智能傳感器技術(shù)在呼吸監(jiān)視儀中的應(yīng)用

時間：2004-12-07 08:58:00

關(guān)鍵字：智能傳感器傳感器技術(shù) BSP MAX1457

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[導(dǎo)讀]智能傳感器技術(shù)在呼吸監(jiān)視儀中的應(yīng)用

作者email: ailon@sina.com

當(dāng)今在有智能傳感器技術(shù)為撿測頭的呼吸醫(yī)療監(jiān)視儀已經(jīng)聞世, 能以此對各種情感和呼吸之間的聯(lián)系作大量的研究，并且用來真實紀(jì)錄一個人的呼吸狀況及其變化.

1.呼吸醫(yī)療監(jiān)視儀與智能傳感器技術(shù)(見圖1所示).

1.1、呼吸醫(yī)療監(jiān)視儀

用來監(jiān)視呼吸狀況，并能給出大致的呼吸深度。這個監(jiān)測儀監(jiān)測一些可以用來評價焦慮程度的重要參數(shù)：呼吸頻率、呼吸的均勻程度以及呼氣和吸氣之間的間歇。平靜、積極的情緒通常會導(dǎo)致呼出長于吸入，二者的時間之比從一個方面揭示人的焦慮程度。相對較高水平的胸呼吸（相對于腹呼吸）也可說明焦慮程度。對于胸呼吸的觀察可增加監(jiān)視儀的可視信息。

1.2、 智能傳感器技術(shù)

圖1中的監(jiān)視儀采用硅壓阻式傳感器（PRT）檢測吸入與呼出時對應(yīng)壓力的降低和增加。PRT的輸出被饋入一個MAX1450信號調(diào)理IC，用于對PRT的固有誤差進(jìn)行校正，然后將經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾妷盒盘査腿?2位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。ADC輸出（數(shù)字化的壓力信號）接著進(jìn)入一個PC接口，并被轉(zhuǎn)換為RS-232電平。最后信號被傳遞到PC，這樣就可以顯示出呼吸波形，并對以上所述參數(shù)進(jìn)行分析。

2、PRT傳感器

2.1、PRT檢測原理

PRT一般配置為一個緊密的惠斯登電橋。當(dāng)有壓力施加到PRT的敏感電橋時(見圖2a所示)，對角橋臂的電阻值將發(fā)生相同方向、相同大小的改變。當(dāng)一個對角橋臂上的兩個電阻值在壓力的作用下增加時，另外一個對角橋臂的電阻值降低，反之亦然。對于半敏感電橋PRT(見圖2b所示)，則只有半邊橋臂的電阻值發(fā)生改革。不管是全橋還是半敏感電橋的PRT傳感器都具有高靈敏度（>10mv/v）、良好的線性和溫度穩(wěn)定性、無信號滯回等優(yōu)點(diǎn)，其測量范圍可上至破壞性極限。

2.2、PRT的應(yīng)用

當(dāng)今,由于新的IC技術(shù)已經(jīng)能夠精確校準(zhǔn)傳PRT感器，所以將其應(yīng)用范圍從中、低精度檢測擴(kuò)展到高端領(lǐng)域之中。解決了以往PRT傳感器通常只能用在中、低精度檢測在高端產(chǎn)品非要采用昂貴的應(yīng)變計等不足之處.

3、信號調(diào)理IC與現(xiàn)代和與簡化校正方案

由于PRT傳感器的誤差幅度范圍很寬，因而必須要用通過現(xiàn)現(xiàn)代與簡化補(bǔ)償法來校準(zhǔn)。目前最新型的用來校準(zhǔn)PRT傳感器誤差的信號調(diào)理IC有兩種，一是MAX1457，二是MAX1450。

3.1、現(xiàn)代和校正方案

MAX1457它帶有一個用于驅(qū)動傳感器的受控電流源和一個采樣傳感器橋路電壓的ADC，這個電壓是電流輸出電流和與溫度相關(guān)的橋路電阻的乘積。MAX1457內(nèi)含EEPROM等.通過為MAX1457設(shè)計的應(yīng)用軟件計算出四種校正系數(shù)：滿偏輸出（FSO），溫度（FSOTC），偏移（Offset）, 溫度偏移（OffsetTC）. 來修正誤差.

由于MAX1457所提供的精度可遠(yuǎn)高于一個呼吸監(jiān)視儀的要求，即沒有必要采用16位分辨率的DAC進(jìn)行校正, 但MAX1457它的溫度誤差補(bǔ)償能力對于不大的溫度變化也是很有必要的：10℃的變通常會造成PRT的滿偏輸出(FSO)發(fā)生3%的改變，真因MAX1457使監(jiān)視儀可以工作在很寬的溫度范圍，應(yīng)用PRT和MAX1457組合可獲得優(yōu)于的精度故它能應(yīng)用于空間探測及潛水呼吸器等領(lǐng)域。

3.2、簡化校正方案

MAX1450信號調(diào)理器（見圖3所示）的功能本質(zhì)與MAX1457相同，只是用電阻代替DAC來進(jìn)行誤差校正。因MAX1450采用MAX1457比少得多的校準(zhǔn)點(diǎn)，其精度為1%。通常被用于混合方案，該方案將MAX1450和繳光微調(diào)電阻(所有外接電阻)相結(jié)合提供了一種低成本的解決方案, 即用MAX1450信號調(diào)理器配合外部激光微調(diào)電阻可提供1%精度。調(diào)整RFSOA電阻是設(shè)定初始(FSO)靈敏度，溫度偏差的調(diào)整是通過反饋傳感器驅(qū)動電后電壓（來自BDRIVE引腳）來實現(xiàn)，由PGA程控放大器來完成偏差的補(bǔ)償。

值此對MAX1450引腳功能作一介紹：