智能传感器技术在呼吸监视仪中的应用

作者email:   ailon@sina.com     当今在有智能传感器技术为捡测头的呼吸医疗监视仪已经闻世, 能以此对各种情感和呼吸之间的联系作大量的研究，并且用来真实纪录一个人的呼吸状况及其变化.   1.呼吸医疗监视仪与智能传感器技术(见图1所示). 1.1、 呼吸医疗监视仪       用来监视呼吸状况，并能给出大致的呼吸深度。这个监测仪监测一些可以用来评价焦虑程度的重要参数：呼吸频率、呼吸的均匀程度以及呼气和吸气之间的间歇。平静、积极的情绪通常会导致呼出长于吸入，二者的时间之比从一个方面揭示人的焦虑程度。相对较高水平的胸呼吸（相对于腹呼吸）也可说明焦虑程度。对于胸呼吸的观察可增加监视仪的可视信息。 1.2、 智能传感器技术       图1中的监视仪采用硅压阻式传感器（PRT）检测吸入与呼出时对应压力的降低和增加。PRT的输出被馈入一个MAX1450信号调理IC，用于对PRT的固有误差进行校正，然后将经过补偿的电压信号送入12位模数转换器ADC。ADC输出（数字化的压力信号）接着进入一个PC接口，并被转换为RS-232电平。最后信号被传递到PC，这样就可以显示出呼吸波形，并对以上所述参数进行分析。 2、PRT传感器   2.1、PRT检测原理        PRT一般配置为一个紧密的惠斯登电桥。当有压力施加到PRT的敏感电桥时(见图2a所示)，对角桥臂的电阻值将发生相同方向、相同大小的改变。当一个对角桥臂上的两个电阻值在压力的作用下增加时，另外一个对角桥臂的电阻值降低，反之亦然。对于半敏感电桥PRT(见图2b所示)，则只有半边桥臂的电阻值发生改革。不管是全桥还是半敏感电桥的PRT传感器都具有高灵敏度（>10mv/v）、良好的线性和温度稳定性、无信号滞回等优点，其测量范围可上至破坏性极限。   2.2、PRT的应用       当今,由于新的IC技术已经能够精确校准传PRT感器，所以将其应用范围从中、低精度检测扩展到高端领域之中。解决了以往PRT传感器通常只能用在中、低精度检测在高端产品非要采用昂贵的应变计等不足之处.   3、信号调理IC与现代和与简化校正方案      由于PRT传感器的误差幅度范围很宽，因而必须要用通过现现代与简化补偿法来校准。目前最新型的用来校准PRT传感器误差的信号调理IC有两种，一是MAX1457，二是MAX1450。   3.1、现代和校正方案       MAX1457它带有一个用于驱动传感器的受控电流源和一个采样传感器桥路电压的ADC，这个电压是电流输出电流和与温度相关的桥路电阻的乘积。MAX1457内含EEPROM等.通过为MAX1457设计的应用软件计算出四种校正系数：满偏输出（FSO），温度（FSOTC），偏移（Offset）, 温度偏移（OffsetTC）. 来修正误差.      由于MAX1457所提供的精度可远高于一个呼吸监视仪的要求，即没有必要采用16位分辨率的DAC进行校正, 但MAX1457它的温度误差补偿能力对于不大的温度变化也是很有必要的：10℃的变通常会造成PRT的满偏输出(FSO)发生3%的改变，真因MAX1457使监视仪可以工作在很宽的温度范围，应用PRT和MAX1457组合可获得优于的精度故它能应用于空间探测及潜水呼吸器等领域。   3.2、简化校正方案        MAX1450信号调理器（见图3所示）的功能本质与MAX1457相同，只是用电阻代替DAC来进行误差校正。因MAX1450采用MAX1457比少得多的校准点，其精度为1%。通常被用于混合方案，该方案将MAX1450和缴光微调电阻(所有外接电阻)相结合提供了一种低成本的解决方案, 即用MAX1450信号调理器配合外部激光微调电阻可提供1%精度。调整RFSOA电阻是设定初始(FSO)灵敏度，温度偏差的调整是通过反馈传感器驱动电后电压（来自BDRIVE引脚）来实现，由PGA程控放大器来完成偏差的补偿。     值此对MAX1450引脚功能作一介绍： INP传感器正信号输入; SOTC温度偏移信号输入; A0程控放大器(PGA)增益设置最低位输入; A1程控放大器增益设置; A2程控放大器(PGA)增益设置最高位输入; OFFTC偏移温度校正; OFFSET偏移调整输入; BBUF带缓冲电桥电压输入; FSOTRIM电桥驱动电流设置输入; OUT程控放大器输出电压; ISRC电流源基准; BDRIVE传感器激励电流输入; INM传感器负信号输入; VDD电源电压； VSS地.