CDC技術(shù)助電容觸控打造多元醫(yī)療應(yīng)用
北京時(shí)間2013年03月04日消息,寶威科技網(wǎng)，電容觸控感測(cè)在醫(yī)療照護(hù)的應(yīng)用將更為多元。藉由電容數(shù)位轉(zhuǎn)換(CDC)技術(shù)，電容觸控感測(cè)器不僅可順利量測(cè)外部電容變化值，亦可將其轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號(hào)，提供給主處理器，進(jìn)而確保感測(cè)器的可靠性，有助擴(kuò)大電容觸控感測(cè)器于醫(yī)療照護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
近年來，電子科技的進(jìn)步已經(jīng)使醫(yī)療照護(hù)產(chǎn)業(yè)中的許多創(chuàng)新想法獲得實(shí)現(xiàn)與改善。醫(yī)療照護(hù)設(shè)備的挑戰(zhàn)包括開發(fā)新的診斷與治療方法、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)與在家醫(yī)療照護(hù)裝置、改善品質(zhì)與可靠度及加強(qiáng)彈性與易用性。本文將會(huì)討論電容數(shù)位轉(zhuǎn)換器(CDC)技術(shù)，如何讓醫(yī)療照護(hù)應(yīng)用使用高性能電容觸控感測(cè)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
提供新穎使用輸入模式 電容觸控感測(cè)控制器露鋒芒
電容觸控感測(cè)器能夠以按鈕、滑動(dòng)條(Slider Bar)、滾輪或是其他類似于圖1中所示的提供使用者介面型態(tài)。
圖1 觸控感測(cè)器布局范例
每個(gè)灰色的幾何區(qū)域都代表一個(gè)在印刷電路板(PCB)上的感測(cè)器電極，結(jié)合后則形成虛擬電容器的板子；另一個(gè)板子則是由使用者的手指所形成，基本上為接地的感測(cè)器輸入，為啟動(dòng)與介接電容觸控感測(cè)器所設(shè)計(jì)的電容觸控感測(cè)控制器，量測(cè)來自于單電極感測(cè)器的電容變化。該元件首先會(huì)輸出一組觸發(fā)訊號(hào)對(duì)電容器板進(jìn)行充電。而當(dāng)有一個(gè)物體，如使用者的手指靠近感測(cè)器時(shí)，虛擬電容器就會(huì)形成，而使用者就會(huì)成為第二組電容器板(圖2)。電容量的量測(cè)是利用CDC進(jìn)行。
圖2 電容感測(cè)示范與典型的響應(yīng)
能夠感測(cè)外部感測(cè)器電容變化的CDC利用此資訊來啟動(dòng)一組感測(cè)器。分別擁有十三組與八組電容感測(cè)器輸入的電容觸控感測(cè)控制器，都具有晶片內(nèi)建的校正邏輯，能對(duì)周圍環(huán)境改變所導(dǎo)致的量測(cè)變化進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而確保外部感測(cè)器不會(huì)因溫度或濕度改變，而導(dǎo)致假觸發(fā)。
電容觸控感測(cè)控制器提供不同的作業(yè)模式、使用者可編程的轉(zhuǎn)換定序，以及非常彈性化的控制特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使它們很適用于高解析度的觸控感測(cè)器功能，如滑動(dòng)條或滾輪等，且具有最少的軟體需求。此外，按鈕感測(cè)器的應(yīng)用也可以完全利用晶片內(nèi)建的數(shù)位邏輯實(shí)現(xiàn)，毋需任何軟體。
CDC元件會(huì)將一個(gè)觸發(fā)訊號(hào)送至一組電容板上，并量測(cè)儲(chǔ)存于電容器中的電荷，接著其數(shù)位結(jié)果就可以提供給外部主機(jī)。圖4展現(xiàn)四種類型的電容感測(cè)器，其差別在于觸發(fā)訊號(hào)送入的方式。
電容感測(cè)五大醫(yī)療應(yīng)用
雖然電容感測(cè)的可能應(yīng)用方式只會(huì)受到使用者創(chuàng)意的限制，不過這裡有一些適合在醫(yī)療照護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用概念。
液位監(jiān)測(cè)自動(dòng)化
在許多應(yīng)用裝置當(dāng)中，如輸血所使用的液體量必須量測(cè)，或是其流動(dòng)必須在點(diǎn)滴瓶滴完之前關(guān)閉。為節(jié)省醫(yī)療人員的時(shí)間，自動(dòng)化的液位監(jiān)測(cè)(Liquid Level Monitoring)功能，將有助于消除手動(dòng)檢查的需要。
以一個(gè)緊密依附在點(diǎn)滴瓶外壁上的板子建構(gòu)平行板電容器，并延伸至接近瓶子的底部。當(dāng)注射液體的位準(zhǔn)改變時(shí)，介于兩塊板之間的電介質(zhì)材料的量會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生電容量的改變。為能以不同的電介質(zhì)常數(shù)使用于不同的注射物質(zhì)，設(shè)置在靠近底部的第二電容感測(cè)器會(huì)被當(dāng)成一個(gè)參考通道，用以生成比例量測(cè)。具有兩組電容量測(cè)通道的24位元CDC對(duì)于這類型的應(yīng)用裝置非常的有用。
電極與人體間的連接性偵測(cè)
對(duì)于想要在接近人體皮膚處作業(yè)的裝置而言，在裝置啟動(dòng)或是量測(cè)進(jìn)行之前，能夠取得裝置表面區(qū)域與病患皮膚間接觸品質(zhì)的資訊，往往是相當(dāng)有益的。終端使用的范圍包括須要放在皮膚上的醫(yī)療探針、生物電電極感測(cè)器或是將導(dǎo)管維持在定位的封裝盒等。
為了要獲得此額外的資訊，可將數(shù)個(gè)電容感測(cè)器電極(圖4的深灰色部分)在生產(chǎn)的射出成型階段，即直接嵌入裝置的塑料外殼中。一旦取得電極資訊，就可使用運(yùn)行于主要控制器當(dāng)中的簡(jiǎn)單演算法，來判定所有的感測(cè)器電極是否都有和皮膚適當(dāng)?shù)慕佑|。
汗水偵測(cè)
在某些醫(yī)療與健身測(cè)試設(shè)備當(dāng)中，須要量測(cè)來自于人體的汗水，這通常是由量測(cè)皮膚的電導(dǎo)率來執(zhí)行。然而，若量測(cè)作業(yè)須在沒有電流接觸的情況下執(zhí)行，那麼此功能就可透過利用電容感測(cè)器去偵測(cè)人體周邊濕度的方式執(zhí)行。
當(dāng)人們流汗時(shí)，靠近人體皮膚的濕度(電介質(zhì)常數(shù))會(huì)提高；在此鄰近區(qū)域的未接觸電極，就可用來量測(cè)所造成的電容變化。
增加第二個(gè)電容感測(cè)器來量測(cè)周遭濕度，并利用其做為共模補(bǔ)償會(huì)相當(dāng)有用。
呼吸頻率量測(cè)
呼吸頻率的量測(cè)是病患監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)重要模組。一般而言，觸發(fā)板被放置在病患背部；而感測(cè)器電極帶則綁在病患胸部的適當(dāng)位置上。隨著肺部的吸氣與吐氣，所造成的胸部移動(dòng)會(huì)改變兩塊板子之間的距離。在呼吸時(shí)，電介質(zhì)常數(shù)也會(huì)因?yàn)檠}雜的生理活動(dòng)而改變，這些電容變化可以透過CDC元件加以量測(cè)。
感測(cè)器電極被設(shè)置在主體胸部適當(dāng)位置的原因是，這個(gè)位置會(huì)受到最少來自于其他生理活動(dòng)的沖擊。然而，將多重感測(cè)器電極設(shè)置在病患胸部的不同位置上，即可取得更多關(guān)于身體功能的資訊。這是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的有趣主題。
血壓量測(cè)
在使用膨脹式壓脈袋(Inflatable Cuff)的血壓量測(cè)應(yīng)用裝置中，有一項(xiàng)重要的任務(wù)就是量測(cè)空氣閥的壓力。電容感測(cè)器可輕易的使用在這類型的壓力感測(cè)應(yīng)用裝置當(dāng)中。
