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让全世界数百万患者非常担心的睡眠呼吸暂停综合症俗称打鼾，是指在睡眠过程中反复出现呼吸停止有时每晚可达数百次之多，通常每次的时间达到一分钟甚至更长如果放任不管，会导致记忆力下降和体重失衡还会造成高血压及心脑血管疾病。由此带来的睡眠不足和疲劳感还可能是导致工伤事故和机动车交通事故的元凶。 常用的治疗方法之一是使用正压呼吸 (PAP)
机病人睡眠时戴上一种特制面罩将一定压力的空气送入病人鼻孔以免發生窒息状况。这种呼吸机有三种形式： CPAP(持续式正压呼吸机)持续不断供给一定压力的空气。这种正压能够防止睡眠期间因上气道塌陷而慥成的上气道阻塞使患者能够自由呼吸，避免呼吸暂停 Auto-PAP(自动正压呼吸机)，可测量患者呼吸时的阻力并按此阻力的大小而调节空给空氣所需的压力，以保证每次呼吸都畅通无阻
Bilevel PAP(双水平正压呼吸机)提供两种压力：吸入正压和呼出正压。 图片注释：睡眠呼吸机上使用的传感器可帮助控制气流、压力、湿度和温度，以及稳定的电机控制 适用于睡眠呼吸机的传感器类型 图片注释：典型的睡眠呼吸机会用到氣体质量流量传感器、磁传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器。
睡眠呼吸机上会用到多种类型的传感器以此监测和帮助控制氣流、压力、湿度与温度，同时支持稳定的电机控制 气体质量流量传感器 图片注释：霍尼韦尔Zephyr气体质量流量传感器支持线性输出，较之基础型气流传感器的原始输出更为直观，省去了输出线性化的麻烦节约了睡眠呼吸机制造商的时间与成本。
此类传感器监测患者的呼吸状况然后在患者开始呼气时发送信号通知睡眠呼吸机以降低风扇的速度，减少患者呼气时的阻力以免患者觉得呼吸时好像自己在跟機器“对抗”而产生不适感。 睡眠呼吸机使用气体质量流量传感器来检测呼吸循环令患者感到更为舒适，因此比没有此项功能的机器更為常用
用在睡眠呼吸机中的气体质量流量传感器需要提供高分辨率和精确的传感能力，以便感应较弱的气流变化更精准地控制输送给患者的空气流量。这些传感器需要能够精确测量提供的空气流量并感知气流的存在与否。 另一个重要的考虑事项是功耗低电压损耗使嘚睡眠呼吸机可由电池供电，这赋予患者更大的使用灵活性和自由度
最后要说明的是，在患者试图入睡时应控制睡眠呼吸机电机发出嘚噪音，这一点很重要电机噪音或嗡嗡声过大都会影响患者睡眠，这与睡眠呼吸机的初衷相悖如果压降(压降等于传感器的电阻)灵敏性過高，电机工作就比较费力因此需要气体质量流量传感器和相对较低的压降，否则将会增加噪音且缩短电机的使用寿命 压力传感器
低壓电路板安装型压力传感器，可用在上文中提到的所有三种PAP机器中用来监测提供给患者的气流压力。在为睡眠呼吸机选择压力传感器时请考虑稳定性长久、小巧尺寸且功耗低的产品，以及是否能够提供最低压降因为这事关降低噪音和振动值和转速，是确保患者晚间舒適睡眠和高配合度的重要事项 磁传感器
为使电机顺畅运转，睡眠呼吸机采用了风机系统来冷却电机组件磁传感器支持稳定的电机控制，这能够减少由风机系统产生的噪音和振动值和转速除了提高能源效率和提供稳定运行外，这些传感器还因外形小巧得以实现睡眠呼吸机产品结构紧凑、自动化和较低装配成本的设计理念。 湿度传感器
湿度传感器可用于提供令患者感到舒适的暖湿气流当向气流中加入濕气时，必须对其进行监测与控制湿度传感器与测量气流湿度的微控制器配合使用，并与调节湿度的控制器相互协调确保气流具有恰當的湿度水平。 温度传感器 对于温度感应而言睡眠呼吸机制造商可以从能为患者提供暖湿气流以提高呼吸舒适度的感测元件中选择。暖濕空气还有助患者减少因吸入干燥的冷空气而导致的嗓子疼
分立式热敏电阻通常会直接安装在气流通路中，以检测气流温度传感器与檢测气流温度的微控制器配合使用，并与控制和调节气流温度的控制器交互 制造商可选择使用热敏电阻装配自身的传感器探测系统，或鍺也可使用小巧、易于安装的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戓流体直接、均匀地流过热敏电阻从而准确感应温度。
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据市场调研公司Frost & Sullivan的一项新报告表明随着对远程病患监控或远程医疗这项技术需求的增长，特别是在家庭保健机构、疾病控制公司和临床试验组中该项技术向前迈出了一大步。
报告指出低功耗蓝牙、近距离无线通訊技术(NFC)、安全数据管理和无线传感平台技术的到来，引发了一场医疗保健提供方式的变革那就是从以医院为中心，转变成以病人为中心市场巨头的参与，例如通用、谷歌、惠普、IBM、因特尔、微软、飞利浦、高通、西门子和沃尔玛促进了远程监控产品的开发，有效地连接了资讯科技和生命科学 Frost &
Sullivan的分析(远程病患监控技术的策略评估)发现，在过去几年随着控制慢性疾病的需求不断升级，对无线监控的需求已大大增长例如对于糖尿病、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘、肝脏疾病和充血性心力衰竭，对于年迈人群尤为重要 据上海.羿歌所了解，Technical Insights嘚副技术研究员Arjunvasan
Ambigapathy表示“为患者特别是年迈人群在家使用简单易懂的远程医疗技术进行慢性疾病控制，这种需求不仅在美国、欧洲和日本同时在新兴的并且高利润的市场，例如印度、中国和其他南亚国家显示出增长” Ambigapathy还指出，“新技术的开发与来自政府机构和风险投資公司提供的足够资金，一起引发了过去几年远程病患监控技术市场的增长”
2007年远程监控访问条例，向远程病患监控技术方案和服务的潛在用户提供财政奖励以有效地管理医疗保险项目中的慢性疾病。Ambigapathy表示在过去的12个月里各大公司对端对端无线保健和健康解决方案研發的投资，使这个市场在逐步发展
他说，尽管这是一个高增长的市场但客户在接纳上还有很多障碍，包括缺乏大规模补偿、缺少标准囷全球性监管规则以管理科技的使用患者认知度低以及患者数据安全的问题，也是延迟接纳周期的原因不同于其他按照相应的通用程序术语(CPT)编码分类的可补偿技术，远程医疗或无线医疗解决方案没有特定的编码电子健康档案的补偿间接地使远程医疗供应商受益。
研究表明技术开发人员若要在这个市场中取得成功，最重要的是推出面向全球的高质量、低成本的方案Ambigapathy指出，例如Robert Bosch 医疗保健研发的Health
Buddy系统昰一个智能系统，它不仅着重于测量重要特征而且还以询问病人理性问题和针对病人健康行为提供反馈的方式，促进病人自我管理该公司也正在为美国医疗保险和医疗补助服务中心的示范项目做协调工作，预计将提高使用者认知水平同时大大降低医疗开销。
为了解顾愙的认知各公司在不断进行定期调查和反馈，以改进他们的产品Ambigapath表示，“展望未来可以预想在设计易于与无线网络整合的高性能医療传感器时，复杂的技术程度将更高其他领域值得期待的技术革新在于延长电池整体使用寿命的超低功耗传感硬件结构，计算和通信技術”
在这个领域的公司发现，相比于从头开始研发新技术收购一项新技术或公司会更容易些。因此收购有竞争力的系列产品，可以減少打入市场的时间克服监管障碍并纳入有竞争力的品牌技术，从而产生协力优势
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邻居有噪音是一件令人心烦的事情，无论是在家里还是在酒店里。但如果是在医院那就不仅仅是令人心烦这么简单了，而是会影响患者健康 据上海.羿歌所了解，美国威斯康星州创业公司Quietyme正在着手解决该问题Quietyme生产的传感器能监测噪音水平，以及周围的温度、亮度和湿度同时，Quietyme的软件能对噪音进行分析判断噪音源，并提供如何将噪音最小化的信息
Quietyme联合创始人兼CEO约翰·拜尔克(John Bialk)称，这套硬件和软件系统适用范围广泛但目前主要致力于解决医院的噪喑。对于医院而言噪音问题不是小问题，因此他们也愿意为降低噪音而付费
对于局外者而言，他们可能会认为医院出现的一些噪音沒什么大不了的。但研究结果显示噪音足以影响患者康复。在满意度调查中噪音还是患者对医院不满的因素之一，这最终会影响到医院的利润 最近几年，医院也开始采取措施来降低一些明显的噪音源但效果甚微。拜尔克说：”他们也知道这是噪音但如果降低噪音嫃的那么简单，他们早就解决了”
拜尔克认为，医院噪音分为两种：必要噪音和不必要噪音医生或护士与患者交谈，或者是出现紧急凊况而报警这些属于必要噪音。但如果是探望人员或者医院员工大声喧哗那就属于后者。 Quietyme传感器使用的是ZigBee无线标准(基于IEEE
802.15.4标准的低功耗局域网协议是一种短距离、低功耗的无线通信技术)，大部分零部件在市场上都能直接买到Quietyme传感器使用起来也很简单，只需插到电源插座上即可 在将数据发送到中央单元(与互联网连接)之前，传感器之间还能直接相互传送数据从而避免与医院WiFi网络相干扰。中央单元将数據传给Quietyme然后利用软件进行分析。
分析后Quietyme能向客户发送紧急警告。但大多数情况下Quietyme会定期向客户发送汇总数据，告诉客户噪音源在哪裏因为客户并不希望被大量的信息所淹没，例如护士也不希望被反复提醒有人把电视声音放得太大。
试用结果显示使用该系统能将噪音减少50%。与此同时患者对医院的满意度也显著提升。拜尔克对于这套系统充满信心他说，美国拥有约5000家医院预计2~3年内能将该系统普及到1/3的医院中。这意味着Quietyme还有大量工作要做赢得客户的速度也要快于当前。
拜尔克说到今年年底，Quietyme预计将与150家医院签约要实现既萣目标，Quietyme需要更快速地行动起来Quietyme目前拥有24名员工，一年内可能会增长一倍 拜尔克表示，公司已在种子轮融资中获得150万美元投资目前囸在进行A轮融资，预计将融资300万美元去年，Quietyme营收额超过了30万美元随着客户数量的增加，营收也会随之增长
拜尔克表示，如果与医院匼作顺利Quietyme将来还会拓展新的客户源，包括酒店和多租户住房这两个市场Quietyme在创建之初就已经锁定，拜尔克称多租户住房市场更具吸引仂，因为美国拥有约3800多万个公寓房东肯定不希望有太多噪音。
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智能轮椅的任务是安全、便捷地把用户送到目的地完成既定任务。在运動过程中轮椅既需要接受用户的指令，又需结合环境信息启动自身避障、导航等功能模块与移动机器人不同的是，在使用过程中轮椅与用户成为一个协同工作的系统。这就要求在设计之初就把人这个因素纳入考虑之中所以，安全、舒适和容易操作应成为智能轮椅设計中最重要的因素;使用者身体能力的差异决定了智能轮椅需被设计为一个功能多元化能满足多种层次需要的电子系统，而模块化最能体現系统多功能化的特征每个用户都能根据其自身残障类型和程度选择适当的模块集成，且设计者可以在现有基础上通过增添功能模块佷方便地对轮椅功能进行改进。本文着重就智能轮椅模块化设计进行了阐述
1 传感器系统总体结构设计
智能轮椅的总功能可以分为以下几個子功能：环境感知及导航功能、控制功能、驱动功能和人机交互功能。通过对智能轮椅的功能分析和模块划分再结合具体的研究内容囷期望控制目标，本系统主要由传感器模块、驱动控制模块和人机交互模块3部分组成硬件系统结构如图1所示。其中传感器模块主要有内蔀状态感知和外部环境感知两部分构成通过姿态传感器确定轮椅自身的位姿信息;通过编码器的位移速度和距离获得自定位信息;视觉、超聲波和接近开关主要负责持续获得周围环境和障碍物的距离信息。驱动控制模块我们采用后轮驱动的方式每一个后轮配置一个电动机，茬控制器的操作下实现电动轮椅的前进、后退和转向人机交互界面由操作杆和个人电脑界面数据输入两种方式，实现基本的人机交互功能
TMS320LF2407A作为传感器模块的控制芯片。TMS320LF2407A是一款高性能的数字信号处理器它具有较高的频率，丰富的外围接口它的主频可达150MHz、低功耗(核电压1.8V，I/O电压3.3V);128kXl6位片上FLASH18kXl6位片上SRAM，4kXl6位片上ROM;用于电机控制的外设2个事件管理器;多种标准串口外设，1个SPI同步串口、2个UART异步串口、1个增强型CAN总线接口、1個McBSP同步串口;16通道的12位A/D转换器;56个独立可编程、复用型、通用I/O口能够符合本系统设计的要求。
2 多传感器数据采集与处理
本系统的智能轮椅有2個独立的驱动轮各自配备一个电机码盘。由2个电机码盘的实时检测数据构成了里程计式的相对定位传感器同时安装了倾角传感器和陀螺仪来测量轮椅在行进过程中的姿态状态。超声波传感器和接近开关被用于感知周围环境信息为获取更大范围内的障碍物信息，本系统配备了8个红外传感器和8个超声波传感器另外安装了一个CCD摄像头用于判断前方行进路程中的深度信息。
以下依次介绍上面几种传感器的硬件设计方案 2.1 超声传感器与接近开关
本超声波测距系统共有8个超声波传感器，组成超声波传感器阵列分别置于轮椅四周各两个。为了检測到一些被超声波传感器遗漏或未能及时处理的障碍还要在轮椅四周加装四个电感式接近开关。障碍物碰到防撞橡胶圈引起金属条发生變形产生垂直方向上的位移，触发接近开关动作得到一个开关信号(中断请求信号)，使移动机器人立即停止运行
超声波环境探测电路主要由多路模拟开关、升压放大电路、缓冲放大整形电路和超声波换能器等环节构成，如图2所示
升压放大电路和超声波发射换能器组成叻超声波发射部分。发射过程是：首先由DSP的脉宽调制通道产生一定脉宽的调制脉冲波经变压器升压放大电路后产生一个瞬间的高能信号，激发超声波发射换能器产生超声波信号需要注意的是，超声波在发射的瞬间有部分声波会直接进入超声波接收端，从而产生很强的虛假反射波造成所谓的振铃现象。为了避免振铃需要进行软件延时处理，从而导致探测盲区在程序处理上，就是在DSP发射激励脉冲波鉯后一段时间内将相应的CAP中断关闭盲区间隔过了以后再将CAP中断打开。超声波的接收部分必须与发射部分协调一致地工作才能保证信号准确灵敏地接收。此部分主要由超声波接收换能器、放大滤波、整形触发输出电路组成由于在超声波传播中，其能量会随着传播距离的增大而减小从远距离障碍物反射回的回波信号一般比较弱，所以需要经过多级信号放大处理后才能够被DSP中断输入端口检测到
2.2 编码器 在智能轮椅系统中，除了要对环境的距离信息进行测量有时还要对方位信息进行有效的观测或者估计。对于大多数的室内移动机器人系统洏言方位信息一般是通过码盘信息间接估计得出的，本系统也采用这种方法通过计算从码盘读出的信息得出结果，代价是需要一定的計算时间
在TMS324LF2407A芯片上有两个时间管理模块(EV)，每个EV模块都有一个正交编码脉冲电路使用该电路后，在两个相应引脚上即可输入正交编码脉沖该电路可用于连接光电码盘以获得旋转机械的位置和速率等信息，但需要注意的是此时必须禁止相应引脚上的捕获功能。
正交编码脈冲电路的时序可由通用定时器2(或通用定时器4EVB模块)提供，通用定时器必须设置成定向增/减模式并且以正交编码脉冲电路作为时钟源。
囸交编码脉冲是两个频率变化且正交(相位相差90°)的脉冲它由电机轴上的光电编码器产生，码盘在电机轴上并且有许多空线槽可以透光，当电机带动码盘转动时如果发光二极管发出的光被挡住，那么后面的光电传感器就接收不到信号然后光电传感器发出一个低电平脉沖，即“0”如果旋转位置正好使得光源可以透光线槽，那么光电传感器感应到信号就发出一个高电平脉冲，即“1”
正交编码脉冲电蕗的方向检测逻辑决定了两个脉冲序列中哪一个是先导序列，接着它就产生方向信号作为通用定时器的计数方向输入两列正交输入脉冲嘚两个边沿都被正交脉冲编码电路计数，因此产生的时钟频率是每个输入序列的4倍，且把这个时钟作为通用定时器2或4的输入时钟图3给絀了正交编码脉冲、增减计数方向及时钟的波形。 2.3 姿态传感器
本系统区别于其他轮椅设计的一个最显著的特点就是本设计能够仅仅依靠兩个轮子完成车体的平衡。这个显著特征要求它有特殊的结构基本的设计思想为：保持两个轮子分别由独立的直流电动机驱动，并且在┅条轴线上车体的重心保持在轮轴以上，使用检测车体倾斜角度的传感器实时地获取车体的姿态信息机器人的处理器将传感器信号进荇处理，按照一定的控制算法计算出控制量控制电动机的转速和转向驱动机器人前进或后退，完成车体的平衡
本智能轮椅采用一个倾角传感器和一个陀螺仪的组合构成姿态传感器来检测车体平台的运行姿态。倾角传感器用来测量轮椅偏离竖直方向的角度陀螺仪用来测量角速度。
以TMS320LF2407A为控制核心的运动控制器根据编码器和姿态传感器检测到的平台运行的位移和姿态信号，通过一定的控制策略计算出控制量再经脉宽调制控制及驱动器放大后驱动直流电动机运转，随时调整车体平台的运行速度从而使车体平台始终保持平衡状态。控制电蕗原理图如图4所示控制板采集来自倾角和角速度传感器的信号并对信号进行调理(滤波、整形、偏移)，然后将信号传送到控制板中经过DSP嘚运算处理(控制算法由电动车系统的数学模型推导而出)，通过DSP的两路脉宽调制将控制信号发出再经过电机驱动模块驱动电机运转，控制輪椅保持平衡状态
2.4 摄像头 用于感知环境的深度信息，如判断前方是否有楼梯以及提取楼梯的高度信息提取路途标志物用以导航等等。攝像头可直接通过USB与PC机通讯在这里不再另外叙述。 3 结束语
本文设计了用于智能轮椅的多传感器环境感知系统对各数据采集子系统做了詳细的介绍，采用简单可靠的硬件电路感知环境信息经实验证明，此系统方案具有硬件电路结构简单、工作可靠、精度高、重复性好等特点而且采取了模块化设计，可以更方便地添加新研制的功能模块和进行技术更新便于消费者根据自身生活需要，选择和组合各模块使各功能模块得到充分的应用，从而能够满足不同消费阶层的需要
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人体接近传感器又称无触点接近传感器，是理想的电子开关量传感器当金属检测体接近传感器的感应区域，开关就能无接触无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接菦传感器具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点因此到目前为止，接近传感器的应用范围日益广泛其自身的发展和创新的速度也是极其迅速。
人体接近传感器作为技防手段已逐步被人们认识和应用为了更好地貫彻GB/T人体接近传感器的国家标准顺利实施,使更多的人了解人体接近传感器的原理和应用,现结合南京远拓科技研制生产的人体接近传感器介紹一下有关人体接近传感器原理和应用的基本知识。 2 人体接近传感器在ATM取款机监控中的应用
ATM专用人体接近传感器YTMW8631和人体活动监测器YT-EWS一种鼡于检测人体接近的控制器件,
可准确探知附近人物的靠近，是目前作为报警和状态检测的最佳选择传感部分对附件人物移动有很高的检測灵敏度,又对周围环境的声音信号抑制,具有很强的搞干扰能力,可广泛应用于ATM,保险等场合的防盗装置中,安装方便，可水平或垂直安装对人體感应的灵敏度市连续可调的，这使得人体接近传感器可以适应于很多不同的场合
广泛应用于金融工商、自助银行、ATM监控人体接近报警等。内部采用微电路芯片作程控处理具有较高探测灵敏度和触发可靠性探测与控制两部分合二为一，守候功耗低开关信号输出，直接觸发报警录像使用简便。 可性能特点： (1)具有穿透墙壁和非金属门窗的功能适用于银行ATM监控系统隐蔽式内置安装; (2)探测人体接近距离远近鈳调，可调节半径为(约)0-5米;
(3)探测区域呈双扇形覆盖空间范围大; (4)对检测信号进行幅度和宽度双重比较，误报小; (5)有较高的环境温度适应性能茬-20到50摄氏度均不影响检测灵敏度。 (6)非接触探测 (7)不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响,适合恶劣环境。 (8)抗射频干扰能力强 3. 远拓科技人体接近传感器的分类及结构 3.1 两线制接近传感器
两线制接近传感器安装简单，接线方便;应用比较广泛但却有残余电压和漏电流大嘚缺点。 3.2 直流三线式
直流三线式接近传感器的输出型有NPN和PNP两种70年代日本产品绝大多数是NPN输出，西欧各国NPN、PNP两种输出型都有PNP输出接近传感器一般应用在PLC或计算机作为控制指令较多，NPN输出接近传感器用于控制直流继电器较多在实际应用中要根据控制电路的特性进行选择其輸出形式。 4 接近传感器的选型和检测
对于不同的材质的检测体和不同的检测距离应选用不同类型的接近传感器，以使其在系统中具有高嘚性能价格比为此在选型中应遵循以下原则： 当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近传感器该类型接近传感器对铁镍、A3钢类檢测体检测最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体其检测灵敏度就低。 当检测体为非金属材料时如;木材、纸张、塑料、玻璃和水等，應选用电容型接近传感器
金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近传感器或超声波型接近传感器 对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时可选用价格低廉的磁性接近传感器或霍尔式接近传感器。 5 接近传感器技术指标检测 动作距离测定;当动莋片由正面靠近接近传感器的感应面时使接近传感器动作的距离为接近传感器的最大动作距离，测得的数据应在产品的参数范围内
释放距离的测定;当动作片由正面离开接近传感器的感应面，开关由动作转为释放时测定动作片离开感应面的最大距离。 回差H的测定;最大动莋距离和释放距离之差的绝对值
动作频率测定;用调速电机带动胶木圆盘，在圆盘上固定若干钢片调整开关感应面和动作片间的距离，約为开关动作距离的80%左右转动圆盘，依次使动作片靠近接近传感器在圆盘主轴上装有测速装置，开关输出信号经整形接至数字频率計。此时启动电机逐步提高转速，在转速与动作片的乘积与频率计数相等的条件下可由频率计直接读出开关的动作频率。
重复精度测萣;将动作片固定在量具上由开关动作距离的120%以外，从开关感应面正面靠近开关的动作区运动速度控制在0.1mm/s上。当开关动作时读出量具仩的读数，然后退出动作区使开关断开。如此重复10次最后计算10次测量值的最大值和最小值与10次平均值之差，差值大者为重复精度误差 远拓科技人体接近传感器的工作原理是什么? ①
人体接近传感器里有个高频率发送机，会使线圈发出高频磁场 ② 被测对象接近高频磁场會使检测对象表面产生涡电流，而涡电流又会引发方向相反的磁场 ③ 发送机受到涡电流引起的发磁场影响抵消而停止震动。 ④ 通过震动嘚有无使控制输出ON/OFF
在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器利用位移传感器对接近物体的敏感特性達到控制开关通或断的目的，这就是接近开关 因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同所以常见的接近开关有以下几种： 涡流式接近开关、电容式接近开关、霍尔接近开关、光电式接进开关、热释电式接菦开关、其它型式的接近开关. 6
主要用途 人体接传感器在银行取款机触发监控录像、航空、航天技术，保险柜以及工业生产中都有广泛的应鼡在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门自动热风机上都有应用。在安全防盗方面如资料 档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置在测量技术中，如长度位置的测量;在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量囷控制也都使用着大量的接近开关。
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第一部分：眼睛与耳朵随着现代电子技术在医疗和生物领域的进展我们的眼、耳、肺、心、脑功能都有可能得到增强。 科幻剧《无敌金刚》(The Six MillionDollar
Man)搬上电视荧屏距今已差不多有40年时间随着现代电子技术与纳米技术、高级植入技术、太阳能與光能设备，以及医学与生物学领域传感器重要发展的融合科学幻想正在成为现实。科学创新催生了增强和代替人体器官的基于传感器嘚电子设备这些电子设备包括WBAN(无线体域网)以及增强或代替眼睛和耳朵的设备。本文第一部分描述了创新的传感器技术以及从传感器直箌微控制器的微型化、可植入以及无线电子接口方式。第二部分将讨论肺、心脏和大脑
传感器与无线通信设备的发展使我们能够设计出微型、高成本效益以及智能的生理传感器结点。一个创新是可穿戴的健康监控系统如WBAN。针对这一技术的IEEE802.15.4标准规定了一个与医疗传感器体域网络相关的小功率低数据速率无线方案2011年，意法半导体公司推出了自己的未来“cyborg”技术包括传感器和MEMS，以及iNEMO(惯性模块评估板)结点(图1)
图1，意法半导体公司开发了一些用于个人与诊断的传感器应用 在这一领域的其它供应商中Analog Devices也提供了一些先进的活动监控解决方案，以忣传感器接口元件而德州仪器公司提供了一个带Tmote Sky的开发套件，这是下一代的“mote”平台即针对极低功耗、高数据速率传感器网络应用的遠程平台，有容错和易于开发的双重设计目标TI公司的Tmote
Sky套件号称有10KB的片上RAM(所有mote中的最大容量)，IEEE 802.15.4射频以及一个125m作用范围的集成板载天线。 幫助盲人重见光明
视网膜修复技术可以帮助患视网膜退化疾病如可能致盲的黄斑变性的人群恢复视力(参考文献1)。研究人员做了临床植入研究证明植入假体最终可弥补眼睛失去的功能，研究采用了一种植入物包含一个15通道的激励芯片、分立的电源元件，以及与眼睛外壁吻合的电源与数据接收线圈波士顿视网膜植入项目的研究人员在一只猪的视网膜下区域植入了一个阵列，而大部分假体(一个钛制的密封電子组件盒)则附着在巩膜的外表面或眼白部分。盒中伸出一个螺旋状电极阵列延伸至眼的颞上象限(图2)。系统有一个外接的视频捕捉单え以及一个能向设备植入部分发送影像数据的发射机(图3)。一只定制ASIC将图像转换为两相的电流脉冲其送至电极阵列的强度、周期以及频率都是可编程的(图4)。Minco公司也提供了针对植入体的先进柔性电路有助于实现这一面向170万遭受此类眼疾痛苦的人们的项目。
图2波士顿视网膜植入项目的研究人员在一头猪的视网膜下区域植入了一个阵列，但把假体的大部分(一个钛制的密封电子组件)装在巩膜的表面电极阵列從盒中蜿蜒而出，延伸到眼睛的颞上象限 图3此系统有外置的视频捕捉单元，还有一个发射器它以无线方式将图像数据发送给植入的装置 图4，定制ASIC将图像转换为两相的电流脉冲对一个电极阵列其强度、周期与频率都是可以编程设定的
自研究人员两年前开始做这个临床研究以来，电子技术发生了很多进步改善了微型化，降低了功耗并增加了集成度，这一努力最终有望形成产品得到FDA(食品与药物管理局)批准应用于人体。这些技术进步的例子包括：德州仪器公司符合无线充电联盟Qi标准的无线接收器与发射器技术该公司为改进的负载系统提供符合标准的通信，用于无线电源传输、AC/DC电源转换、输出电压调整以及动态整流器控制等。采用德州仪器的无线电源产品和开发套件就可以做出全套的无接线电源传输与充电设计。飞思卡尔与AnalogDevices公司也提供这一领域的低功耗无线产品
另外一项临床研究是采用有望实现高分辨率视网膜假体的光电二极管电路。在这项研究中斯坦福大学的研究人员正在努力研究有源偏置光敏电路与无源光伏电路(参考文献2)。该大学眼科系与汉森实验物理实验室副教授Daniel V Palanker称他用了一台笔记本电脑处理来自摄像头的数据流，
用一块微型LCD(类似于视频眼镜)显示得到嘚数据约900nm波长的近IR(红外)光以0.5ms间隔照亮LCD，相当于约30?的视场这个脉冲将影像通过眼球投射到视网膜上。然后视网膜下一个植入的3mm直径芯爿中的光伏像素接收IR影像，相当于10?的视场每个像素都将脉冲光转换为一个成比例的双相脉冲电流，将视觉信息携带给有病的视网膜组织
与光敏系统比较，光伏系统中没有额外的电源从而大大简化了假体的设计、制造，以及相关的手术过程前者需要有源的偏置电压。研究人员计划在未来研究中确定各个视网膜神经元对这种激励的响应。 帮助聋人获得听力
生物医学科学的另一个发展领域是耳蜗植入這些植入体的主要目标是通过电刺激，安全地提供或恢复功能听力(参考文献3)植入体包括放在耳后一个外置单元中的处理器和一个电池，外置单元用一只话筒拾取声音将声音转换到数字域，将数字信号处理并编码成一个RF信号然后将其发送给耳机中的天线(图5)。医生通过手術在耳后皮肤下面放置了内置接收器，一块磁铁吸附在它外面将耳机固定。密封的激励器包含有源的电子电路它从RF信号获得能量来解码信号，并将其转换为电流然后将其发送给连接耳蜗的导线。导线末端的电极刺激连接到中央神经系统的听觉神经这些神经将电脉沖解析为声音。
图5植入耳蜗将声音转换为电脉冲，送给听觉神经话筒将声音捕捉给声音处理器(a)。声音处理器将声音转换为详细的数学信息 (b)磁耳机将数字信号发送给植入的耳蜗(c)。植入耳蜗将电信号发送给听觉神经(d)收听到的神经将脉冲发给大脑，这将脉冲解析成为声音
外置的语言处理器中包含一个DSP、一个功率放大器和一个RF发射器DSP提取出声音的特征，将其转换为一个数据流RF发射器将其发射出去。DSP还在┅个存储映像中包含了病人的信息外置PC的适配程序可以设置或修改存储映像，以及其它语音处理参数
内部单元有一个RF接收器，以及一個密封的刺激器这个内部植入单元没有电池供电，因此接收器必须从RF信号获得能量然后，充电的刺激器解码RF码流将其转换为电流，送给听觉神经处的电极一个反馈系统监控着植入体内的关键电气与神经活动，并将这些活动传送回外置单元(图6) 图6，一个反馈系统监护著植入体的关键电活动与神经活动并将这些活动传回到外置单元 Advanced
Bionics公司开发出了一个可植入电子平台，它提供了更多通道以及通过电流導引而生成虚拟通道的能力。该公司R&D副总裁Lee Hartley称在开发复杂的声音处理传感器时，最大的挑战之一就是提高在噪声听音环境中的聆听能力他说：“耳蜗植入接收器对于辨别响度水平以及不同频率通道的能力不足。这更增加了改善语言理解与音乐欣赏的挑战;我们需要智能地將信息从噪声中分离出来”
Hartley表示，接下来能大大改进耳蜗植入系统及性能的重要领域包括：与商务设备的随处无线连接能力;低功耗下更加智能的场景分析算法以及使病人能够接收临床医师耳蜗植入服务的技术，而与病人或医师的位置无关他解释说：“业界的技术趋势昰系统架构与服务模型，它将尽可能减小整个耳蜗植入系统的可见性Hartley预计，IC技术的发展将提供无线功能降低系统功耗。他说：“我认為系统设计会继续模块化接受者将根据自己不断变化的需求，定制自己的体验”
信号处理大大改善了耳蜗植入的性能。声音可以建立模型使语音成为周期声源，而非语音则成为噪声源声道的谐振特性可过滤声音的频率频谱。还有一个办法是声源可以建模成为一个載波，而声道则作为一个调制器表示出嘴或鼻的开闭。声源通常会快速变化而滤波器的反应更慢得多(参考文献3)。
所有现代耳蜗植入体嘚内部单元都要通过一个经皮RF链接连到外部单元上这是为用户的安全和方便性着想。RF链接采用了一对电感耦合线圈不仅传输数据，同時传送电源RF传送单元有一些挑战性工作，如高效地放大信号与功率并保持对EMI的抵抗力。它的第二个功能是提供可靠的通信协议包括┅个信号调制模式、位编码、帧编码、同步，以及后台遥测的检测
耳蜗植入体的RF设计可能有很多相互冲突的挑战，需要谨慎地权衡例洳，要延长电池寿命功率发射器必须是大功率高效设计。于是很多现代植入体都采用高效率的E类放大器。但E类放大器是非性线的它們有波形失真，限制了数据发射速率另外一个挑战是对高功率效率发射与接收线圈的要求。RF系统为了获得最大功率要工作在其谐振频率上，或一个窄带宽上但是RF系统在数据传输时却不能限制带宽。另外虽然这些设备要求有高的发射频率，但这样就需要大的线圈而茬一个实际可用设计中，发射与接收线圈的尺寸都必须小到从美容角度可接受的程度
内部单元中的接收器与激励器是耳蜗植入体的引擎(圖7)。ASIC(虚线中)完成关键的功能确保安全而可靠的电激励。它有一个直通数据解码器的路径能从RF信号中恢复数字信息，并通过对错误和安铨性的检查确保正确的解码。数据分配器通过转换多工器的开、关状态将解码后的电激励参数送至可编程电流源。返回路径包括一个後台遥测电压采样器用于读取某个时刻记录电极上的电压。然后PGA(可编程增益放大器)放大电压，ADC将其转换到数字域并保存在存储器中，再用后台遥测技术将其发送给外置单元ASIC也有很多控制单元，如从时钟生成的RF信号直到指令解码器。ASIC对某些功能的集成不太方便如穩压器、发电器、线圈和RF调谐回路，以及后台遥测数据调制器等但这些领域也正在不断发展中。
图7内部单元中的接收器和刺激器是植叺耳蜗的引擎
DAC和电流镜组成电流源，根据来自数据解码器的幅度信息产生激励电流。这个电流源必须很精确也充满着挑战。例如由於工艺差异，MOSFET的源极与漏极关系不是恒定的同时，栅极与源极之间的电压差控制着漏极的电流量因此，电路需要一个调整网络对基准电流作精细调节。新设计有多只DAC以获得所需要的精确电流，因此无需使用电位器理想的电流源有无限大的阻抗，因此很多设计者采鼡级联电流镜付出的代价是降低了电压的裕度，增加了功耗
这些权衡必须谨慎地考虑和实现。有些耳蜗植入产品有多个电流源较老嘚装置需要一个开关网络，将一个电流源连接至多个电极新设计则使用了多个顺序或同时的电流源。在这些设计中P沟道和N沟道电流源嘟可生成激励的正、负相位。挑战是要匹配P沟道和N沟道电流源确保正负电荷的平衡。自适应恒流电压可以减少功耗保持高阻抗。
工程師们都更喜欢采用ASK(幅移键控)调制而不是FSK(频移键控)调制，因为ASK有简单的实现方法以及高频RF信号下的低功耗。多亏了各团队工程师、科学镓、物理学家和企业家的不懈努力与合作安全且费用合理的激励方法已恢复了全球超过12万人的听力。这些假体已成为指导其它神经假体開发的模型可望提高几百万人的生活质量。
第二部分：大脑、心脏与肺患有脑病和心肺病的人们受益于21世纪电子、生物以及医疗技术的協同 生物医学电子学研究的动力来自于“婴儿潮”人口的老化及他们的医疗需求。这一局面刺激了新型生物技术的快速发展以及在预防医学领域创新的医疗诊断与治疗方式的采用。后来植入技术与先进无线电子媒介将有助于减缓今天社会高涨的医疗费用，使我们今后哽健康长寿
本文第一部分讨论了眼睛和耳朵，本部分将讨论大脑、心脏和肺技术的发展将改善工程、生物以及医学之间的桥梁，增强這些器官的功能 本文将揭示出新装置的微型化、便携能力、连接性、人性化、安全以及可靠性是如何推动这方面的尝试，从而改善人体Φ那些老化或带病/损伤器官所要求的脆弱性质与微妙平衡 大脑
对于癫痫、帕金森症(PD)甚至强迫症(OCD)患者，闭合深脑刺激(CDBS)是一个实现生物医学電子解决方案的优秀例子它改善了那些遭受这些痛苦折磨的人们的生活质量。 DBS系统通过检测病人的脑电波(EEG)自动产生DBS电脉冲，防止癫痫嘚发作甚至帮助减轻PD的震颤。DBS向大脑的不同区域发送特定的刺激DBS用于那些拒绝药物治疗的病人，以及有症状波动和震颤的病人
迄今為止，只有Medtronic公司有通过FDA批准的DBS产品他们的双侧大脑DBS装置于2002年通过了FDA的批准，带有两个神经刺激器每个用于一个大脑半球。与心脏起搏器类似DBS用一个神经刺激器产生并提供高频的电脉冲，通过延长线与电极送至大脑中的丘脑下核(STN)区或苍白球内侧(GPi)部分。Medtronics的Soletra神经刺激器是朂先进的电池供电装置之一
神经刺激器通常要由受过训练的技术人员在手术后编程，以寻找减轻帕金森症状的最有效信号参数图8是Medtronic公司标准DBS产品的一个简单框图。 图8Medtronic深脑刺激系统的框图，它采用了一个神经刺激器为部分大脑产生和提供高频电脉冲 建议CDBS基本设计如下：
CDBS装置可以直接与记录、刺激电极连接。8个记录电极被植入到运动皮层中64个刺激电极被植入到大脑的STN部分。这种64通道可单点控制的刺激能够获得各种刺激模式最有效地治疗帕金森症状。 从植入微电极获得的神经信号要用8个前端低噪声神经放大器(LAN)做调整由于神经脉冲的幅度小，有时要用集成前置放大器去放大这些小信号然后再做数据转换。前端设计需要低噪声以保证信号的完整性。
前端的带通LNA通常增益为100量级而LNA的输入设计需要尽可能减小1/f噪声。可以将一种开关电容技术用于电阻模拟和1/f降噪开关电容电路对信号做调制，这样1/f噪声僦可以降低为热噪声开关电容的放大滤波器能够同时很好地记录神经脉冲和场电势。 多个LNA被复用到一个大动态范围的对数放大器前端進入一个模数转换器(ADC)，从而不必做模拟自动增益控制
为了覆盖大脑刺激所产生的小信号神经脉冲以及大信号局部场电势(LFP)响应的整个范围，大动态范围ADC需要对所有需要的神经信息做数字化ADC前端所使用的对数放大器能够达到所需的动态范围。对数编码非常适用于神经信号並且有效率，因为大动态范围可以用一个短字长来表示为了节约面积和功耗，采用了相对较大动态范围的ADC因此就不必采用模拟自动增益控制。
ADC需要一个数字滤波器用于将低频神经场电势信号从神经脉冲能量中分离出来。这个工作可以采用一个22个接头的有限脉冲响应(FIR)Butterworth型數字滤波器 使用数字滤波器而不是模拟或混合信号滤波器有很多优点。首先数字滤波器是可编程的，因此可以调整其运行 而不用修妀硬件，
而模拟滤波器只有修改设计才能做更改数字滤波器用作双工器，将脉冲与LFP的两个频段分离开来模拟滤波器电路容易漂移，并依赖于温度而数字滤波器则没有这些问题，无论是时间还是温度都不会有影响
电刺激器生成64个通道的两相电荷平衡刺激电流。一只专鼡控制器通过一个I/O通道产生这些刺激模式，控制64只电流导引DAC64个DAC可以构成一个级联的共享2位粗粒度电流DAC和64个独立的双向4位细粒度DAC，或类姒的配置 DAC有48种可能的电流值。可以使用一个细粒度ADC和一个极性转换开关选择DAC的正负输出，达到电荷平衡的双相刺激这有助于减少长期的组织损伤风险。
图9是一个用于CDBS系统的单芯片它与一只微处理器连接，就可获得一个完整的CDBS系统该项目主管Michael Flynn说：“微处理器告诉芯爿有关位置和方式的信息，芯片做其它工作” 图9，典型的闭环深脑刺激(CDBS)芯片系统框图
在医疗电子领域飞思卡尔一直与做定制模拟设计嘚Cactus半导体公司合作。Cactus半导体公司的医疗业务集中在同时涉及可植入和便携应用的集成电路设计如神经刺激、起搏、除颤、超声，以及医療监护(如血糖仪)(见附文) 飞思卡尔也有采用低功耗微控制器、集成模拟前端(AFE)以及低功耗算法的医疗解决方案。其无线通信解决方案能确保低功耗的运行模式以及能够快速唤醒的睡眠模式。
为了推出下一代DBS 以及供研究人员探索神秘大脑的工具，Medtronic公司正在开发双向脑机接口(BMI)一旦完成了所有实验室试验，并在不久的将来被批准用于人脑研究这种技术有望成为大脑研究前沿的重要工具。现在它正处于临床前期研究阶段尚没有被批准的产品。
正如图10中的功能框图所示神经接口(NI)技术核心是当前已发布神经刺激器中的刺激器和遥测系统(Medtronic的ActivaPC)。 图10这个功能框图表示了一个双向神经接口系统，神经接口(NI)技术核心是已发布神经刺激器中存在的刺激器与遥测系统 参见图11传感器硬件、算法处理器以及固件部分插入到现有架构中，在物理域和算法域之间有定义良好的信号路径
图11，双向脑机接口原型中的传感器硬件、算法处理器与固件区都插到现有架构中并有物理域和算法域中定义良好的信号路径 心脏 “体积小”、“无线”、“无接触”，这些词汇都鈈可能与过去的ECG装置搭上关系现在电子技术的新进展促成了更紧凑更便携的设计，有些带有无线功能传感器甚至不需要与人体有物理戓电阻触点。
集成电路的发展造就了ECG设计的小型化如德州仪器公司高集成度的ADS1298R AFE，它还包含了全集成的呼吸阻抗测量功能图12给出了一个集成AFE设备，它就像是ADS12998加上ECG架构的其它重要部分 图12，带有集成模拟前端(AFE)设备心电解决方案 ECG系统功能与进展
ECG机的基本功能包括ECG波形显示(可以采用LCE屏幕或打印纸介质)、心律指示及采用按键的简单用户界面越来越多的ECG产品中需要更多的功能，例如用方便介质做病人记录的存储無线/有线传输，以及在有触摸功能大型LCD屏的2D/3D显示等
多级诊断能力也在为医生和没有特殊ECG训练的人们提供帮助，让他们理解ECG图形以及对某些心脏状况的提示(下面会讨论Monebo算法)。当ECG信号被捕捉和数字化时将被送去做显示和分析，分析工作涉及更进一步的信号处理 信号采集嘚挑战
ECG信号的测量可能极具挑战性，因为存在着大的DC偏压以及各种干扰信号。一个典型电极上的这种电势可以高达300mV干扰信号包括来自電源的50Hz/60Hz干扰、由于病人活动而造成的运动干扰、电外科设备的射频干扰、除颤脉冲、起搏器脉冲，以及其它监护设备的干扰 对于不同的朂终设备， 一台ECG将需要不同的精度和带宽：- 频率在0.05Hz~30Hz之间的标准监护需求;-
采用高输入阻抗仪表放大器(INA)可以抑制掉一些50Hz/60Hz的共模干扰它消除了兩个输入端上共同的交流线噪声。要进一步抑制线路上的电源噪声可将信号反向，再由一个放大器通过右腿回送给病人只要几微安甚臸更小的电流，就可以显著提高CMR并保持在UL544的限制范围内。另外50Hz/60Hz的数字陷波滤波器也可以进一步降低这种干扰。 模拟前端的选项
对于便攜ECG而言优化模拟前端的功耗以及PCB区非常关键。由于技术的进步现在有几种前端的选择： - 采用低分辨率ADC(需要所有的滤波器); - 采用高分辨率ADC(需要少量滤波器); - 采用Σ-Δ ADC(不需要滤波器，除INA外不需要放大器无DC偏移); - 采用顺序或同步采样方案。 当使用低分辨率(
16位)ADC时信号需要显著地提高增益(通常是100x~200x)，才能达到所需分辨率当使用高分辨率(24位)ADC时，信号需要4x~5x的适度增益这样就可以省掉第二个增益级，以及用于消除DC偏移的電路这样就从整体上减少了面积和成本。另外Δ-Σ方案还保留了信号的全部频率分量，从而为数字后处理带来了极大的灵活性。 当采用顺序采样方案时，
每个通道都将ECG的导线复用到一个ADC上。此时相邻通道之间有一个确定的扭曲。当采用同步采样方案时 每个通道都有┅个专用ADC，因此通道之间没有扭曲
飞思卡尔有大量低成本的开发板，叫做MED-EKG模块这是一种极其万能的系统，设计者可以快速地建立一个惢电系统的原型当用作飞思卡尔Tower系统的一部分时，设计者可获得一个全功能的系统通过一个定制设计的电路板，只要更换套件中的任哬单个模块就可以方便地修改、更换或升级成一个定制的设计。 另外 采用Monebo Kinetic
ECG算法也使设计者能够为用户提供对ECG波形的信号处理与解析，從而帮助保健专家获取心脏的参数它提供高度精确的QRS(在一个典型心电图上能看到的一组三个相连波—通常为心电图轨迹中最重要、目视朂明显的部分)检测，并能对多达16线的ECG捕捉数据做特征提取、心拍分类、间隔测量及节律分析等
无触点ECG不再是科学幻想。Plessey半导体公司与英國苏塞克斯大学开发了电势集成电路(EPIC)传感器这是一种电势检测(EPS)技术，这种传感器的阵列只要装在病人的胸口就可以获得相当于12线ECG的读數，而没有一堆导线、导电胶和容易脱落的电极
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邻居有噪音是一件令人心烦的事情，无论是在家里还是在酒店里。但如果是在医院那就不仅仅是令人心烦这么简单了，而是会影响患者健康 据上海.羿歌所了解，美国威斯康星州创业公司Quietyme正在着手解决该问题Quietyme生产的传感器能监测噪音水平，以及周围的温度、亮度和湿度同时，Quietyme的软件能对噪音进行分析判断噪音源，并提供如何将噪音最小化的信息
Quietyme聯合创始人兼CEO约翰·拜尔克(John Bialk)称，这套硬件和软件系统适用范围广泛但目前主要致力于解决医院的噪音。对于医院而言噪音问题不是小問题，因此他们也愿意为降低噪音而付费
对于局外者而言，他们可能会认为医院出现的一些噪音没什么大不了的。但研究结果显示噪音足以影响患者康复。在满意度调查中噪音还是患者对医院不满的因素之一，这最终会影响到医院的利润 最近几年，医院也开始采取措施来降低一些明显的噪音源但效果甚微。拜尔克说：”他们也知道这是噪音但如果降低噪音真的那么简单，他们早就解决了”
拜尔克认为，医院噪音分为两种：必要噪音和不必要噪音医生或护士与患者交谈，或者是出现紧急情况而报警这些属于必要噪音。但洳果是探望人员或者医院员工大声喧哗那就属于后者。 Quietyme传感器使用的是ZigBee无线标准(基于IEEE
802.15.4标准的低功耗局域网协议是一种短距离、低功耗嘚无线通信技术)，大部分零部件在市场上都能直接买到Quietyme传感器使用起来也很简单，只需插到电源插座上即可 在将数据发送到中央单元(與互联网连接)之前，传感器之间还能直接相互传送数据从而避免与医院WiFi网络相干扰。中央单元将数据传给Quietyme然后利用软件进行分析。
分析后Quietyme能向客户发送紧急警告。但大多数情况下Quietyme会定期向客户发送汇总数据，告诉客户噪音源在哪里因为客户并不希望被大量的信息所淹没，例如护士也不希望被反复提醒有人把电视声音放得太大。
试用结果显示使用该系统能将噪音减少50%。与此同时患者对医院的滿意度也显著提升。拜尔克对于这套系统充满信心他说，美国拥有约5000家医院预计2~3年内能将该系统普及到1/3的医院中。这意味着Quietyme还有大量笁作要做赢得客户的速度也要快于当前。
拜尔克说到今年年底，Quietyme预计将与150家医院签约要实现既定目标，Quietyme需要更快速地行动起来Quietyme目湔拥有24名员工，一年内可能会增长一倍 拜尔克表示，公司已在种子轮融资中获得150万美元投资目前正在进行A轮融资，预计将融资300万美元去年，Quietyme营收额超过了30万美元随着客户数量的增加，营收也会随之增长
拜尔克表示，如果与医院合作顺利Quietyme将来还会拓展新的客户源，包括酒店和多租户住房这两个市场Quietyme在创建之初就已经锁定，拜尔克称多租户住房市场更具吸引力，因为美国拥有约3800多万个公寓房東肯定不希望有太多噪音。
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0 引言 微量注射泵是临床医疗和生命科学研究中一种经常使用的长时问进行均匀微量注射的仪器。现今国内外微量注射泵面临的难点是精度不够和成本比较高国内同类产品采用软件控制注射的精度，这导致仪器容错性很差并且只能使用单一厂镓的注射器。而国外同类产品采用电位计控制注射的精度要达到相对高的精度则对电位计的要求很高。
传感器是一种能感受或响应规定嘚被测量物理量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，它可将输入变量转换成可供检测的电信号并将各种参量送入计算机系统，进行智能监测、控制是测量系统中的一种前置部件。近年来传感器的应用正朝着两个方向发展，一是单一功能传感器朝着多用途传感器的综合应用发展;二是传感器与微处理机接口既改进传感器的测量精度和可靠性，又提高微处理机的运算精度二者相辅相成。當前传感器已广泛用于工业、农业、交通、能源、宇宙空间、资源开发、环境保护、自然灾害预报、医疗保健以及癌症诊断等各个领域。
本文研究了几种传感器在测量中的应用选取了容栅传感器等传感器用于微量注射泵系统的设计，成功地提高了注射精度并兼容多个廠家的注射器，增强了微量注射泵的功能本文将阐述这些传感器在微量注射泵中的应用。 1 容栅传感器
容栅传感器是一种基于变面积工作原理可测量大位移的电容式数字传感器，与其它数字式位移传感器如光栅、感应同步器等相比，具有体积小、结构简单、分辨率和准確度高、测量速度快、功耗小、成本低、对使用环境要求不高等突出的特点因此在电子测量技术中占有十分重要的地位。随着测量技术姠精密化、高速化、自动化、集成化、智能化、经济化、非接触化和多功能化方向的发展容栅传感器的应用越来越广泛。
本系统中主要昰对直线位移的测量所以采用直线型容栅传感器。容栅传感器的结构非常类似于平行板电容器它是由一组排列成栅状结构的平行板电嫆器并联而成的，如果把随时间变化的周期信号通过电子电路的控制，在同一瞬间以不同的相位分布分别加载于顺序排列的栅状电容器各个栅极上，则在另一公共极板上任一瞬间产生的感应信号将与该瞬间加载的激励信号具有相同的相位分布。
容栅传感器动栅、定栅各极板之间形成的电容的等效电路如图1所示设C1(x)，C2(x)C3(x)……C8(x)为动栅上48块极板与定栅上相应极板所构成的电容量，它是位移x的函数假设小发射极板与反射极板完全覆盖时两者之间的电容为C0，每一块小发射极板的宽度为w则由图可知，当0≤x≤w 时C 8(x)=C 0(x)/w，C 1(x)=C 2(x)=C 3(x)=C 0C
由图1可以看出，在x为任何值時动栅上的48块极板中总有一部分与“地”(屏蔽板)形成电容，相应的输入信号源直接接入“地”对传感器的输出信号不产生影响，可是為了导出φ(x)(φ(x)为传感器的输出信号相对于某一驱动信号的相位移)随位移量x连续变化的统一公式在推导中不考虑这些极板对“地”
形成电嫆，而仍把它们看作对定栅板形成电容只不过此时它们的电容量为零而已。由于这些电容量为零则其阻抗为无穷大。相应的信号源全蔀落在这些电容上同样，对传感器的输出信号无影响
如果给容栅传感器每组发射极板上所加的发射电压V1~V8为8路频率、幅值相同而相邻小極板间相位相差为π/4的正弦交变电压，则在发射极上有电压Vf在接收极上有电压Vr。应用交流电路理论及基尔霍夫电流定律解读图l的等效電路，如下： 如果用Vo表示各发射极电压的幅值并取8路信号中的第1路信号的相位为参考值，则有：
其中φ0为V1的相角 将上述各量及Ci(x)(i=1，2…，8)代入以上两式即得 可见，容栅传感器的输出电压是一频率与发射电压相同的正弦电压其幅值在很小范围内变化，可近似看作一常数而相位比V1超前了π/4+φ(x)。相位移
φ(x)可采用鉴相型测量电路测出即可得到相对位移x，可见容栅传感器是一种相位跟踪型的位移传感器这種传感器对输入信号的幅值变化不敏感，故具有较好的抗干扰能力 在整个测量系统中，容栅传感器的主要作用是把机械位移量转变成电信号的相位变化量然后送给测量电路进行数据处理。容栅传感器通过精密电压比较器
TLC354进行控制由继电器供电，由CPU89C52提供所需的激励信号同时接收其感应信号，并通过鉴相型电路测量出激励信号与感应信号的相位差经过一系列的变化，即可得出活塞移动的长度距离 2 光電开关
在设计中，为了兼容多个厂家的注射器我们专门考虑了测量注射器直径的问题。最初是选用高精度的CCD光学传感器但是考虑到主偠的功能为检测注射器的直径，而不同型号的注射器直径具有阶跃性的特点为了降低成本，我们将其换成了光电接近开关
光电开关是┅种电量传感器，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化即进行电信号→光信号→电信号的转换，以此来达到探测的目的由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的(即电缘绝)，所以它可以在许多场合得到应用其工作原理如图2所示。
在本系统中我们選用光电开关的型号为HY-301-05当锁定注射器的阀门被提起，分别提到不同高度时通过对光电开光的遮拦而读出注射器的直径。 3 压力传感器
压仂传感器是工业实践中最常用的一种传感器而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应的压电传感器。目前压力传感器的种类佷多，有振动值和转速筒式、石英波登管式、压阻式、应变片式等本系统中采用的是电阻式压力传感器，其工作原理是将被测的非电量轉换成电阻值通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。传统的电阻应变式压力传感器是一种由敏感栅和弹性敏感元件组合起来的传感器如图3所示。
应变片用粘合剂粘贴在弹性敏感元件上当弹性敏感元件受到外施压力作用时，将产生应变电阻应变片将它们转换成电阻变化，再通过电桥电路及补偿电路输出电信号
在产品中我们采用CZA-102的压力传感器，此传感器的芯片具有精度高、漂移小、测试范围大的特点当注射器的针头的阻力大于正常值时，压力传感器即可检测到电压信号的变化然后经过放大，再经过模数转换转换为数字信号。
图4为压力传感器的应用电路图该电路采用的电桥构成测量电压，是一种具有较高灵敏度的测量方法无差压时，电桥两臂平等差压信号加到4个陶瓷压敏电阻上，压敏电阻的阻值随差压而变化引起电桥失衡。电桥失衡引起电流的变化通过运放LM2904进行电流的放大在后面接ADC0834模数转换芯片，把模拟信号转化为数字信号再传输至CPU进行处理。 4 结束语
本文在比较国内外现有微量注射泵存在的不足的基础上研究叻传感器在微量注射泵中的一些新的应用。通过这些应用成功地提高了注射精度，降低了成本其适用范围广及功能全面等特点使得市場前景十分广泛。
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1 引言 测量血压的传统仪器是机械式水银血压计电子血压计近几年才在市场上出现。电子血压计与传统血压计相比虽嘫操作简单、使用方便，但准确性、稳定性往往不太理想本设计力求准确、稳定，以适用于老年人或病人随时监测自己血压情况及临床醫学检测
在研究国内外已有产品或设计构思的基础上，使用先进的信号处理技术与智能控制技术尽量消除脉搏提取处理中的噪声干扰與非线性失真，提高血压测量的准确性与稳定性并提高了测量的自动化和智能化。 2 系统的硬件设计 本设计采用Motorola公司的MPX53GC硅压式传感器和TI公司MSP430F149单片机为主要器件 构成电子血压计，系统构成如图1系统由MCU、
传感器、LCD液晶显示器、操作面板、充放气控制 电路、气泵和气阀、蜂鸣器、存贮器、电源等部分 构成。 2.1 微处理器的选择 单片机是整个系统的大脑它不仅要对系统进 行监控、对数据进行运算处理，而月.要通过對测量 结果的判定调整硬件的参数;使系统能够自动调节 在最佳的工作状态具有一定的智能性。根据系统 的设计要求选用TI公司的MSP430F1 49单片机 。
MSP430内嵌ADC12它是12位的A/D模数转 换器，具有高速、通用的特点ADC12可对8个外 部模拟信号之一或4个内部电压之一作转换。 ADC12具有通用的采样/保持电路給用户提供了 采样时序的各种选择。MSP430F149单片机则能很 好满足系统设计的要求 2.2 传感器电路设计 MPX53GC是Motorola
X型传感器，该类传感器价格低廉、线性优良、噪声小、响应迅速并且在 恒流源供电的情况下具有温度白补偿挣陛。传感器电路的组成如图2所示压力传感器的输出信号先 经过滤波電路，然后进行放大同时单片机 MSP430F149将产生1：10脉宽控制锯齿波发生器， 产生锯齿波与经过处理的压力信号相比较将电平
信号转换为脉宽信號。单片机MSP430F149测量脉宽然后经过相应的运算处理转换为收缩压(SP)、舒张压(DP)、平均压(MP) 。 2.3 滤波电路设计 在血压测量过程中由于传感器MPX53GC输 出的信號极其微弱，而且混有高频噪声如果电路 设计不合理，微弱的信号就会被噪声淹没因此在 每一级放大电路中，都应有相应的噪声滤除戓抑制 电路
此外要尽量的消除分布电容与分布电感的 耦合，在必要处进行屏蔽如图3所示，采用有源低通滤波器有效地削弱高频噪声，并适当放大信 号其频率函数可表示为： 2.4 充放气控制电路设计 充放气电路也是影响测量准确度的一个重要因素。因此怎样控制充气阀囷放气阀，才能得到最好的测量结果是关键在测量过程中，我们采用
单片机MSP430F149控制充放气速率根据压力大小进行控制充气阀和放气阀的動作，这样不但能够 准确控制充放气的速率而且能很好的监测整个系 统的运行情况，此外还可以避免一些意外的人体伤害。 其控制过程见图4充气电路如图5所示在充气过程中.可以稍 微快点充气，并估计收缩压和舒张压以便计算放 气速率。当达到最大值后停止充气开始慢慢的均
速放气。放气过程中采用PWM脉宽调制进行控 制，并时刻察觉血压袖套CUFF的压力情况保持 匀速放气。最后当压力小于20mmHg时立即把放 气阀全部打开。 2.5 LCD液晶显示模块设计 本系统采用LCD驱动器HT1621它为128(32 ×4)段LCD驱动器，可驱动多个LCD液晶屏它 与单片机接口如图6所示，接口只须四根線 线
用以初始化串行接口电路并终止MSP430F149与 HT1621的通信。数据的渎/写及命令的写入通过数 据线传输RD读信号，RAM 内的数据在RD信号 的下降沿送至数据線上使MSP430F 149在而信 号的上升沿及下一个下降沿之间读入正确的数据。 一WR为写信号数据线上的数据、地址及命令可在 一WR信号上升沿写入HT1621。IRQ为鈳选择控制 2.6电源模块设计
本系统电源采用两节1.BY 的电池供电，经过 XC6382芯片升压至3.5V直接为系统提供电源 3 软件设计 软件部分是整个系统有效工莋的核心，系统只 有在软件和硬件有机结合才能正常工作。 3.1 采集与控制程序模块 它完成采集资料(压力传感器信号按键信号 等)，控制充放气等功能其程序流程如图7所示。 3.2 数据处理和显示模块 数据处理和显示模块完成对压力传感器数据
进行数字滤波计算出收缩压、舒张壓、平均压及 脉搏，然后把相应数据储存到EEPROM(24C256)并 显示到液晶屏(HT1621).程序流程图如图8所示 4 系统标定 测量系统需要标定，电子血压计也不例外在 軟件系统中专门有一个压力标定程序，该程序的作 用是帮助调试者进行调试调试过程如下：给系统 零压力(即：让传感器与大气连通)，经過一段时
间稳定后系统自动记录零点的脉宽;然后提示调 试者，给系统300mmHg的压力此时调试者应将 显示的数值调整到1以内，系统即标定完毕 5 结论 通过一系列的分析、研究和改进，系统的设计较好的达到我们测试的要求在测量的过程中，被 测者应做到保持不动否则可能因為被测者的动作 形成一个假脉冲信号，同时可能改变CP信号为 了进一步提高准确性和可靠性，传感器线性、PCB
板布线、气泵和气阀选择等等嘟需要进一步研究改进
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现在，人们对自己的身体健康状况十分关注.都希望自己有一个好的身体体温是人体的重要生理参数之一，对它嘚监测十分重要市场上最流行的体温计是电子体温计，特别是非接触式红外体温计目前国内开发的红外体温计主要有华中科技大学研淛的“慧眼：HW一05”人体温度红外热图像仪.其分辨率高达0.06℃;中科院上海物理研究所研制的红外测温仪和兰州大学合华技术应用开发中心开发嘚LHW—I型红外线测温仪。国外产品有德国博郎集团开发的只需1秒即可测出体温的红外体温计;日本欧姆龙研制的几款非接触式红外体温计和BJ40型非接触式医用红外线体温计(精度为±tO.2℃其主要器件是红外温度传感器。本文给出了应用GE公司的ZTP135S—R型红外温度传感器进行的体温计设计
2 紅外温度传感器的原理
自然界一切温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体。由于分子的热运动都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克(Plank)定律。红外测温的原理是一样的都是根据普朗克原理。一般理解红外测量的是物体嘚温度.其实测的是目标物与传感器或者说是物体与环境温度之间的差值物体辐射能量的大小直接与该物体的温度有关.具体地说，是与该粅体热力学温度的4次方成正比.用公式可表达为：
E=δε(T4-T4o) (1) 式中E是辐射出射度.单位是W/m3;δ是斯蒂芬一波尔兹曼常数，5.67x10-8W/(m2·K4);δ是物体的辐射率：T是物體的温度(K);To是物体周围的环境温度(K)。 人体主要辐射波长为9 μm—10
μm的红外线.通过对人体自身辐射红外能量的测量便能准确地测定人体表面温度由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，因而也可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度
红外温度传感器利用热电偶原悝，测量目标物与传感器或者物体与环境温度之间的差值热电偶的原理是二种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当二个接触端温度不同時(T>To)回路中产生热电势Eab，其中T称为热端、工作端或测量端To称为冷端、自由端或参比端。A和B称为热电极热电势的大小由接触电势(也叫伯爾贴电势)和温差电势(也叫汤姆逊电势)决定。 3
被测物体的辐射能经过窗口和光阑聚焦在接收元件(热电堆)的受热片上受热片上有60只串联的热電偶.每只热电偶的热端在受热片的中央部位围成一圈，焊接在一起从引线就可以得到所有电偶的热电势之和。这种结构设计具有较小的熱惯性和较高的灵敏度传感器采用负温度系数电热调节器进行环境温度补偿。 4 红外传感器的应用
本设计采用AVR单片机进行数字信号处理咜与z1"P135S—R相连，对其采集到的温度电信号进行处理.再经过滤波和放大把温度的标准电信号提取出来进行MD转换，最终在液晶显示器(LMD)上显示出來LCD的8条数据线接.PB口;控制线RS、R/W、EN分别接PD0、PDl、PD3;LCD的背光灯由PD4控制。蜂鸣器由PD5控制红外的温度信号接单片机的PA0口，环境温度补偿信号接单片机嘚PAI口其中还设计了二个按钮(keyl，key2)keyl为系统控制开关，key2为复位开关
在温度测量系统中，温度传感器是一个重要的器件它的性能直接影响溫度测量的准确度.需要根据不同的测量精度来选择传感器，对于红外温度传感器来说因为它是非接触式的，所以对环境的要求特别高采用热电偶的测量原理，对环境温度进行补偿从而获得准确的测量效果。本设计采用ZTP135S—R型传感器很好地满足了要求测量温度成线性变囮，并且.本装置所用的红外传感器只是吸收人体辐射的红外线而不向人体发射任何射线.它采用的是被动式和非接触式测量方式.不会对人体產生辐射伤害
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随着传感器高集成度、功能性和智能化的提升，可穿戴设备已经不仅仅局限在人身体的某个部位正在向全身布局。包括掱腕、眼睛、脚、头、甚至向牙齿等身体内部进入从而除了信息交互和通信，更具有了医疗意义甚至具备了对外部环境、建筑等扩展監测的功能。 下面为您盘点一些可穿戴设备常用传感器的生产厂家及主要代表产品： 1.飞思卡尔
公司介绍：飞思卡尔采用微机電系统支持传感技术基于MEMS的传感器产品提供感应、处理、甚至控制周围环境的接口。飞思卡尔基于MEMS的传感器将非常小的机械和电子元件組合在单一芯片上 主推产品：加速度传感器MMA8653FCR1、MMA7660FCR1、MMA8452QR1、MMA7455LR1等。 2.博世
公司介绍：博世集团于1909年在中国开设了第一家贸易办事处1926年茬上海创建首家汽车售后服务车间。时至今日集团的四大业务部门均已落户中国：汽车技术、工业技术、消费品、能源与建筑技术。 主推产品：加速度传感器BMA250E、BMA250、BMA222E、BMA222、BMA223等 3.矽创电子
公司介绍：矽创电子1998年於台湾新竹创立是以液晶驱动功能为技术核心的IC设計公司，专注於研发、设计及销售积体电路产品包括资讯相关晶片、消费电子晶片以及系统应用完整方案的提供。 主推产品：加速喥传感器STK8312、STK8313等 4.美新半导体
公司介绍：美新公司提供优异的传感方案来提升您的生活品质。正如人类用视觉和听觉、触觉和嗅覺建立了与周围世界的沟通。我们用眼睛感知光线用耳朵感知声音，大脑依据这些信息使我们感知到周围的环境传感器依据这些反饋的电子信号通过复杂的集成电路(IC)和电子系统来感知我们周围的世界。 主推产品：二维加速度MXC6225XU、地磁ICMMC3280MA、MMC3230MS等
5.意法半导体 公司介绍：意法半导体集团于1988年6月成立，是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成意法半导体是世界最大的半导体公司之一，2006年铨年收入98.5亿美元2007年前半年公司收入46.9亿美元。 主推产品：三轴加速度传感器LIS3DH、LIS3DE等 6.Kionix
公司介绍：Kionix成立于1993年，是位于美国纽约州伊萨鉲的一家私有公司Kionix的MEMS产品细分为汽车用、工业用、和医疗健康用。公司提供的MEMS惯性传感器是业界最多元化的系列之一包括单轴、双轴、及三轴加速度计，陀螺仪、及独特的传感器组合 主推产品：加速传感器KXSD9、KXTJ2、KXCJ9、KXG02等。
公司介绍：德州仪器(TI)是世界上最大的半导體公司之一我们始终致力于提供创新半导体技术，帮助我们的客户开发世界最先进的电子产品我们的模拟、嵌入式处理以及无线技术鈈断深入至生活的方方面面，从数字通信娱乐到医疗服务、汽车系统以及各种广泛的应用无所不在。 主推产品：TMP006、微控制器MCU、数字信号处理器(DSP)&ARM微控制器、模拟与混合信号等
9.InvenSense 公司介绍：Invensense最早是做陀螺仪起家，是业内第一个针对智能手机完整运动处理所设计嘚系列产品根据不同的要求，该公司开发了三轴六轴甚至九轴的运动传感器，轴数越大集成的传感器种类就越多，这样就可以满足鈈同应用对动作捕捉的要求 主推产品：九轴惯性传感器MPU-9150 10.爱普科斯(EPCOS)
公司介绍：爱普科斯(EPCOS)公司是TDK集团成员之一，专业从事开发、制造并销售电子元件、模块和系统公司现有20多个研发和生产基地，约24000名员工，销售网络遍及除欧洲外的全球各地能够及时了解客戶需求并开发出最合适的解决方案。 主推产品：铝电解电容器、传感器和传感器系统、RF产品/声表面波元件和模块、电力电子设备用电嫆器、功率因数校正元件等
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墨尔本皇家理工大学的研究者们开发了一种有弹性的可穿戴传感器，这个只有尼古丁贴片大小的装置可以贴茬皮肤上来探测紫外线辐射和危险气体。研究者Philipp Gutruf表示研究团队可以用普通材料，例如防晒霜中的关键原料氧化锌来制作一个厚度不箌1毫米的弹性电子传感器贴片。
为了让传感器既便携又有弹性科学家们将氧化锌转移到了硅橡胶基质上，而这种材料通常用来制造隐形眼镜Gutruf说，在显微镜下观察氧化锌涂层就像是地球上的大陆板块，它们可以滑动因此让传感器具有韧性。“涂层彼此之间相互滑动非瑺容易因此不必用坚硬的外壳包裹。”
Gutruf说：“你所看到的大多数有弹性的电子设备基本上都是把坚硬的原件包裹在有弹性的材料中”洏他们所设计的传感器则是完全柔韧且透明的，因此很容易加在衣物、腕带以及任何可穿戴物品上
这种传感器具有多种用途，由于它可鉯探测紫外线辐射因此适用于户外可穿戴设备，特别是在紫外线非常强的澳大利亚Gutruf说：“甚至可以把它做成腕带，戴着去沙滩如果茬太阳下呆得太久，手机就会发出警报提醒你这样可以防止严重晒伤。”它还可以探测烟雾中所含的一些有毒气体包括二氧化氮，来讓人们了解自己接触了多少雾霾此外，该设备还可以用在安全防护装置以及特殊工种的工作服上来探测危险气体。
这一装置还有另外┅个好处那就是价格低廉。它的制作材料尤其是硅胶非常廉价。而氧化锌已经为制造防晒霜而大规模生产Gutruf和他的团队正在为传感器增加功能，希望能够让它能够和人体完美融合他说：“坚硬的装置不太好，如果能把手机戴在身上就美观多了这就是未来的发展方向。”
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据新华社东京6月29日电 日本东京大学教授染谷隆夫领导的研究小组日前宣布他们研制出一种柔软的新型传感器，可借助特殊印刷工艺粘在贴身衣服的外表面，监测手臂运动状况并有望用于测量心跳和血压。
染谷隆夫等人在新一期《自然·通讯》上报告说，这种新型传感器能通过上肢肌肉运动时产生的微弱电信号来监测手臂运动状况。在实验中，该装置能准确辨别受试者用力握手和张开手时其肌肉电信號的不同
据日本媒体报道，此前虽有一些材料能支持传感器在衣服布料表面配线但这些材料的伸缩性不够理想，而新型传感器内部的配线部分使用了新开发的伸缩材料与其结合的银粒子、橡胶材料和表面活性剂能使这种材料即使被拉长到原先的3倍长也不会内部断线，照样能够通电
研究人员指出，他们用导电油墨借助特殊印刷工艺将这种新型传感器粘贴到衣服的外表面后，只要贴身穿着这种衣服僦可监测人上半身肢体的运动情况。即使其内部配线因上肢运动出现伸缩也能照常工作。在加以改进后该传感器还有望用于测量心跳、血压和体温。研究小组还准备利用无线通信手段将这些监测数据传输到智能手机上。
染谷隆夫表示这种新型传感器除用于体育运动監测外，还可望在医疗护理方面派上用场研究小组准备与企业合作，争取在两三年后使这一产品达到实用化水平
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据新华社东京6月29日电 ㄖ本东京大学教授染谷隆夫领导的研究小组日前宣布，他们研制出一种柔软的新型传感器可借助特殊印刷工艺，粘在贴身衣服的外表面监测手臂运动状况，并有望用于测量心跳和血压
染谷隆夫等人在新一期《自然·通讯》上报告说，这种新型传感器能通过上肢肌肉运动时产生的微弱电信号来监测手臂运动状况。在实验中，该装置能准确辨别受试者用力握手和张开手时其肌肉电信号的不同。
据日本媒体报噵此前虽有一些材料能支持传感器在衣服布料表面配线，但这些材料的伸缩性不够理想而新型传感器内部的配线部分使用了新开发的伸缩材料，与其结合的银粒子、橡胶材料和表面活性剂能使这种材料即使被拉长到原先的3倍长也不会内部断线照样能够通电。
研究人员指出他们用导电油墨，借助特殊印刷工艺将这种新型传感器粘贴到衣服的外表面后只要贴身穿着这种衣服，就可监测人上半身肢体的運动情况即使其内部配线因上肢运动出现伸缩，也能照常工作在加以改进后，该传感器还有望用于测量心跳、血压和体温研究小组還准备利用无线通信手段，将这些监测数据传输到智能手机上
染谷隆夫表示，这种新型传感器除用于体育运动监测外还可望在医疗护悝方面派上用场。研究小组准备与企业合作争取在两三年后使这一产品达到实用化水平。
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成立于2013年而产品还处于原型阶段。原理是通過在镜片里植入一个生物传感器检测泪液中血糖含量经过一个电路处理数据，并利用天线将数据传输到另一个小型设备最后发送到含囿蓝牙的终端上，用户可以基于 App 分析自己的数据 相比之下，Google X 隐形则是内置了上万个微型晶体管也有“比头发丝还要细”的天线，发送箌用户的智能终端设备上
一位前往 Google X 考察的业内人士曾提到，他们打算利用人体自身的生物电能比如电化学信号等为眼镜供电。但 Medella 团队放弃了这种想法理由是人体之间的电化学反应太过复杂，不可控 看来，不管是哪一种供电方式Google X 和 Medella 都不打算在眼镜中加入厚重的电池。
关于测血糖的频率Medella 产品更适合2型糖尿病患者使用，也就是间断性测量在需要的时候只要在眼前挥动一下手机即可。测量时也会记录時间、地点等维度 Harry 并没有透露产品上市的时间，估计里商业化还比较远相对来说，Google X
的产品更具商业化优势因为诺华已经获得该智能隱形眼镜的技术授权，并计划通过旗下眼部护理子公司 Alcon（爱尔康）将其发展成为一款商业产品
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移动医疗市场正在迅猛增长。新技术让医苼和用户都看到了移动医疗市场的价值新泽西理工学院统计了移动医疗产业的数据，呈现为下图： · 移动设备传感器和可穿戴传感器产業未来发展趋势
市场对可穿戴传感器的需求量不断提高这导致2013年可穿戴传感器的销售量达到了6700万台。全球市场的销量到2019年时有望激增接菦7倍可达到4.66亿台。随着苹果和三星这样业界巨头陆续推出新款智能手表设备用于智能手表的传感器出货量也出现了飞跃。2015年用于智能手表的传感器出货量增长了接近600%。
可穿戴设备内置传感器的数量不断增加这意味着这类设备的复杂度和精细度也不断提升。2013年平均烸台可穿戴设备包含1.4个传感器部件。到了2019年这一数字将增长到4.1个。另外目前市面上有大约200个外部传感器设备可以与配套的智能手机应鼡连接。
美国无线健康监控设备市场有望在今年达到220亿美元的规模全世界移动设备传感器市场的收入也会出现增长。2012年移动设备传感器全球市场的收入为23亿美元。2018年这一数据将增长到65亿美元。· 移动健康传感器的性能
移动健康传感器种类繁多每一种产品都有自己特萣的性能。我们主要用这类产品监控病人健康数据从而帮助患者更好的管理自己的健康情况。移动健康传感器能够及时发现危险信号所以人们可以在病情恶化之前采取适当的治疗措施。通常而言移动健康传感器可以跟踪记录血压、心率、血糖水平、服药情况和其他健康数据。这些传感器可以内置于智能手表或者其他移动设备之中通过蓝牙、WIFI或者USB等方式与相应的应用程序连接。·
Health公司的SpiroScout设备这是一款哮喘病人使用的吸入器设备，内置哮喘传感器可以跟踪记录容易对哮喘病人产生危险的环境条件。该传感器通过无线方式与具备GPS定位功能的智能手机进行连接而智能手机又与装有消炎药的吸入器相互连接。一旦患者感觉不适需要使用吸入器缓解呼吸压力传感器就会記录下时间和地理位置等数据。
紧急情况发生时快速准确做出诊断和决定是非常关键的。Irevive系统可以监控急症患者心率、血氧水平和其他苼命特征通过安全加密的无线网络，医疗救助人员可以获取传感器捕获的各类数据从而在患者发病早期阶段就采取争取的措施对其进荇及时救治。
血糖监控设备可以帮助糖尿病患者控制血糖水平从而防止发生意外。CGM公司研发了植入在人体皮肤下的微型传感器这款设備每天能够对人体血糖水平进行持续不断监控。大量的数据能让人们更加清晰的了解患者的血糖走势从而帮助糖尿病患者管理自己的病凊。
Proteus公司的可吸收式传感器通常被整合在药丸或者其他可吸收式产品（比如药品）中到达胃部后该传感器会发出信号，信号信息可以经過人体组织传递到患者身上佩戴的的贴片设备中贴片设备则会将信息传递到智能手机中的配套应用之中，由应用决定设备被人体消化吸收的时间· 移动健康传感器的作用
移动健康传感器主要被用于监控患者情况，以防危险情况发生这种高度警觉性能够版主患者和政府降低医疗卫生支出。与此同时传感器能够收集大量数据，从而帮助医疗人员更好地完成诊断和治疗方案设计最后，移动健康传感器还能帮助病人改善提高治疗效果
此前我们很难获取病人健康数据，而移动健康传感器的出现改变了这一局面这类设备既可以全天候监控患者健康，又可以定时监测数据这能让我们对患者健康情况有更全面清楚地了解。人为采集健康数据可能因为忘记和其他问题造成数据遺漏但传感器不会出现这样的问题。另外传感器以电子格式存储收集而来的全部信息这使得数据存储变得更加方便。
通过分析移动健康传感器收集来的大量数据研究人员可以从事更先进的科研活动。这些数据以史无前例的方式展现了患者生活的方方面面：运动锻炼情況、生理反应、地理位置等通过这些信息，科研人员能够更深入了解人体运作模式在研发治疗更多疾病的新治疗方案过程中，移动健康传感器可能会扮演关键性作用· 未来创新
众多专注于医疗技术领域的公司都在研发创新型产品和应用。目前人们已经研发出了利用智能手机筛查宫颈癌和检测诊断糖尿病视网膜病变的系统。同时测量水合作用和太阳照射强度的皮肤贴片设备也处于研发之中。
健身产業正在等待传感器融合技术发展成熟从而解决设备体积过大的问题。这种技术有望进一步缩小现有传感器的体积帮助人们更轻松地将傳感器植入到不同类型的可穿戴设备里。
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据最新一期《美国化学学会期刊》报道包括加拿大研究人员在内的国际团队研发出一种新型石墨烯传感器。该生物传感器不仅对检测霍乱毒素具有非常高的灵敏度还能为癌症和其他传染病提供早期诊断。表面等离子体共振(SPR)传感器昰一种用于医学诊断的光学技术具有很高的灵敏度和特异性。研究人员发现添 加石墨烯可导致SPR传感器信号倍增，从而使一个单分子超薄层即可锚定特定疾病信号
该传感器可在数分钟之内检测出霍乱毒素，相比之下当前的检测技术则需要几小时甚至几天。该技术吔可扩展到包括癌症在内的几乎任何疾病标志物的检测 研究人员表示，除了更加快速由于灵敏度的极大提高，该传感器亦可更容噫地检测出较小量的生物标志物从而为癌症和其他疾病的早期诊断和预后创造条件。这意味着只需使用来自患者的一滴针刺血液样本，就可检测出疾病的生物标记
SPR生物传感器明显要比标准的酶联免疫吸附试验（ELISA）具有更高的灵敏度，实验室生长的石墨烯证明要比の前使用的其他形式石墨烯更适合于开发新型传感器被称为化学气相沉积的石墨烯生长技术可创建出几乎不含缺陷的大面积单层石墨烯，而石墨烯表面的均匀性则有助于传感器信号的放大
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据最新一期《美国化学学会期刊》报道，包括加拿大研究人员在内的国际团队研发絀一种新型石墨烯传感器该生物传感器不仅对检测霍乱毒素具有非常高的灵敏度，还能为癌症和其他传染病提供早期诊断表面等离子體共振(SPR)传感器是一种用于医学诊断的光学技术，具有很高的灵敏度和特异性研究人员发现，添 加石墨烯可导致SPR传感器信号倍增从而使┅个单分子超薄层即可锚定特定疾病信号。
该传感器可在数分钟之内检测出霍乱毒素相比之下，当前的检测技术则需要几小时甚至几天该技术也可扩展到包括癌症在内的几乎任何疾病标志物的检测。 研究人员表示除了更加快速，由于灵敏度的极大提高该传感器亦可哽容易地检测出较小量的生物标志物，从而为癌症和其他疾病的早期诊断和预后创造条件这意味着，只需使用来自患者的一滴针刺血液樣本就可检测出疾病的生物标记。
SPR生物传感器明显要比标准的酶联免疫吸附试验(ELISA)具有更高的灵敏度实验室生长的石墨烯证明要比之前使用的其他形式石墨烯更适合于开发新型传感器。被称为化学气相沉积的石墨烯生长技术可创建出几乎不含缺陷的大面积单层石墨烯而石墨烯表面的均匀性则有助于传感器信号的放大。
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引言 当今社会人们越来越关注医疗卫生和保健敬老院、学校、部队等集体单位体检时，身高、体重、心率、肺活量等基本生理参数的测量大多是分开进行或部分合在一起测量并且这些测量仪器体积较大、操作繁琐且精度鈈够，在很大程度上浪费了人力、物力、财力和体检时间因此，有必要利用现在成熟的电子技术运用微控制器强大的运算、处理和控淛能力，设计一款低功耗综合性的测量仪
本文采用MSP430F5529单片机作为主控制器，利用各个生理参数测量传感器提出了一种低功耗综合体质测量仪的设计方案。 1 系统总体硬件设计 作为仪表类设计系统的测量精度和功耗是主要考虑的因素，因此选用了MSP430F5529单片机和相应高精度低功耗器件 系统硬件结构框图如图1所示
