医用眼科前房高精度侵入式压力传感器硬件解决方案

在之前就写过一篇医用眼科前房高精度侵入式压力传感器，不过文章中重点不清晰，拥有过多无用的废话，这篇就是完整的硬件解决方案了。

欧姆龙的压力探头，贵捏

不同的视图

这个就是基本的电桥电路图

电桥的上下是加的电压，左右是平衡测量

来自于ADI-具体的连接图，我也突然明白了，为什么板子上面有个恒压5V了

事实上这些都是空压传感器，不能测量液体的压力，我找了一下，好像没有特别小的液体压力传感器，这个不好说。。。

整个输出范围是很线性的

事实上，它加在传感器的上方是一个100uA的恒流源，这样就相当于给了精确的电压：

这种传感器就不是加个恒压那么简单，而是加恒流

那我就不得不说AD620构成的恒流源了

利用下面我说的特性就可以：

1运放反相和正相输入端电压总是相等

1运放反相和正相输入端没有电流输入

只需要在正相输入端提供稳定参考电压，反相连接限流电阻和负载，就可以实现简易的恒流源：

官方给的原理图也是这样

其次也要理解各种压力的不一样

对眼内压进行穿刺的时候是非常细的针头，数字越大越细：

30 或 33 号 平衡盐溶液是溶液中电解质含量与血浆内含量相仿的盐溶液称为平衡盐溶液。等渗盐水含Na+和Cl-为154mmol/L，而血液内Na+和Cl-含量分别为142mmol/L和103mmol/L，两者相比，等渗盐水的Cl-含量比血液的Cl-含量高50mmol/L，在重度缺水或休克状态下，肾脏血液减少，会影响正常的排氯功能，从静脉内输给大量等渗盐水，有导致血Cl-过高，引起高氯性酸中毒的危险。因此，用等渗盐水治疗缺水有不足之处，而使用平衡盐溶液可避免输入过多的Cl-，治疗缺水更符合生理，且能有助于纠正酸中毒。常用的平衡盐溶液有乳酸钠和复方氯化钠溶液(1/6M乳酸钠溶液1/3加复方氯化钠溶液2/3);与碳酸氢钠和等渗盐水溶液(1.25%碳酸氢钠溶液1/3和等渗盐水2/3)两种。

鲁尔锁适配接头以德国仪器制造商 Hermann Luer 命名，是最早的医疗适配件之一，旨在为注射器和针头之间提供无泄漏连接，并保持管腔连续贯通以供液体流动。插入的适配件为锥形，锥度为 6%。当用力挤压在一起时，锥体内壁对外壁的挤压旨在产生一个无泄漏的连接。鲁尔锁连接的使用与血管通路最相关，但是，鲁尔锁连接也被用于其他的医学应用(例如，内部连接和气动连接等)。为消除危险和通常致命的交叉连接，最近研制的 ISO 80369 标准“鲁尔锁适配件”仅限用于血管用途。

鲁尔锁接头通常是用塑料制造的;但是，也可以用玻璃或金属制造。针对血管内接头的新标准 ISO 80369-7 对塑料适配接头的柔软度进行了限制，以帮助确保连接在承受压力时不会变形。

通常被称为“鲁尔滑锁”的鲁尔锁锥形适配接头是最初的设计，完全依靠压缩力和相反锥面之间产生的摩擦力来维持无泄漏连接(图 1)。采用这种设计，只要不小心给连接施加拉力，就会使其意外分开。作为减少意外分开情况的措施，我们研制了鲁尔-旋锁适配接头，由一个带有相关螺纹“裙边”的公锥和一个带有法兰(可与被称为“凸耳”的螺纹接合)的母锥组成(图 2)。当两个适配件旋在一起时，锥形表面以与所述锥形连接相同的方式被压缩;但是，由于增加了螺纹管箍，连接不能简单拆分。

有两种版本的鲁尔-旋锁接头。公鲁尔-旋锁适配件可能有一个“固定的”裙边，其中的裙边和鲁尔锥体是一个组合件，也可能有一个“旋转”裙边，其中的裙边和锥体是分开的组件(图2和3)。旋转裙边可使锥体适配咬合，然后与裙边一起紧密固定，但不会使静脉管线发生任何扭曲。

The Arduino Due is the first Arduino board based on a 32-bit ARM core microcontroller. With 54 digital input/output pins, 12 analog inputs, 2 DAC and 2 CAN it is the perfect board for powerful larger scale Arduino projects.

原论文写的是使用这个板子，我查了下是MP的，ADC是12bit

这是论文中给出的采样频率：50 毫秒(20 Hz)的采集速率转换为数字信号。内部电路确保测量范围之外的压力不会产生足够大的电压以损坏，其实就是加了分压的电路。

仪表放大器的主要用途是放大噪声环境中传感器输出的弱信号。对压力传感器或温度传感器信号的放大是常见的仪表放大器应用。

使用的仪表放大器是TI家的：

INA126是精密仪表放大器，用于精确、低噪声、差分信号采集。双运放设计提供卓越的性能和低静态电流(175 μA/通道)。这些功能与 ±1.35 V 至 ±18 V 的宽工作电压范围相结合，使 INAx126 成为便携式仪器和数据采集系统的绝佳选择。

使用单个外部电阻器即可将增益设置为 5 V/V 至 10000 V/V。精密输入电路提供低失调电压(最大值 250 μV)、低失调电压漂移(最大值 3 μV/°C)和出色的共模抑制。

具有噪声运行或高阻抗电源的应用可能需要连接器件引脚的去耦电容。输出参考输出参考 (Ref) 引脚，该引脚通常接地。该连接必须是低阻抗的，以保持良好的共模抑制。

INAx126 系列具有低校正电压和低校正电压的特点。大多数应用不需要外部偏置调整。显示了用于调整输出校正电压的任选电路。施加到 Ref 引脚的电压被添加到输出信号中。抑制因子在参考引脚处提供低阻抗，以保持良好的共模抑制。

INA126 的输入阻抗很高，大约 10 ^9 Ω。但是，必须为输入的输入偏置电流提供一条路径。该输入偏置电流通常为 –10 nA(电流从输入引脚跳过)。高输入阻抗意味着输入电流随着输入电压的变化而变化。

输入电路必须为该输入偏置电流提供一条路径才能正常运行。图8-3显示了输入偏置电流路径的各种规定。如果没有偏置电流路径，输入会浮动到超过共模范围的电位，并输入放大器将渠。

如果源阻抗电阻较低，则可以将偏置电流返回路径连接到一个输入(参见图8-3中的热电偶示例)。凭借先前的源阻抗，使用两个右边的电阻可提供平衡输入，并具有较高的偏置电流而具有较低的输入模校正电压和较好的高频共抑制的优点。

INAx126 可以在低至 ±1.35 V 的电源上运行。在 ±1.35 V 至 ±18 V 的电源范围内，性能仍然出色。此时电源电压范围内，大多数参数仅约为变化。

低电源电压下运行需要特别注意，以确保共模电压保持在线性范围内。

INAx126 采用单电源供电，需要特别注意输入共模范围、两个增强放大器的输出电压摆幅以及施加到 Ref 引脚的电压。图 9-1 显示了采用 5V 单电源供电的桥式放大器电路。桥提供接近2.5V的输入共模电压，并具有相对较小的标注电压。

1确保两个输入路径的源阻抗和电容良好匹配，以避免将共模信号转换为差分信号。此外，增益设置引脚处的寄生电容也会影响频率范围内的 CMRR。选择元件时应使开关电容尽可能小。

在每个电源引脚和接地之间连接低 ESR、0.1μF 陶瓷旁路电容器，并尽可能靠近器件放置。从 V+ 到地的单个旁路电容器适用于单电源应用。

在文中输出的传感器电压已经超了ADC的量程，搭建一个简单的分压电路做限幅：

C++

电源电压Vs

R1节点A

R2地

1R1和R2为两个电阻器

1电源电压Vs接到电路输入端

1节点A是R1和R2的公共连接节点,也是电路输出端

该电路的工作原理是:

1输入电压Vs会按比例分配在R1和R2上,根据电阻分压定律: Vs = IR1 + IR2

1在节点A的电压是R2端的电压,可以表示为: VA = IR2 = R2/(R1+R2) * Vs

1通过选择不同的R1和R2值,可以获得0-Vs范围内的任意分压电压。

1分压比率与R2/(R1+R2)成正比。

所以这个简单的两电阻分压电路可以用来获取稳定的分压电压,通过改变电阻值可以控制分压比例。

那假如这个按照文中给的参考电路做，那这些芯片就是供电的LDO，一个构成恒压流的运放，和一块仪表放大器，若干电阻组成分压电路。

用一根针获得读数后，使用推入配合连接将由压力传感器和针组成的一次性单元更换为新单元，以获得下一组读数。

审核编辑：汤梓红