醫用眼科前房高精度侵入式壓力傳感器硬件解決方案

在之前就寫過一篇醫用眼科前房高精度侵入式壓力傳感器，不過文章中重點不清晰，擁有過多無用的廢話，這篇就是完整的硬件解決方案了。

歐姆龍的壓力探頭，貴捏

不同的視圖

這個就是基本的電橋電路圖

電橋的上下是加的電壓，左右是平衡測量

來自于ADI-具體的連接圖，我也突然明白了，為什么板子上面有個恒壓5V了

事實上這些都是空壓傳感器，不能測量液體的壓力，我找了一下，好像沒有特別小的液體壓力傳感器，這個不好說。。。

整個輸出范圍是很線性的

事實上，它加在傳感器的上方是一個100uA的恒流源，這樣就相當于給了精確的電壓：

這種傳感器就不是加個恒壓那么簡單，而是加恒流

那我就不得不說AD620構成的恒流源了

利用下面我說的特性就可以：

1運放反相和正相輸入端電壓總是相等

1運放反相和正相輸入端沒有電流輸入

只需要在正相輸入端提供穩定參考電壓，反相連接限流電阻和負載，就可以實現簡易的恒流源：

官方給的原理圖也是這樣

其次也要理解各種壓力的不一樣

對眼內壓進行穿刺的時候是非常細的針頭，數字越大越細：

30 或 33 號 平衡鹽溶液是溶液中電解質含量與血漿內含量相仿的鹽溶液稱為平衡鹽溶液。等滲鹽水含Na+和Cl-為154mmol/L，而血液內Na+和Cl-含量分別為142mmol/L和103mmol/L，兩者相比，等滲鹽水的Cl-含量比血液的Cl-含量高50mmol/L，在重度缺水或休克狀態下，腎臟血液減少，會影響正常的排氯功能，從靜脈內輸給大量等滲鹽水，有導致血Cl-過高，引起高氯性酸中毒的危險。因此，用等滲鹽水治療缺水有不足之處，而使用平衡鹽溶液可避免輸入過多的Cl-，治療缺水更符合生理，且能有助于糾正酸中毒。常用的平衡鹽溶液有乳酸鈉和復方氯化鈉溶液(1/6M乳酸鈉溶液1/3加復方氯化鈉溶液2/3);與碳酸氫鈉和等滲鹽水溶液(1.25%碳酸氫鈉溶液1/3和等滲鹽水2/3)兩種。

魯爾鎖適配接頭以德國儀器制造商 Hermann Luer 命名，是最早的醫療適配件之一，旨在為注射器和針頭之間提供無泄漏連接，并保持管腔連續貫通以供液體流動。插入的適配件為錐形，錐度為 6%。當用力擠壓在一起時，錐體內壁對外壁的擠壓旨在產生一個無泄漏的連接。魯爾鎖連接的使用與血管通路最相關，但是，魯爾鎖連接也被用于其他的醫學應用(例如，內部連接和氣動連接等)。為消除危險和通常致命的交叉連接，最近研制的 ISO 80369 標準“魯爾鎖適配件”僅限用于血管用途。

魯爾鎖接頭通常是用塑料制造的;但是，也可以用玻璃或金屬制造。針對血管內接頭的新標準 ISO 80369-7 對塑料適配接頭的柔軟度進行了限制，以幫助確保連接在承受壓力時不會變形。

通常被稱為“魯爾滑鎖”的魯爾鎖錐形適配接頭是最初的設計，完全依靠壓縮力和相反錐面之間產生的摩擦力來維持無泄漏連接(圖 1)。采用這種設計，只要不小心給連接施加拉力，就會使其意外分開。作為減少意外分開情況的措施，我們研制了魯爾-旋鎖適配接頭，由一個帶有相關螺紋“裙邊”的公錐和一個帶有法蘭(可與被稱為“凸耳”的螺紋接合)的母錐組成(圖 2)。當兩個適配件旋在一起時，錐形表面以與所述錐形連接相同的方式被壓縮;但是，由于增加了螺紋管箍，連接不能簡單拆分。

有兩種版本的魯爾-旋鎖接頭。公魯爾-旋鎖適配件可能有一個“固定的”裙邊，其中的裙邊和魯爾錐體是一個組合件，也可能有一個“旋轉”裙邊，其中的裙邊和錐體是分開的組件(圖2和3)。旋轉裙邊可使錐體適配咬合，然后與裙邊一起緊密固定，但不會使靜脈管線發生任何扭曲。

The Arduino Due is the first Arduino board based on a 32-bit ARM core microcontroller. With 54 digital input/output pins, 12 analog inputs, 2 DAC and 2 CAN it is the perfect board for powerful larger scale Arduino projects.

原論文寫的是使用這個板子，我查了下是MP的，ADC是12bit

這是論文中給出的采樣頻率：50 毫秒(20 Hz)的采集速率轉換為數字信號。內部電路確保測量范圍之外的壓力不會產生足夠大的電壓以損壞，其實就是加了分壓的電路。

儀表放大器的主要用途是放大噪聲環境中傳感器輸出的弱信號。對壓力傳感器或溫度傳感器信號的放大是常見的儀表放大器應用。

使用的儀表放大器是TI家的：

INA126是精密儀表放大器，用于精確、低噪聲、差分信號采集。雙運放設計提供卓越的性能和低靜態電流(175 μA/通道)。這些功能與 ±1.35 V 至 ±18 V 的寬工作電壓范圍相結合，使 INAx126 成為便攜式儀器和數據采集系統的絕佳選擇。

使用單個外部電阻器即可將增益設置為 5 V/V 至 10000 V/V。精密輸入電路提供低失調電壓(最大值 250 μV)、低失調電壓漂移(最大值 3 μV/°C)和出色的共模抑制。

具有噪聲運行或高阻抗電源的應用可能需要連接器件引腳的去耦電容。輸出參考輸出參考 (Ref) 引腳，該引腳通常接地。該連接必須是低阻抗的，以保持良好的共模抑制。

INAx126 系列具有低校正電壓和低校正電壓的特點。大多數應用不需要外部偏置調整。顯示了用于調整輸出校正電壓的任選電路。施加到 Ref 引腳的電壓被添加到輸出信號中。抑制因子在參考引腳處提供低阻抗，以保持良好的共模抑制。

INA126 的輸入阻抗很高，大約 10 ^9 Ω。但是，必須為輸入的輸入偏置電流提供一條路徑。該輸入偏置電流通常為 –10 nA(電流從輸入引腳跳過)。高輸入阻抗意味著輸入電流隨著輸入電壓的變化而變化。

輸入電路必須為該輸入偏置電流提供一條路徑才能正常運行。圖8-3顯示了輸入偏置電流路徑的各種規定。如果沒有偏置電流路徑，輸入會浮動到超過共模范圍的電位，并輸入放大器將渠。

如果源阻抗電阻較低，則可以將偏置電流返回路徑連接到一個輸入(參見圖8-3中的熱電偶示例)。憑借先前的源阻抗，使用兩個右邊的電阻可提供平衡輸入，并具有較高的偏置電流而具有較低的輸入模校正電壓和較好的高頻共抑制的優點。

INAx126 可以在低至 ±1.35 V 的電源上運行。在 ±1.35 V 至 ±18 V 的電源范圍內，性能仍然出色。此時電源電壓范圍內，大多數參數僅約為變化。

低電源電壓下運行需要特別注意，以確保共模電壓保持在線性范圍內。

INAx126 采用單電源供電，需要特別注意輸入共模范圍、兩個增強放大器的輸出電壓擺幅以及施加到 Ref 引腳的電壓。圖 9-1 顯示了采用 5V 單電源供電的橋式放大器電路。橋提供接近2.5V的輸入共模電壓，并具有相對較小的標注電壓。

1確保兩個輸入路徑的源阻抗和電容良好匹配，以避免將共模信號轉換為差分信號。此外，增益設置引腳處的寄生電容也會影響頻率范圍內的 CMRR。選擇元件時應使開關電容盡可能小。

在每個電源引腳和接地之間連接低 ESR、0.1μF 陶瓷旁路電容器，并盡可能靠近器件放置。從 V+ 到地的單個旁路電容器適用于單電源應用。

在文中輸出的傳感器電壓已經超了ADC的量程，搭建一個簡單的分壓電路做限幅：

C++

電源電壓Vs

R1節點A

R2地

1R1和R2為兩個電阻器

1電源電壓Vs接到電路輸入端

1節點A是R1和R2的公共連接節點,也是電路輸出端

該電路的工作原理是:

1輸入電壓Vs會按比例分配在R1和R2上,根據電阻分壓定律: Vs = IR1 + IR2

1在節點A的電壓是R2端的電壓,可以表示為: VA = IR2 = R2/(R1+R2) * Vs

1通過選擇不同的R1和R2值,可以獲得0-Vs范圍內的任意分壓電壓。

1分壓比率與R2/(R1+R2)成正比。

所以這個簡單的兩電阻分壓電路可以用來獲取穩定的分壓電壓,通過改變電阻值可以控制分壓比例。

那假如這個按照文中給的參考電路做，那這些芯片就是供電的LDO，一個構成恒壓流的運放，和一塊儀表放大器，若干電阻組成分壓電路。

用一根針獲得讀數后，使用推入配合連接將由壓力傳感器和針組成的一次性單元更換為新單元，以獲得下一組讀數。

審核編輯：湯梓紅