電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7147和AD7148的醫(yī)療保健設(shè)計(jì)方案

根據(jù)這種幾何結(jié)構(gòu)，電容計(jì)算公式如下

其中，ε0為自由空間的介電常數(shù)。

圖4.傳感器電氣配置

由于傳感器電容由a、b、d和er決定，因此，通過改變這些參數(shù)的值，或者觀察其值的變化，即可將CDC技術(shù)用于直接測量電容值以及多種其他應(yīng)用之中，具體視傳感器類型而定。例如，如果a、b和εr是恒定的，CDC輸入與兩個(gè)導(dǎo)體之間的距離成反比。應(yīng)用

AD714x、AD715x和AD774x系列CDC產(chǎn)品適用于涉及各類采樣速率、分辨率、輸入范圍和輸入傳感器類型的廣泛應(yīng)用。電容檢測技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍僅局限于用戶的創(chuàng)造力，我們下面就介紹一些其在醫(yī)療保健領(lǐng)域的可能的應(yīng)用方法。

液位監(jiān)控

在輸液等眾多應(yīng)用中，必須測量所用液體量，或者在輸液瓶變空之前必須停止輸液。為了節(jié)省醫(yī)護(hù)人員的時(shí)間，可利用自動(dòng)液位檢測技術(shù)來消除人工檢查的必要。

液位檢測的基本原理如圖5所示。構(gòu)建一個(gè)平行板電容器，使其極板緊緊地附著在輸液瓶的外壁上，并延伸到輸液瓶底部附近。隨著輸液液位的變化，極板之間的電介質(zhì)數(shù)量發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容發(fā)生變化。為了能夠使用介電常數(shù)不同的各種輸液物質(zhì)，需在輸液瓶底部附近再放一個(gè)電容式傳感器，充當(dāng)一個(gè)基準(zhǔn)通道，以形成比率式測量。

圖5.液位檢測

24位AD7746， 搭載兩個(gè)電容測量通道，可以用于這類應(yīng)用。

電極和人體之間的連接檢測

對于在人體皮膚附近使用的設(shè)備(如圖6所示的那些設(shè)備)，在激活設(shè)備或進(jìn)行測量之前，首先了解設(shè)備表面與病人皮膚之間接觸的質(zhì)量通常是有好處的。最終使用的范圍可能包括需要接觸皮膚的醫(yī)療探頭、生物電位電極傳感器或把導(dǎo)管固定到適當(dāng)位置的殼體。為了獲得這種額外的信息，在生產(chǎn)過程中的注塑階段可能會將多個(gè)電容式傳感器電極(以藍(lán)色顯示)直接嵌入到設(shè)備的塑料殼體中。有了電極信息后，主機(jī)控制器上運(yùn)行的簡單算法就可以確定所有傳感器電極是否與皮膚進(jìn)行良好的接觸。

圖6.采用電容式傳感器電極的設(shè)備

圖6所示示例運(yùn)用電容式傳感器的方式打破了常規(guī)：用戶將一個(gè)含有電容式檢測電極的設(shè)備固定于人體上，而在傳統(tǒng)的電容式檢測人機(jī)界面應(yīng)用中，人們一般通過手指觸摸的方式啟動(dòng)與傳感器電極的接觸事件。利用AD7147/AD7148開發(fā)如圖6所示應(yīng)用非常簡單。

汗液檢測

在某些醫(yī)療和保健測試設(shè)備中，需要測量人體排出的汗液。這一般是通過測量皮膚的導(dǎo)電性來實(shí)現(xiàn)的。然而，如果需要在不進(jìn)行電接觸的情況下進(jìn)行測量，則可通過用電容傳感器檢測人體附近的濕度來實(shí)現(xiàn)這種功能。出汗時(shí)，人體皮膚附近的濕度(介電常數(shù))會增加；可在出汗處皮膚附近用一個(gè)非接觸式電極來測量出汗導(dǎo)致的電容變化可以再增加一個(gè)電容傳感器，以測量環(huán)境濕度，并用其實(shí)現(xiàn)共模補(bǔ)償。呼吸速率測量

呼吸速率測量是病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的一個(gè)重要模塊。在其中一種實(shí)現(xiàn)方式中(如圖7所示)，將一塊激勵(lì)極板放在病人背部，同時(shí)，將傳感器電極帶固定到病人胸部右側(cè)。肺部呼吸導(dǎo)致的胸部運(yùn)動(dòng)會改變兩塊極板之間的距離。介電常數(shù)也會因呼吸過程中復(fù)雜的生理活動(dòng)而改變。這些電容的變化可以通過CDC設(shè)備來測量。