近期,新型冠状病毒感染引发的肺炎疫情出现反复,牵动着全国人民的心。作为疫情各种数据采集的基础技术与核心部件,传感器的关键作用无可比拟。其中声敏、力敏、磁敏、气敏、光敏、温湿 度、RFID射频、介质生物(试纸、酶电极)等八大敏感元器件及传感器无一例外地应用于各种防控措施和 场景之中,有其不可替代性。
由于这次新型冠状病毒确诊患者常见症状主要表现为呼吸道感染、发热、咳嗽、呼吸急促或者呼吸困 难。以下几种传感器在本次疫情管控中发挥主要作用。
1、红外传感器技术在体温筛查中的应用
从目前各种症状来看,虽然"发热"不是判断感染肺炎的唯一指标(有些轻度病例并不发热,但发热一 定是重症),但在没有完全精准有效的方法前,体温检测就成为判断是否感染的关键指标。这样一来,面对 公共场所庞大的流动人口,还要在移动状态下快速、准确、及时检测并筛查出非正常体温就至关重要。当 然,这对于非接触式的红外测温仪来说,已不是困难的问题,不论是立式红外测温仪,还是手持耳温枪、額 温枪等红外检测设备,都能准确达到精度要求。在此类设备中,主要发挥功效的就是能达到医用计量标准和 参数指标要求的高精度、高可靠和高稳定性、一致性的红外温度传感器。
红外测温仪是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。人体的红外辐 射的热像信号,经过光学接收器传输给调制器,在消除大面积的背景干扰信号后,将红外辐射的热像信号转 变成电信号,再经过放大器和信号处理,并按照仪器内设的算法和目标发射率校正后,最终转变为被测目标 的温度值。简单来说,红外传感器在接收到物体发出的能量后,通过其光学系统将红外能量转换成电信号, 通过模型算法及参数校准,将其转换为医用级的高精度温度值。
相对于其他类型的测温方式,红外测温方式的优势在于快速、直观、非接触检测。
2、压力、流量、温湿度等传感器在呼吸机系统中的应用
目前,呼吸机是眼下患者最需要的医疗设备,改善呼吸是重要治疗手段。由于病毒感染后,呼吸困难是 危重病人的典型症状,而呼吸机能使肺泡在呼气末保持一定压力,增加功能残气量,防止肺泡萎陷,从而改 变通气和换气功能,实现对病人进行辅助呼吸治疗的目的。
持续正压通气(CPAP)的呼吸机装置,可强迫空气进入肺部,在整个呼吸周期内人为施加一定程度的 气道内正压。如果病人出现呼吸暂停,CPAP呼吸机可根据预设的频率进行必要的机械通气。这就需要呼吸 机中设计安装多个传感器,实时、持续、精确地控制气流、压力和湿度,保持患者持续呼吸功能。因此,呼 吸设备都会用到气体质量流量、压力、湿度、温度和磁等传感器,监测和控制气流、压力、温湿度等指标, 同时支持和保障稳定的电机控制系统运行。
空气流量传感器
主要用于测量进入系统的氧气的流量,以确保充足的空气供应。通过判断患者睡眠时的呼吸节奏,根据 呼吸速度快慢,通过进气泵控制,调节通气量大小与速度,使患者呼吸和进气频率保持一致,以提供肺部足 够的氧浓度。
压力传感器
在呼吸机运行系统中,检测病患呼吸压力的变化和振动(如打鼾)至关重要。病人呼气期间的二氧化碳 水平,也可通过差压传感器进行测量计算。比如,呼吸机通过使用差压传感器可测量2英寸水柱压力差,更 好地获取患者二氧化碳输出量,以调节输入压力大小。
具体来说,压力传感器可将气道压力转化为差动信号,并将测量值交给电路MCU准确做出吸气和呼气 判断。之后,由MCU发出指令控制进气泵,増大或者减小管道压强。使患者呼吸自然顺畅,且不会产生抵 触感。
温、湿度传感器
温、湿度传感器主要用于测量和调节通气管中空气的温湿度,提供舒适的暖湿气流,避免患者因吸入干 燥和过高过低温度空气而导致嗓子疼,影响呼吸与睡眠质量。当气流中需要加湿气时,湿度传感器给出相对 应的反馈信息,控制器根据数据信息进行湿度精准调节,确保气流的湿度范围。同时,在气流通路中,直接 安装分立式热敏电阻,以检测气流温度"或者采用温度探测组件来定位热敏电阻元件在待测介质中的位置, 并保护热敏电阻免受损坏。探测组件还能保持热气流直接、均匀地流过热敏电阻,从而准确感应温度。
磁传感器
为使呼吸机电机顺畅运转,呼吸机还会通过风机系统来冷却电机组件。采用磁传感器感知呼吸机中电机 运行参数,如霍尔磁元件来支持稳定的电机控制,保持电机平稳运转,以减少由风机系统产生的噪音和振 动。
3、气体传感器在医疗器械中的应用
重症患者其动脉血液中的氧含量高低是医生用于检测和评价生命体特征的重要指标。
目前,最常用的医用氧传感器是电化学式,俗称氧电池。氧气进入传感器后,内部所含的铝(Pb)逐渐 被氧化成PbO2,其寿命只能1年左右。作为创新型替代产品,一种顺磁原理的氧气传感器逐步开始使用。 其工艺较复杂,价格较高,但寿命长,是非消耗品,可长期使用不用更换。
此外,若通过夹带式可穿戴设备进行血氧饱和度监测,可避免采血抽样,实验室手工分析等繁杂过程, 是实 |