簡介
近年來，電子技術(shù)的進步為醫(yī)療保健行業(yè)的諸多創(chuàng)新和改進創(chuàng)造了條件。醫(yī)療保健設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)包括提出新的診斷和治療方法，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，開發(fā)家庭護理設(shè)備，提高質(zhì)量和可靠性，以及增強靈活性和易用性。
40余年以來，ADI公司豐富而全面的線性、混合信號、MEMS和數(shù)字信號處理技術(shù)給儀器儀表、成像和病人監(jiān)護等領(lǐng)域的醫(yī)療設(shè)備設(shè)計帶來了重大的變革。本文將集中探討電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)技術(shù)，該技術(shù)使得在醫(yī)療保健應(yīng)用中使用高性能電容檢測成為可能。
電容式觸摸傳感器控制器——一種全新的用戶輸入法
電容式觸摸傳感器以類似的按鈕、滑動條、滾輪或其他方式提供一種用戶界面。
各個藍色幾何區(qū)域表示印刷電路板(PCB)上的一個傳感器電極，構(gòu)成虛擬電容器的一個極板。另一極板則由用戶的手指構(gòu)成，實際上，該極板相對于傳感器輸入是接地的。?
AD7147/AD7148 CapTouch控制器系列專為激勵電容式觸摸傳感器和與之接口而設(shè)計，能夠測量來自單電極傳感器的電容變化。器件首先輸出一個激勵信號，使電容器極板充電。當(dāng)一個物體（如用戶手指）靠近傳感器時，用戶充當(dāng)電容器的令一個極板，將形成虛擬電容器。利用電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)可以測量該電容。
該CDC能夠感知外部傳感器的電容變化，并借助此信息來記錄傳感器激活事件。AD7147和AD7148分別有13個和8個電容輸入，并均配有片內(nèi)校準(zhǔn)邏輯，用以對環(huán)境變化引起的測量變化進行補償，從而確保不會因溫度變化或濕度變化而在外部傳感器上產(chǎn)生誤觸發(fā)事件。
AD7147和AD7148提供多種工作模式、用戶可編程的轉(zhuǎn)換序列和極其靈活的控制功能。這些特性使其成為高分辨率觸摸傳感器功能的理想選擇，比如滑動條或滾輪，而且其對軟件的要求很低。另外，無需使用任何軟件，即可用片內(nèi)數(shù)字邏輯完整實現(xiàn)按鈕傳感器應(yīng)用。
電容檢測和測量的基本原理
電容 是指電容器在電場中存儲能量的能力。在其標(biāo)稱形態(tài)中——平行板電容器——電容C衡量在給定電壓V下電容器中存儲的電荷Q，計算公式為 。
平行板電容器由兩個導(dǎo)體（金屬板）構(gòu)成，其特性為
導(dǎo)體面積， a &TImes; b
兩個導(dǎo)體極板之間的 距離d
兩個導(dǎo)體之間的電介質(zhì)，用介電常數(shù)er表示r
根據(jù)這種幾何結(jié)構(gòu)，電容計算公式如下
其中，ε0為自由空間的介電常數(shù)
其中，ε0為自由空間的介電常數(shù)。
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)護人員的時間，可利用自動液位檢測技術(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電容式傳感器，充當(dāng)一個基準(zhǔn)通道，以形成比率式測量。
24位AD7746， 搭載兩個電容測量通道，可以用于這類應(yīng)用。
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