การเลือกเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์: ข้อมูลจำเพาะ การดริฟท์ และการตรวจสอบการจัดหา

ค่าชดเชย 40 Pa ในแขนขาหายใจเข้าของเครื่องช่วยหายใจก็เพียงพอแล้วที่จะดันลมหายใจออกนอกหน้าต่างกระตุ้น และค่าชดเชยนั้นแทบไม่เคยออกมาจากท่อเลย มันมาจากเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์ที่วางอยู่บนแผงวงจรผู้ป่วย ทีมออกแบบที่ระบุส่วนนี้อย่างรวดเร็วมักจะใช้เวลาหกเดือนข้างหน้าเพื่อไล่ตามศูนย์การเคลื่อนตัว การร้องเรียนที่น่ารำคาญ และขั้นตอนการสอบเทียบที่ไม่มีใครตั้งงบประมาณไว้ ปัญหาทั้งหมดเหล่านี้มีราคาถูกเพื่อป้องกันในขั้นตอนเอกสารข้อมูล และมีค่าใช้จ่ายสูงในการแก้ไขหลังการใช้เครื่องมือ

การตรวจจับแรงกดทับเป็นหนึ่งในไม่กี่จุดในอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ชิ้นส่วนซึ่งมีราคาไม่กี่ดอลลาร์เป็นตัวตัดสินว่าแพทย์จะเชื่อถือหมายเลขบนหน้าจอหรือไม่ ข้อกำหนดด้านล่างคือข้อกำหนดที่เปลี่ยนแปลงพฤติกรรมทางคลินิก

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์วัดค่าได้จริงอย่างไร

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์แปลงความแตกต่างของความดันเป็นแรงดันไฟฟ้าโดยการวัดว่าไดอะแฟรมซิลิคอนที่กลึงด้วยไมโครแมชชีนเบี่ยงเบนไปไกลแค่ไหน จากนั้นชดเชยและปรับเทียบแรงดันไฟฟ้านั้นเป็นเอาต์พุตที่กำหนดไว้

ตัวเลขสองตัวอธิบายว่าทำไมแม่พิมพ์เปล่าจึงไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ การโก่งตัวเต็มสเกลโดยปกติจะอยู่ใต้หนึ่งไมโครเมตร และเอาท์พุตของบริดจ์ดิบจะวัดเป็นสิบมิลลิโวลต์ ดังนั้นเจลแยกส่วน รูปทรงของพอร์ต ASIC การปรับสภาพสัญญาณ และบันทึกการสอบเทียบจึงทำงานได้ดีพอๆ กับตัวซิลิคอนเอง

ชิ้นส่วนโซลิดสเตตจะแทนที่สายสวนที่เต็มไปด้วยของเหลวในสายตรวจสอบด้วยเหตุผลในทางปฏิบัติ: คอลัมน์ของไหลมีความสอดคล้องและกักอากาศ ซึ่งจะดูดซับรูปคลื่นที่รวดเร็วและบังคับฟลัชก่อนการอ่านทุกครั้ง ไดอะแฟรมซิลิคอนไม่มีคอลัมน์สำหรับดีบับเบิ้ลและตอบสนองในช่วงกิโลเฮิร์ตซ์ บทวิจารณ์ที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับเซ็นเซอร์ความดันขนาดเล็กอธิบายถึงอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กพอที่จะวัดความดันภายในหลอดเลือดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 200 ถึง 1,000 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นหลักการตรวจจับเดียวกันที่ลดขนาดลง

ค่าสัมบูรณ์ เกจ หรือดิฟเฟอเรนเชียล: เลือกข้อมูลอ้างอิงก่อนช่วง

ทำให้การอ้างอิงแรงดันผิด และการตัดสินใจในภายหลังทุกครั้งจะผิดประมาณหนึ่งบรรยากาศ ชิ้นส่วนสัมบูรณ์ เกจ และดิฟเฟอเรนเชียลตอบคำถามที่แตกต่างกัน และระบบตรวจสอบผู้ป่วยเพียงเครื่องเดียวมักต้องการสองในสามอย่าง

ชิ้นส่วนที่แตกต่างกันมีอิทธิพลเหนือการออกแบบเครื่องช่วยหายใจและการไหล เนื่องจากการไหลถูกอนุมานจากแรงดันตกคร่อมข้อจำกัดที่ทราบ เซ็นเซอร์จึงวัดความแตกต่างเล็กน้อยขณะขับขี่ด้วยแรงกดในโหมดทั่วไปขนาดใหญ่ ชิ้นส่วนที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับส่วนต่าง 10 kPa แต่โหมดทั่วไปเพียง 30 kPa เท่านั้นที่จะล้มเหลวในวงจรที่มีแรงดันทางเดินหายใจ 60 cm H2O ไปยังทั้งสองพอร์ต

ชิ้นส่วนเกจยังคงเป็นส่วนสำคัญสำหรับสายส่งก๊าซและความดันโลหิตแบบใช้ข้อมือ ซึ่งการอ้างอิงโดยรอบเป็นที่ยอมรับได้ ชิ้นส่วนสัมบูรณ์จำเป็นทุกครั้งที่การอ้างอิงต้องเดินทางไปกับผู้ป่วย เช่น ในแนวรุกล้ำหรือช่องระดับความสูงของบรรยากาศ โมดูลความดันโลหิตที่สร้างขึ้นรอบๆ องค์ประกอบเกจแบบเจลแยกเป็นจุดเริ่มต้นทั่วไป

เซ็นเซอร์วัดความดันทางการแพทย์ MCP-H10 และ MCP-H11 MCP-H10 ให้เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อก MCP-H11 เพิ่มเอาต์พุตแรงดันและอุณหภูมิแบบดิจิทัล I2C ครอบคลุม -100 ถึง 1,000 kPa สำหรับการออกแบบทางการแพทย์และผู้บริโภค ดูผลิตภัณฑ์ →

ข้อมูลจำเพาะที่ตัดสินใจทบทวนการออกแบบ

ตัวเลขห้าตัวเป็นตัวตัดสินว่าเซ็นเซอร์ความดันจะอยู่รอดได้หรือไม่จากการทบทวนการออกแบบ ได้แก่ ช่วงเต็มสเกล พื้นฐานความแม่นยำ การเคลื่อนตัวของความร้อน ความเสถียรในระยะยาว และแรงดันระเบิด อย่างอื่นเป็นรายละเอียดบรรจุภัณฑ์

• ช่วงเต็มสเกลและเฮดรูม วางจุดปฏิบัติการปกติไว้ระหว่าง 25% ถึง 75% ของขนาดเต็ม ชิ้นส่วน 10 kPa ที่ใช้ที่ 9.5 kPa ไม่มีพื้นที่เหลือสำหรับขีดจำกัดสัญญาณเตือน และข้อผิดพลาดที่ถือว่ารับได้จะถูกใช้ไปก่อนที่จะพิจารณาอุณหภูมิด้วยซ้ำ
• พื้นฐานความถูกต้อง เปอร์เซ็นต์ของค่าเต็มสเกล เปอร์เซ็นต์ของการอ่าน และเปอร์เซ็นต์ของช่วงคือตัวเลขที่ต่างกันสามตัว แปลงค่าทั้งหมดให้เป็นปาสคาลตามความกดดันที่คุณต้องแก้จริงๆ
• ดริฟท์ความร้อน ขอค่าชดเชยและค่าความคลาดเคลื่อนของช่วงความถี่ทางคลินิก ไม่ใช่ช่วงเชิงพาณิชย์ ส่วนที่ชดเชยจาก 0 ถึง 70 C พูดถึงพฤติกรรมที่อุณหภูมิ 41 C การสัมผัสทางผิวหนังน้อยมาก
• ความมั่นคงในระยะยาว ค่าเบี่ยงเบนต่อปี ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของขนาดเต็ม จะตัดสินใจว่าอุปกรณ์จำเป็นต้องได้รับการปรับเทียบใหม่ตลอดอายุการใช้งานหรือสามารถปิดผนึกและลืมได้
• แรงดันระเบิดและพิสูจน์ได้ การอุดตันของเส้นหรือวาล์วกระแทกอาจเกินขนาดเต็มได้ด้วยปัจจัยขนาดใหญ่ เซ็นเซอร์จะต้องอยู่รอดและกลับสู่ข้อกำหนด ไม่ใช่แค่หลีกเลี่ยงการแตกร้าวเท่านั้น

บริเวณที่ใช้เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์ในอุปกรณ์ทางคลินิก

ตระกูลอุปกรณ์ห้าตระกูลแสดงถึงความต้องการทางการแพทย์ส่วนใหญ่สำหรับชิ้นส่วนเหล่านี้ และแต่ละตระกูลเน้นข้อกำหนดที่แตกต่างกัน

เซ็นเซอร์วัดความแตกต่าง MCP-H20 และ MCP-H21 เซ็นเซอร์ดิฟเฟอเรนเชียลสองพอร์ตพร้อมเอาต์พุต I2C แบบอะนาล็อกหรือความเร็วสูง ช่วง -100 ถึง 200 kPa สำหรับการวัดทางการแพทย์ นิวแมติก และสิ่งแวดล้อม ดูผลิตภัณฑ์ →

MemsTech (Wuxi Mems Tech Co., Ltd.) ผู้ผลิตเซ็นเซอร์ที่ตั้งอยู่ในเขตเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งชาติอู๋ซี ได้จัดกลุ่มผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์สำหรับตระกูลเหล่านี้ทุกประการ และเผยแพร่ กลุ่มผลิตภัณฑ์เซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์ ซึ่งจับคู่แต่ละรุ่นกับประเภทแรงดัน สัญญาณเอาท์พุต ช่วงการวัด และแพ็คเกจ การทำแผนที่นั้นมีความสำคัญมากกว่าตัวเลขความแม่นยำของพาดหัวเดียว เนื่องจากวิศวกรเครื่องช่วยหายใจและวิศวกรฟอกไตกำลังปรับข้อจำกัดที่แตกต่างกันจากแค็ตตาล็อกเดียวกัน

การชดเชยอุณหภูมิและการดริฟท์: ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในภายหลัง

อุณหภูมิเป็นแหล่งข้อผิดพลาดเดียวที่ใหญ่ที่สุดในเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์ และเป็นข้อกำหนดที่ยกมามีความสม่ำเสมอน้อยที่สุด ชิ้นส่วนสองชิ้นที่มีความแม่นยำของอุณหภูมิห้องเหมือนกันอาจแตกต่างกันห้าเท่าที่อุณหภูมิ 45 C

นิสัยสามประการจะปิดช่องว่างส่วนใหญ่ก่อนที่จะไปถึงผู้ป่วย:

1. ทดสอบหมายเลขชิ้นส่วนที่แน่นอนในตัวเครื่องที่ปลายทั้งสองด้านของช่วงอุณหภูมิทางคลินิก ไม่ใช่ตามช่วงอุณหภูมิเชิงพาณิชย์
2. บันทึกค่าชดเชยศูนย์เมื่อเปิดเครื่องและอีกครั้งหลังจากการทำงานต่อเนื่องเป็นเวลา 20 นาที จากนั้นเปรียบเทียบทั้งสองกับสิบยูนิตจากสามล็อต
3. เพิ่มวาล์วปรับศูนย์และรูทีนออฟเซ็ตเฟิร์มแวร์ เพื่อให้ระบบแก้ไขสิ่งที่เซ็นเซอร์ไม่สามารถรับประกันได้

ผู้ผลิตที่มีการสอบเทียบภายในบริษัทจะดูดซับส่วนหนึ่งของงานนี้ ทุกหน่วยที่จัดส่งโดย MemsTech นั้นมีการสอบเทียบเป็นศูนย์และเต็มสเกล หมุนเวียนตามความร้อน และประเมินความเสถียรในระยะยาวก่อนปล่อย โดยมีความแม่นยำในกรณีที่ดีที่สุดที่เสนอราคาที่ 0.2% FSS การตรวจสอบที่เหลือยังคงอยู่ในแผนการทดสอบของคุณเอง เนื่องจากมีเพียงคุณเท่านั้นที่ทราบสื่อ ความเครียดที่เพิ่มขึ้น และรอบการฆ่าเชื้อที่ชิ้นส่วนจะเห็นจริง

การตรวจสอบแพ็คเกจ อินเทอร์เฟซ และการจัดหาก่อนที่คุณจะออก PO

สองทางเลือกปิดบังข้อกำหนด: วิธีติดตั้งเซ็นเซอร์และสัญญาณออกจากบอร์ดอย่างไร ทั้งสองอย่างจะขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิตและโดยใครเป็นเจ้าของขั้นตอนการสอบเทียบ

เพรสเชอร์เซนเซอร์แบบรวม MCP5XXXDP สำหรับการใช้งานทางการแพทย์และอุตสาหกรรม แน่นอน, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. ดูผลิตภัณฑ์ →

1. ขอบันทึกการสอบเทียบสำหรับล็อตที่แน่นอน รวมถึงค่าศูนย์และค่าเต็มสเกล ไม่ใช่เพียงคำชี้แจงความถูกต้องทั่วไป
2. ยืนยันช่วงการชดเชยอุณหภูมิเป็นลายลักษณ์อักษร และสอบถามว่าเกิดอะไรขึ้นภายนอก
3. ตรวจสอบความเข้ากันได้ของสื่อด้วยวิธีฆ่าเชื้อที่คุณใช้จริง รวมถึงจำนวนรอบ
4. ขอการกระจายศูนย์แบบล็อตต่อล็อต เนื่องจากตัวเลขดังกล่าวเป็นตัวขับเคลื่อนว่าสายการประกอบของคุณต้องการขั้นตอนการตัดแต่งหรือไม่
5. ยืนยันกำลังการผลิตและระยะเวลารอคอยสินค้าเทียบกับทางลาดของคุณ และตรวจสอบว่าชิ้นส่วนนั้นผลิตขึ้นเองหรือขายต่อหรือไม่

หากต้องการทราบข้อมูลทางเทคนิคที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับการก่อสร้างแม่พิมพ์ บรรจุภัณฑ์ และข้อด้อยในการใช้งาน โปรดดูที่ไซต์งาน ภาพรวมเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ครอบคลุมถึงวิธีการสร้างอุปกรณ์เหล่านี้และข้อจำกัดในทางปฏิบัติ

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเซ็นเซอร์วัดความดัน MEMS ทางการแพทย์

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์ความดัน MEMS และเซ็นเซอร์ความดันเพียโซอิเล็กทริก?

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS จะวัดการโก่งตัวของไดอะแฟรมและสามารถอ่านความดันคงที่ได้ ดังนั้นจึงเก็บค่าที่ถูกต้องสำหรับความดันทางเดินหายใจ ความดันที่ข้อมือ หรือความดันเมมเบรนของการฟอกไต องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกตอบสนองต่อแรงที่เปลี่ยนแปลงและไม่สามารถอ่านค่าคงที่ได้ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับเหตุการณ์แบบไดนามิกมากกว่าการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์สามารถรอดจากการฆ่าเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดันได้หรือไม่

ขึ้นอยู่กับบรรจุภัณฑ์ ไม่ใช่แม่พิมพ์ พอร์ตที่แยกเจลในตัวเรือนที่ปิดสนิทมักใช้กับการฆ่าเชื้อ แต่ค่าชดเชยศูนย์จะต้องได้รับการตรวจสอบอีกครั้งหลังจากรอบซ้ำที่ 121 C หรือ 134 C เนื่องจากฮิสเทรีซิสจากความร้อนสะสมอยู่ในเจลและชั้นกาว

ฉันจะเลือกระหว่างเซ็นเซอร์ความดันทางการแพทย์แบบอะนาล็อกและแบบดิจิทัลได้อย่างไร

เลือกอนาล็อกหากบอร์ดของคุณมี ADC ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำอยู่แล้ว และคุณเป็นเจ้าของขั้นตอนการสอบเทียบและการชดเชยอุณหภูมิ เลือกชิ้นส่วนดิจิทัลที่ปรับเทียบจากโรงงานหากคุณต้องการซื้อความแม่นยำมากกว่าการประกอบ ซึ่งโดยปกติจะเป็นเส้นทางที่เร็วกว่าสำหรับทีมขนาดเล็กและมีปริมาณน้อยกว่า

เซ็นเซอร์ความดัน MEMS ทางการแพทย์สามารถให้ความแม่นยำได้สมจริงเพียงใด

ความเป็นเชิงเส้นและความแม่นยำในกรณีที่ดีที่สุดอยู่ที่ 0.2% ของขนาดเต็มบนแพลตฟอร์มทางการแพทย์ที่เข้ากันได้ดี แต่จำนวนที่สำคัญในภาคสนามคือผลรวมของความแม่นยำ การเบี่ยงเบนของความร้อน และความเสถียรในระยะยาวตลอดช่วงอุณหภูมิทางคลินิก โดยทั่วไปแล้วยอดรวมดังกล่าวจะอยู่ที่ 2-5 เท่าของตัวเลขพาดหัว