Спрос на медицину, управляемую на дому, быстро растет, так как растет осведомленность пользователей о преимуществах и экономии затрат на самостоятельное лечение.
Амбулаторное лечение с его более дешевой структурой является популярной и растущей альтернативой стационарному лечению. Эта тенденция среди поставщиков медицинских услуг и потребителей открывает новые и большие рынки для компаний, производящих медицинское оборудование, которые в свою очередь могут разрабатывать новые мобильные, компактные и удобные в использовании устройства.
Сегодня существует множество диагностических и терапевтических устройств, доступных для стационарного и амбулаторного лечения, таких как диализное оборудование, портативные инсулиновые помпы, инсулиновые ингаляторы, респираторные аппараты ИВЛ, устройства для без игольных инъекций лекарств, системы управления диабетом и многое другое.
Ожидается, что растущий спрос на медицинское оборудование подтолкнет поставщиков компонентов к внедрению инновационных недорогих продуктов для использования в медицинских устройствах.
Чтобы соответствовать агрессивной стратегии вывода продукта на рынок, разработчики оборудования должны начинать разработку с тщательного поиска компонентов, которые соответствуют их видению продукта, стоимости, надежности и форм-фактору. Разработчики обратят свое внимание на новые компоненты, которые как правило более компактны и меньше весят.
Миниатюрные рефлективные энкодеры для отслеживания перемещения
Рефлективные энкодеры стали популярным выбором среди производителей портативных медицинских устройств, которые должны предлагать оборудование с большей точностью, меньшим энергопотреблением, меньшим весом и меньшей стоимостью.
Рефлективные энкодеры превосходят существующие энкодеры на основе магнитной технологии без увеличения стоимости или потребляемой мощности.
Сегодня мы обсудим технологию энкодеров, сравним рефлективные энкодеры с существующими решениями магнитных энкодеров, обсудим результаты работы.
В поисках правильного решения с обратной связью
Рынок портативных медицинских устройств становится все более конкурентным. Требования к дизайну - ключевой шаг в выборе доступных компонентов, которые соответствуют наиболее важным приоритетам продукта и в то же время удовлетворяют финансовой стороне.
Выбор компонентов портативного медицинского устройства обычно оценивается по следующим критериям:
Порядок и вес, присваиваемый каждой позиции, зависит от дизайна каждого продукта, используемого на медицинском рынке или же того и другого. Один и тот же тип продукта может иметь разные компромиссы для сегментов в пределах данного рыночного класса
Вес и размер
Название «портативный» подразумевает, что устройство должно легко переноситься. По сравнению с настольными или стационарно установленными вариантами, размер и вес имеют решающее значение для дизайна продукта, поскольку разработчик имеет ограниченное пространство и вес для выбора компонентов (рисунок 1):
Например, портативное медицинское устройство, которое требует точного механического позиционирования, может нуждаться в энкодере или электромеханическом устройстве обратной связи по перемещению для преобразования механического движения в электрический выходной сигнал для точного отслеживания положения.
Наиболее распространенное решение для этого - энкодер, прикрепленный к задней части двигателя, приводящего в действие механическую систему.
В качестве альтернативы линейный энкодер может использовать кодированную ленту, на которой есть ряд черных и белых дорожек, установленную на подвижной части системы для отслеживания перемещения (рисунок 2):
Эти решения невозможно использовать с таким энкодером, который не соответствует системным требованиям по размеру, весу, разрешению и стоимости.
Благодаря наличию большого количества почти невесомых датчиков движения с рефлективным энкодером, длина и ширина которых составляет чуть более 3 мм, эта новая технология энкодеров предлагает очень конкурентоспособную альтернативу более старым магнитным датчикам на рынке.
Кроме того, рефлективный энкодер имеет относительно низкую цену, обеспечивая при этом большее разрешение и более высокую точность, чем магнитный энкодер.
Разрешение, частота/скорость и точность
Другой критерий для выбора - это разрешение устройства, частота/скорость и точность.
Разрешение определяет общее количество шагов, которые необходимы на один оборот движения поворотной системы.
Разрешение часто измеряется как количество на оборот (CPR) для вращающихся приложений или линий на дюйм (LPI) для линейных приложений.
Более высокое значение CPR не обязательно означает, что может быть достигнута лучшая точность изделия. Напротив, он обеспечивает только большее количество отсчетов на оборот для вашего приложения и не раскрывает подробностей о потенциальной ошибке цикла.
Окончательное выходное разрешение поворотного энкодера определяется плотностью счета модуля энкодера и размером соответствующего носителя или кодового колеса. Взаимосвязь между выходной разрешающей способностью кодировщика (CPR), размером кодового колеса, часто выражаемым как оптический радиус (Rop), и плотностью счетчика энкодера, LPI, получается следующим образом:
LPI= CPR / (2π × Rop)
Если Ropизмеряется в дюймах, LPI- в строках на дюйм. Если Rop указан в миллиметрах, LPI- в строках на мм.
Оптический энкодер с корпусом диаметром 6 мм может обеспечить квадратурное разрешение не менее 50 CPR или выше. Для получения пост квадратурного выхода результат можно дополнительно умножить в четыре раза с помощью внешнего блока электроники.
Номинальная частота энкодера определяет, насколько быстро ваш двигатель может вращаться без потери счета энкодера.
Стандартный миниатюрный двигатель постоянного тока рассчитан на скорость около 20 000 об/мин или ниже без нагрузки. Стандартные приложения работают со скоростью от 6000 до 10 000 об/мин.
При заявленной скорости двигателя стандартный энкодер с разрешением в 50 CPR должен соответствовать рабочей частоте как минимум 16,7 кГц. Стандартный магнитный энкодер с интерполятором имеет в три-четыре раза большую погрешность цикла, чем сопоставимые оптические энкодеры.
Поэтому очень важно выбрать технологию кодирования, которая соответствует требованиям к дизайну вашего проекта. Если требуется выход с высокой точностью, например, с ошибкой цикла менее ± 20 градусов, лучшим вариантом будет технология оптического энкодера.
Стоимость
Часто перед инженерами стоит задача найти нужный компонент по разумной цене.
- Компоненты для управления движением занимают значительную часть бюджета на проектирование, потому что выбор прецизионных компонентов управления движением ограничен и традиционно дорог.
- Кроме того, механический монтаж энкодеров является еще одной проблемой из-за отсутствия опыта и технологического инструмента для установки энкодеров в медицинском приборе.
Наиболее распространенная практика в поисках полного решения полагаться на производителей двигателей и энкодеров. Однако это часто ограничивалось решениями магнитных энкодеров. Оптические энкодеры легко собрать, и производители обычно предоставляют сборочные приспособления и инструменты.
Благодаря технологии рефлективного энкодера у инженеров теперь есть новый проверенный вариант для своих приложений, который обеспечивает низкую стоимость компонентов и простоту производства.
Энергопотребление
Инженеры, разрабатывающие портативные медицинские устройства с батарейным питанием, должны поддерживать энергопотребление всех компонентов на минимально возможном уровне, чтобы максимально увеличить время работы.
Использование компонента, потребляющего меньше энергии, продлит время работы устройства или обеспечит большую гибкость при выборе других компонентов.
Как правило, потребляемая мощность рефлективного энкодера составляет менее 30 мВт от источника питания 3 В, что сопоставимо или меньше, чем у более старых технологических устройств.
Электромагнитная совместимость (EMI)
Проблемы EMI стали более актуальны в последние годы, поскольку в устройствах используются более чувствительные электронные компоненты.
На текущий период приходят сообщения о неисправностях устройств, связанных с электромагнитными помехами. Одна из причин этого может быть связана с широким распространением устройств беспроводной связи, таких как сотовые телефоны, сети Wi-Fi и другие радиопередатчики.
Как ни странно, многие производители двигателей продолжают разработки с энкодерами, на основе индивидуальных дискретных магнитных решений, чувствительных к электромагнитным помехам.
Чтобы избежать сбоев устройства или проблем, связанных с электромагнитными помехами, инженеры должны использовать оптические энкодеры в качестве альтернативы магнитным. Оптические энкодеры обладают большей устойчивостью к сбоям электромагнитных помех.
Рефлективный (отражающий) датчик перемещения для медицины
Многие методы сборки используют рефлективные или отражающие энкодеры. Наиболее распространенной практикой является установка оптического рефлективного энкодера с отражением на задней части двигателя (рисунок 3):
Датчик выдает данные обратной связи, путем вращения вала двигателя. На рисунке 4 показан типичный мотор-редуктор с энкодером (например, серии HEDR-542x и AS22):
Двигатель через шестерни приводит в движение ходовой винт. Ходовой винт нажимает на головку поршня с запрограммированной скоростью. Энкодер фиксирует движение вала двигателя и посылает сигнал вычислительному блоку, чтобы сформировать замкнутую систему.
В качестве альтернативы, к механизму перемещения может быть прикреплен модуль отражающего кодера или кодовая полоска, см. Рисунок 5, и модуль энкодера также может отслеживать движение:
Поиск подходящего и недорогого решения в семействе энкодеров для проектирования портативных медицинских устройств остается сложной задачей, но современные изделия с датчиками движения с отражающей обратной связью значительно упрощают эту задачу.
Теперь у разработчиков есть доступ к новому поколению продуктов оптических энкодеров, которые обеспечивают более высокую производительность, но при этом остаются рентабельными для портативных медицинских устройств.
- Рефлективные (отражающие) энкодеры идеально подходят для многих применений в медицинских устройствах:
- респираторные аппараты ИВЛ
- системы анализа крови
- устройства для доставки лекарств
- автоматизированные шприцы и эндоскопические системы
У Broadcom вы можете найти следующие решения:
1. Энкодер с отражающим модулем, в том числе AEDR-8300/8400/8500 / 871x / 872x и AEDR-9820/9830, AR18 / AR35
2. Модульный энкодер HEDR-542x, серии AS22
Подробнее по ссылке
Подобрать решение для вашего оборудования? Отправьте запрос в форме ниже:
