和D的簧片感測器，以及一個匹配感測器外殼中的一個匹配致動器磁鐵。功能包括3-D驅動插圖提供感測器操作簡單的指導方針，驅動距離數據提供五個位置，並在螺桿緊固或螺紋安裝選項的運動配置。

　　評價工具的圖像來自梅代爾

　　 圖4：評估套件從梅代爾幫助開發者的設計過程。

　　從涉及身體和安全的危險中，有許多感測器在危險環境中使用——而且清單還在增加。例如:

　　危險的一氧化碳從任何涉及火災的地方排放，包括爐子、煤氣乾燥器、烤箱或熱水器。每年，基於小感測器的一氧化碳裝置可以挽救許多人的中毒和疾病和死亡。

　　氰化物中毒起效快，半小時內可致死。然而，氰化物是否是罪魁禍首的測試需要24小時來評估。南達科他州州立大學的科學家，Brian Logue，開發了一個感測器檢測到不到一分鐘血氰。在發展中，有前途的技術已被證明是100%準確的測試氰化物在兔子。把你的神秘書放下來-氰化物中毒不是唯一發生的地方。消防隊員經常暴露在工業火災中。

　　每年有1000多名美國獵人死於狩獵事故。紐西蘭的獵人開發了一種防止意外射擊的安全系統——紅外反光鏡識別系統(虹膜)可以裝在步槍上，並能在野外捕捉獵人的虹膜材料，同時發出聲音和視覺警報。

　　街道不只是危險的車輛，但非常危險的騎自行車的人，特別是在交叉口。在歐洲使用的解決方案是安裝在自行車後輪的veloloop感測器，檢測時，車停了，搜索幾個頻率範圍內的電磁信號。當信號被發現時，感測器發出自己的信號，並改變交通信號燈。

在總結

　　感測器技術的健康和安全被嵌入到一個廣泛的應用領域，他們可以非常有效的。其中包括我們使用的醫療設備、我們駕駛的汽車和我們工作的環境，安全感測器和系統在確保工廠員工和工人安全方面起著至關重要的作用。名單繼續增長，隨著感測器變得更小，功能更高的可靠性和準確性，(因為體積)成本較低，對醫療市場和安全相關的感測器系統可以預期增長了。