一种用于多压力测量模式的医疗专用MEMS传感器

一种用于多压力测量模式的医疗专用mems传感器
技术领域
1.本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种用于多压力测量模式的医疗专用mems传感器。


背景技术：

2.近年来，传感技术已经广泛应用于医疗健康的各个领域。在医学监测方面，人们已实用新型出多种医疗压力传感器来实现对人体或者医疗设备或器械工作压力信息的监测。例如：有创或无创式血压监测计、颅内压监测设备、呼吸机和ecmo等，这些设备均利用压力传感器来读取关键压力参数。
3.医疗中常用的压力监测模式包含表压测量、差压测量、绝压测量等。不同的监测场景往往需要不同的压力测量模式，而且经常需要相互切换，例如，人体血压的监测是表压测量；ecmo系统中膜肺状态识别则是依靠两端的差压监测。
4.现有的mems压力传感器结构主要包括传感芯片和带有圆头接口的封装，它通过圆头接口将外界压力传递至传感芯片以感知压力，其压力传感类型取决于传感芯片类型，因此监测模式相对固化。医疗行业均采用鲁尔接头作为标准化的连接方式，因此现有的mems压力传感器如果需要连接至医疗设备或器械中进行压力监测，则需要一个转接器来分别连接mems压力传感器封装上的圆头接口和医疗设备或器械上的鲁尔接头。例如常用的塑料导管，它一端通过过盈配合方式连接mems压力传感器的圆头接口，另外一端连接到医疗设备或器械的鲁尔接头上。
5.综上所述，现有的mems压力传感器结构与医疗设备的连接不通用，压力测量模式单一，灵活度不高，并且长时间使用可能存在破损漏气以及测量误差等问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种用于多压力测量模式的医疗专用mems传感器，克服传统医疗压力传感器在使用过程中只能进行单一压力模式测量以及需要额外转接器才可与医疗设备或器械连接的弊端，大大提高连接的便捷性、可靠性以及测量的准确度。
7.本实用新型提供一种用于多压力测量模式的医疗专用mems传感器，包括接头外壳，所述接头外壳内开设有通道，所述通道内设置有传感装置，所述接头外壳两端分别设置有与所述通道连通的第一鲁尔接头和第二鲁尔接头，所述第一鲁尔接头和所述第二鲁尔接头上分别设置有开关阀，所述接头外壳内嵌有引脚。
8.进一步地，所述第一鲁尔接头和所述第二鲁尔接头均为公鲁尔接头。
9.进一步地，所述第一鲁尔接头和所述第二鲁尔接头均为母鲁尔接头。
10.进一步地，所述第一鲁尔接头为公鲁尔接头，所述第二鲁尔接头为母鲁尔接头。
11.进一步地，所述传感装置包括传感芯片和包覆在所述传感芯片外部的封装层，所述传感装置固定在所述通道内壁上。
12.进一步地，所述引脚的一端延伸至所述接头外壳外部。
13.进一步地，所述引脚位于所述接头外壳内部的一端与所述传感芯片电性连接。
14.进一步地，所述接头外壳包括与所述第一鲁尔接头连接的第一外壳和与所述第二鲁尔接头连接的第二外壳，所述第一外壳和第二外壳可拆卸连接。
15.进一步地，所述第一外壳靠近所述第二外壳的表面上设置有多个插脚，所述第二外壳靠近所述第一外壳的表面设置有多个与所述插脚对应配合的卡槽，所述第一外壳与所述第二外壳通过所述插脚和所述卡槽连接。
16.进一步地，所述第一外壳与所述第二外壳之间设置有密封垫层。
17.本实用新型通过鲁尔接头与医疗设备直接连接，代替了需要转接器的传统方式，有效提高连接的便利性和可靠性以及测量的准确度，并且通过设置开关阀和参考压力，可实现多压力模式的测量，提高设备的通用性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型的实施例1结构示意图；
20.图2为本实用新型的实施例1内部结构示意图；
21.图3为本实用新型的信号处理电路图；
22.图4为本实用新型的实施例2内部结构示意图；
23.图5为本实用新型的实施例3内部结构示意图；
24.附图标记说明：
25.图中：1-公鲁尔接头、2-第一开关阀、3-第一外壳、4-通道、5-插脚、6-上封装、7-硅基压阻式压力传感芯片、8-下封装、9-第二外壳、10-引脚、11-第二开关阀、12-母鲁尔接头；
具体实施方式
26.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，
可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.实施例1
30.如图1-图3所示：
31.一种多压力测量模式的医疗专用mems传感器，包括由第一外壳3和第二外壳9拼接成的接头外壳，接头外壳内开设有通道4。
32.第一外壳3和第二外壳9可拆卸连接，第一外壳3靠近第二外壳9的表面上设置有四个插脚5，第二外壳9靠近第一外壳3的表面设置有四个与插脚5对应配合的卡槽，第一外壳3与第二外壳9通过插脚5和卡槽连接。
33.第一外壳3与第二外壳9之间设置有密封垫层，避免第一外壳3和第二外壳9连接后通道4内的液体或气体泄漏，影响压力测量误差。
34.通道4内设置有传感装置，传感装置包括传感芯片和包覆在硅基压阻式压力传感芯片7外部的上封装6和下封装8，本实施例中的传感芯片选用硅基压阻式压力传感芯片7，硅基压阻式压力传感芯片7通过贴片和引线键合等封装工艺封装在接头外壳内部，传感装置垂直放置在通道4内壁，进行压力监测。
35.第二外壳9的侧面嵌入有引脚10，引脚10的一端延伸至第二外壳9外部，引脚10上位于外壳内部的一端与硅基压阻式压力传感芯片7电性连接，当传感装置测量到压力值大小后，通过引脚10将数据传输给外部信号处理电路。
36.鲁尔接头的管道内设置有橡胶圈，进一步防止管道内的气体或液体泄漏。
37.外壳两端分别设置有与通道4连通的鲁尔接头，鲁尔接头包括与第一外壳3连接的公鲁尔接头1和与第二外壳9连接的母鲁尔接头12，公鲁尔接头1上设置有第一开关阀2，母鲁尔接头12上设置有第二开关阀11。
38.公鲁尔接头1设置有外螺纹，母鲁尔接头12设置有内螺纹。
39.在实际使用过程中，操作人员根据医疗设备或器械上鲁尔接头的类型自由选择连接公鲁尔接头1或母鲁尔接头12，并打开所对应的第一开关阀2或者第二开关阀11进行压力传递。
40.通过设置开关阀的开闭、连接方式和参考压力的控制，可以实现四种压力测量模式的转换：表压模式、绝压模式、相对压力模式以及差压模式。
41.表压测量模式中，医疗设备或器械接通公鲁尔接头1或母鲁尔接头12后打开相应的开关阀，保持另一侧开关阀联通大气，使得所测得的压力为相对大气压的表压数值。
42.绝压测量模式中，先通过非连接端鲁尔接头抽真空后关闭开关阀以维持相应外壳内真空状态，医疗设备或器械接通公鲁尔接头1或母鲁尔接头12后打开相应的开关阀，使得所测得的压力为相对于真空的绝压数值。
43.相对压力测量模式中，先通过非连接端鲁尔接头抽或给压后关闭开关阀以维持相应外壳内的参考压力，医疗设备或器械接通公鲁尔接头1或母鲁尔接头12后打开相应的开关阀，使得所测得的压力为相对压力值。
44.差压模式中，医疗设备或器械同时接通传感器两端鲁尔接头并开打第一开关阀2和第二开关阀11，使得所测得的压力为两端的差压值。
45.如图3所示，本实用新型设置信号处理电路包含四个运算放大器(如op07、opa227、lm358等)以及滤波电路进行稳压、放大、滤波，一个模拟/数字转换芯片(如ad9220、ad7192等)以及外围电路进行模数转换，一个单片机(如stm32、gd32等)及其外围电路进行数据处理与显示。
46.由于硅基压阻式压力传感器芯片输出信号为mv级别，不易直接采集处理，故要将信号放大至v级别后进行处理。本实用新型所选的芯片裸片具有惠斯通电桥结构，具有正、负两个输出引脚。故在接口电路中，两个输出端后连接电压跟随器以稳定输入电压，构建差分放大电路，经过中间级的运算放大器实现信号的放大，放大倍数由反馈支路电阻与输入电阻的比值决定，放大后的信号输出经过下一级二阶滤波后通过输出电压跟随器，得到前端电路处理完的模拟信号。其中二阶滤波电路由电阻和电容组成，通过示波器对信号进行快速傅里叶变化可以明确噪声所在频带，通过截止频率与电容电阻之间的关系，修改二阶滤波电路的电阻电容值来滤除相应频段的噪声，最后将滤波信号通过电压跟随器进行稳压后输出。
47.针对上位机读取传感器示数的问题，通过模拟/数字转换芯片将前端处理完的模拟信号转变为数字信号，并通过任意一种通信协议(如spi、i2c等)发送至单片机，单片机对数字信号进行采样处理后通过某种通信方式(如usart、uart、usb、rs232等)发送至上位机进行显示。
48.实施例2
49.如图4所示，本实施例中外壳两端分别设置有与通道4连通的鲁尔接头均为公鲁尔接头1，除此之外其他结构与实施例1相同。
50.实施例3
51.如图5所示，本实施例中外壳两端分别设置有与通道4连通的鲁尔接头均为母鲁尔接头12，除此之外其他结构与实施例1相同。
52.本实用新型通过鲁尔接头与医疗设备直接连接，代替需额外使用转接器的传统方式，有效提高连接的便利性和可靠性以及测量的准确度，增强mems传感器在医疗领域专用性；通过设置开关阀的开闭、连接方式和参考压力的控制实现了多压力测量模式和相互间的灵活转换；通过设置第一外壳和第二外壳间的密封垫层和鲁尔接头内的橡胶圈，避免气体或液体在通道或鲁尔接头内发生泄漏，从而产生测量误差的情况发生。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。