의료용 MEMS 압력 센서 선택: 사양, 드리프트 및 소싱 확인

인공호흡기 흡기 부분의 40 Pa 오프셋은 자발적 호흡을 방아쇠 창 밖으로 밀어내는 데 충분하며, 해당 오프셋은 튜브에서 거의 발생하지 않습니다. 이는 환자 회로 기판에 있는 의료용 MEMS 압력 센서에서 나옵니다. 이 부품을 지정하는 설계 팀은 제로 드리프트, 알람 성가신 불만 사항 및 아무도 예산을 책정하지 않은 교정 루틴을 추적하는 데 다음 6개월을 소비하는 경향이 있습니다. 이러한 모든 문제는 데이터시트 단계에서 예방하는 데 비용이 적게 들고 툴링 후에 수정하는 데 비용이 많이 듭니다.

압력 감지는 임상의가 화면에 표시된 숫자를 신뢰하는지 여부를 몇 달러에 달하는 부품으로 결정하는 의료 기기의 몇 안 되는 부분 중 하나입니다. 아래 사양은 임상 행동을 변경하는 사양입니다.

의료용 MEMS 압력 센서가 실제로 측정하는 것

의료용 MEMS 압력 센서는 미세 가공된 실리콘 다이어프램이 얼마나 휘어지는지 측정하여 압력 차이를 전압으로 변환한 다음 해당 전압을 정의된 출력으로 보상하고 교정합니다.

베어 다이가 결코 제품이 아닌 이유를 두 가지 숫자로 설명합니다. 전체 크기 편향은 일반적으로 1마이크로미터 미만이며 원시 브리지 출력은 수십 밀리볼트 단위로 측정됩니다. 따라서 절연 젤, 포트 구조, 신호 조절 ASIC 및 교정 기록은 실리콘 자체만큼 많은 작업을 수행합니다.

실용적인 이유로 모니터링 라인의 유체 충전 카테터를 솔리드 스테이트 부품으로 대체했습니다. 유체 컬럼에는 컴플라이언스가 있고 공기를 가두어 빠른 파형을 감쇠시키고 모든 판독 전에 플러시를 강제합니다. 실리콘 다이어프램에는 기포를 제거할 컬럼이 없으며 킬로헤르츠 범위에서 반응합니다. 소형 압력 센서에 대한 출판된 리뷰에서는 내부 직경이 200~1,000마이크로미터인 혈관 내부의 압력을 측정할 수 있을 만큼 작은 장치에 대해 설명합니다. 이는 동일한 감지 원리를 축소한 것입니다.

절대, 게이지 또는 미분: 범위 전에 참조를 선택하십시오.

압력 기준이 잘못되면 이후의 모든 결정은 대략 1기압만큼 잘못됩니다. 절대, 게이지, 차동 부품은 서로 다른 질문에 대답하며 단일 환자 모니터에는 3개 중 2개가 필요한 경우가 많습니다.

알려진 제한 사항에 걸친 압력 강하로부터 흐름이 추론되기 때문에 차동 부품이 인공호흡기와 흐름 설계를 지배합니다. 따라서 센서는 큰 공통 모드 압력을 타고 작은 차이를 측정합니다. 10kPa 차동 정격 부품이지만 30kPa 공통 모드만 두 포트에 60cm H2O의 기도압을 제공하는 회로에서는 실패합니다.

게이지 부품은 주변 기준이 허용되는 커프 기반 혈압 및 가스 전달 라인의 주력 제품으로 남아 있습니다. 침습적 라인이나 기압 고도 채널에서와 같이 참조가 환자와 함께 이동해야 할 때마다 절대 부품이 필요합니다. 젤로 분리된 게이지 요소 주위에 구축된 혈압 모듈이 일반적인 시작점입니다.

MCP-H10 및 MCP-H11 의료용 압력 센서 MCP-H10은 아날로그 전압 출력을 제공합니다. MCP-H11은 의료 및 소비자 설계를 위해 -100~1000kPa를 포괄하는 I2C 디지털 압력 및 온도 출력을 추가합니다. 제품보기 →

디자인 리뷰를 결정하는 사양

압력 센서가 설계 검토를 통과하는지 여부를 결정하는 5가지 숫자는 전체 범위, 정확도 기준, 열 드리프트, 장기 안정성 및 파열 압력입니다. 다른 모든 것은 포장 세부 사항입니다.

• 풀스케일 범위와 헤드룸. 정상 작동 지점을 전체 스케일의 25%~75% 사이에 두십시오. 9.5kPa에서 사용되는 10kPa 부품에는 경보 한계를 위한 여지가 없으며 온도를 고려하기도 전에 해당 오류 예산이 소비됩니다.
• 정확도 기준. 전체 규모의 백분율, 판독값의 백분율, 범위의 백분율은 서로 다른 세 가지 숫자입니다. 실제로 해결해야 하는 압력에서 모든 값을 파스칼로 변환하십시오.
• 열 드리프트. 상용 밴드가 아닌 임상 밴드 전체에 걸쳐 오프셋 및 스팬 드리프트를 요청하십시오. 0~70C로 보상된 부품은 41C 피부 접촉 시 동작에 대해 거의 알려주지 않습니다.
• 장기적인 안정성. 전체 규모의 백분율로 표시되는 연간 드리프트는 장치의 서비스 수명 동안 재보정이 필요한지 아니면 밀봉하고 잊어버릴 수 있는지 여부를 결정합니다.
• 파열 및 내압. 라인 폐색이나 밸브 슬램은 큰 요인으로 전체 규모를 초과할 수 있습니다. 센서는 단순히 균열을 방지하는 것이 아니라 살아남아 사양으로 돌아가야 합니다.

의료용 MEMS 압력 센서가 임상 장비에 사용되는 경우

5개의 장치 제품군이 이러한 부품에 대한 대부분의 의료 수요를 차지하며 각 제품군은 서로 다른 사양을 강조합니다.

MCP-H20 및 MCP-H21 차압 센서 의료, 공압 및 환경 측정을 위해 -100~200kPa 범위의 아날로그 또는 고속 I2C 출력을 갖춘 듀얼 포트 차동 센서입니다. 제품보기 →

Wuxi National High-Tech District에 본사를 둔 센서 제조업체인 MemsTech(Wuxi Mems Tech Co., Ltd.)는 정확하게 이러한 제품군에 걸쳐 의료 범위를 구성하고 보고서를 발행합니다. 의료용 압력 센서 포트폴리오 각 모델을 압력 유형, 출력 신호, 측정 범위 및 패키지에 매핑합니다. 인공호흡기 엔지니어와 투석 엔지니어가 동일한 카탈로그에서 서로 다른 제약 조건을 최적화하고 있기 때문에 이러한 매핑은 단일 헤드라인 정확도 수치보다 더 중요합니다.

온도 보상 및 드리프트: 나중에 나타나는 오류

온도는 의료용 압력 센서에서 가장 큰 단일 오류 원인이며 일관성이 가장 낮은 사양입니다. 실온 정확도가 동일한 두 부품은 45C에서 5배만큼 다를 수 있습니다.

세 가지 습관이 환자에게 도달하기 전에 이러한 격차를 대부분 해소합니다.

1. 상용 밴드가 아닌 임상 온도 밴드 양쪽 끝의 정확한 하우징에서 정확한 부품 번호를 테스트하십시오.
2. 전원을 켤 때 영점 오프셋을 기록하고 20분간 연속 작동한 후 다시 기록한 다음 3개 로트의 10개 장치에 대해 두 값을 비교합니다.
3. 영점 조정 밸브와 펌웨어 오프셋 루틴을 추가하면 센서가 보장할 수 없는 부분을 시스템이 수정할 수 있습니다.

자체 교정을 갖춘 제조업체는 이 작업의 일부를 흡수합니다. MemsTech에서 배송하는 모든 장치는 제로 및 풀 스케일 보정, 열 순환 및 출시 전 장기 안정성 평가를 거쳤으며 최상의 정확도는 0.2% FSS로 표시됩니다. 나머지 검증은 여전히 ​​자체 테스트 계획에 속합니다. 왜냐하면 귀하만이 부품이 실제로 보게 될 미디어, 장착 응력 및 멸균 주기를 알고 있기 때문입니다.

PO를 릴리즈하기 전 패키지, 인터페이스 및 소싱 확인

두 가지 선택 사항이 사양을 마무리합니다. 센서 장착 방법과 신호가 보드에서 나가는 방법입니다. 둘 다 생산량과 교정 단계를 소유한 사람에 따라 결정됩니다.

MCP5XXXDP 의료 및 산업용 통합 압력 센서 절대, gauge, and differential pressure options with analog output, covering 0 to 700 kPa for microcontroller-based medical and industrial designs. 제품보기 →

1. 일반적인 정확도 설명뿐만 아니라 0 및 전체 범위 값을 포함하여 정확한 로트에 대한 교정 기록을 요청하십시오.
2. 온도 보상 범위를 서면으로 확인하고 그 범위 밖에서는 어떤 일이 일어나는지 물어보십시오.
3. 주기수를 포함하여 실제 사용하는 멸균 방법과의 매체 호환성을 확인하십시오.
4. 로트 간 0 분포를 요청하세요. 이 숫자에 따라 조립 라인에 트림 단계가 필요한지 여부가 결정되기 때문입니다.
5. 램프 대비 용량과 리드타임을 확인하고 부품이 자체 제작되었는지 재판매되었는지 확인하세요.

다이 구성, 패키징 및 응용 프로그램 균형에 대한 더 넓은 기술 배경을 보려면 해당 사이트의 MEMS 압력 센서 기술 개요 이러한 장치의 제작 방법과 실제 한계가 어디에 있는지 다룹니다.

의료용 MEMS 압력 센서 FAQ

MEMS 압력 센서와 압전 압력 센서의 차이점은 무엇입니까?

MEMS 압력 센서는 다이어프램 편향을 측정하고 정압을 읽을 수 있으므로 기도압, 커프 압력 또는 투석 막횡단 압력에 대해 유효한 값을 유지합니다. 압전 요소는 변화하는 힘에 반응하고 정적 판독값을 유지할 수 없으므로 지속적인 모니터링보다는 동적 이벤트에 적합합니다.

의료용 MEMS 압력 센서가 오토클레이브 멸균을 견딜 수 있습니까?

다이가 아닌 패키지에 따라 다릅니다. 밀봉된 하우징의 젤 분리 포트는 일반적으로 멸균에 사용되지만 열 이력 현상이 젤과 접착층에 축적되기 때문에 121C 또는 134C에서 반복된 주기 후에 영점 오프셋을 다시 확인해야 합니다.

아날로그와 디지털 의료용 압력 센서 중에서 어떻게 선택합니까?

보드에 이미 저잡음 ADC가 있고 교정 및 온도 보상 루틴이 있는 경우 아날로그를 선택하십시오. 제작하는 것보다 정확도를 구입하려는 경우 공장에서 보정된 디지털 부품을 선택하십시오. 이는 일반적으로 소규모 팀과 적은 양의 작업에 더 빠른 경로입니다.

의료용 MEMS 압력 센서는 현실적으로 어떤 정확도를 제공할 수 있습니까?

최적의 선형성과 정확도는 잘 일치하는 의료 플랫폼에서 전체 규모의 0.2%에 도달하지만 현장에서 중요한 숫자는 임상 온도 대역에 걸친 정확도, 열 드리프트 및 장기 안정성의 합입니다. 그 총액은 일반적으로 헤드라인 수치의 2~5배입니다.