基于SCA61T角度傳感器的醫(yī)用活檢槍角度儀設(shè)計(jì)

摘要：為了解決目前醫(yī)療用活檢槍沒有傾角測量與顯示裝置的缺陷，給出了采用角度傳感器SCA61T來在醫(yī)用活檢槍上增加角度測量和顯示的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)對(duì)SCA61T角度傳感器及其與單片機(jī)的接口電路進(jìn)行了介紹，最后給出了采用中斷方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部分程序。
關(guān)鍵詞：角度傳感器；醫(yī)療器械；活檢槍；角度測量

0 引言
一般情況下，病灶經(jīng)過CT或超聲等檢測出來以后，還需要進(jìn)行取樣和病理分析才能夠得出結(jié)論。而活檢槍則是活檢病理學(xué)分析的重要工具，可廣泛應(yīng)用在腎穿刺、肝活檢、乳腺癌活檢、前列腺活檢以及肺活檢等方面。目前在檢測過程中使用的活檢槍有半自動(dòng)和全自動(dòng)兩種類型。但是，現(xiàn)有的活檢槍不管是半自動(dòng)還是全自動(dòng)，都沒有傾角測量和顯示裝置。對(duì)病灶的采樣大多都是依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和可視性檢查系統(tǒng)(如超聲、CT)來進(jìn)行判斷。因此，在活檢槍上增加角度測量和顯示，以便更好地檢測及化驗(yàn)微型病灶，增加診斷的可靠性和安全性，無疑是非常有意義的。本文給出了一種在活檢槍上增加角度儀的設(shè)計(jì)方法。

1 活檢槍角度儀的結(jié)構(gòu)原理
本活檢槍角度儀的工作原理框圖如圖1所示。圖1中，角度傳感器SCA61T輸出的是角度的數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)為串行數(shù)據(jù)，要經(jīng)過串／并轉(zhuǎn)換來將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，然后通過單片機(jī)的并行口將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，之后冉送到LED顯示模塊將角度數(shù)據(jù)顯示出來。系統(tǒng)中的SCA61T角度傳感器所需要的觸發(fā)脈沖信號(hào)一般可以由單片機(jī)來控制產(chǎn)生。

根據(jù)醫(yī)院活檢槍的測量要求，角度儀中的傳感器可用芬蘭VTI公司的角度傳感器SCA61T，串并轉(zhuǎn)換和邏輯序列發(fā)生器可用軟件方法實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)運(yùn)算、控制顯示采用單片機(jī)AT89S52來完成，LED顯示模塊可采用四個(gè)數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。

2 SCA61T角度傳感器
VTI公司的角度傳感器SCA61T是由高質(zhì)量硅電容傳感器元件和接口電予組成，被裝配在特定的應(yīng)用包裝中。硅電容傾角傳感器的元件由單晶硅和玻璃做成的。這種設(shè)計(jì)能確保相對(duì)于時(shí)間和溫度的可靠性，優(yōu)異的準(zhǔn)確性和優(yōu)秀的穩(wěn)定性。SCA61T角度傳感器能承受多余40 000 g的加速度。
SCA61T是一種基于3D MEMS的單軸傾角計(jì)，可提供水平測量儀表級(jí)別的性能。SCA61T傳感器的傳感元件在測量時(shí)需要與測量平臺(tái)保持平行，并且傳感器雙軸需相互垂直。這種傳感器對(duì)于振動(dòng)不靈敏，因?yàn)樵趥鞲性?nèi)部增加了阻尼。圖2所示是基于3D MEMS傳感技術(shù)的SCA61T角度傳感器的外型結(jié)構(gòu)示意圖。

SCA61T角度傳感器的核心部分是微機(jī)械加速度傳感器元件的對(duì)稱電容塊，它由三片相互被薄玻璃膜隔離的硅片組成。中間硅片是懸臂多射線式結(jié)構(gòu)，在它上面有一個(gè)大的質(zhì)量塊，電容和彈性系數(shù)能獨(dú)立的得到最佳結(jié)果。這正是SCA61T能在低g值量程內(nèi)取得很好測量結(jié)果的原因。有時(shí)候作用在硅片上的重力和加速的力量會(huì)使單晶硅電射束振蕩彎曲，這種偏差能被以兩金屬膜為電極的電容之間的距離變化測量出來。微機(jī)械片能使相對(duì)大的電容和電容變化的檢測變得相對(duì)容易。
雙電容結(jié)構(gòu)和它的對(duì)稱性同時(shí)可改進(jìn)零點(diǎn)的穩(wěn)定性。發(fā)生在它們之中的一個(gè)電容中的任何變化都會(huì)使得對(duì)面電容中的相似變化得到補(bǔ)償。另外，對(duì)稱性能會(huì)導(dǎo)致交叉軸誤差較大。事實(shí)上，在VTI加速傳感器的裝配中，對(duì)稱性是由角度的準(zhǔn)確度而確定的。不同的量程一般由調(diào)節(jié)弦片的厚度來實(shí)現(xiàn)。傳感器元件的濕度由密封洞穴中的壓力所決定，此密封洞穴由中間硅片、弦片和外層硅片構(gòu)成?？梢酝ㄟ^調(diào)整傳感器元件來滿足不同用途的需要，密封性是通過陽極與硅片牢固粘合實(shí)現(xiàn)的。這樣也省去了額外包裝的需要，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。