English 0 позиций в запросе!   Отправить?
Подписка на новости
Задать вопрос

Имя *

E-Mail *

Компания *

Телефон *

Вопрос *

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных

Заказать образцы

Имя *

E-Mail *

Телефон *

Сайт

Компания *

Описание проекта *

Образцы предоставляются под проект

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на
обработку своих персональных данных и
обратную связь со специалистами PT Electronics

Подписка на новости

Назад

Датчики Honeywell в аппаратах для лечения апноэ во сне

23 Апр 2019

Автор статьи

Иван Завалин, elmeh@ptelectronics.ru

 
 
Опубликовано в номере:
 
PDF версия
 

Апноэ во сне — это повторяющаяся остановка дыхания во время сна, происходящая иногда сотни раз за ночь, часто с продолжительностью минуту или дольше. При отсутствии терапии ночное апноэ может стать причиной высокого давления, различных сердечно-сосудистых заболеваний, потери памяти и проблем с весом. Различные медицинские исследования показывают, что апноэ, продолжающееся длительное время и оставленное без лечения, может также повысить риск рака. Отсутствие полноценного сна также приводит к ухудшению работоспособности и снижению концентрации внимания.


Основной способ профилактики и лечения апноэ — терапия с помощью аппарата поддержания положительного давления в дыхательных путях (PAP), пример такого аппарата приведен на рис. 1. Пациент надевает маску для подачи воздуха под давлением, проходящего через носовые ходы, не позволяя верхним дыхательным путям сужаться, что препятствует остановке дыхания. Существует три основные категории аппаратов поддержания PAP:

1) Аппарат CPAP (Continuous Positive Airway Pressure — постоянное положительное давление) обеспечивает постоянное давление воздуха. Это положительное давление не позволяет горлу сужаться во время сна и дает пациенту свободно дышать, не беспокоясь об остановках дыхания.

2) Аппарат Auto-PAP (Automatic Positive Airway Pressure — положительное давление с автоматическим контролем) измеряет сопротивление при дыхании и на основе полученных результатов подает воздух под давлением, необходимым для поддержания беспрепятственного дыхания.

3) Аппарат Bilevel-PAP (Bilevel Positive Airway Pressure — двухуровневое положительное давление) обеспечивает два уровня давления воздуха: IPAP — положительное давление во время вдоха, и более низкое EPAP — положительное давление во время выдоха.

Применение датчиков Honeywell

лечение апноэ во сне

Рис. 1.
Аппарат для лечения апноэ во сне

Компания Honeywell производит большой ассортимент датчиков, которые можно использовать в аппаратах для лечения апноэ во сне. Они предназначены для управления потоком, давлением, влажностью и температурой воздуха и формирования сигналов для плавного управления двигателем.

  1. Датчик воздушного потока (датчик расхода)*:

–  серия Honeywell ZephyrTM HAF;

–  серия AWM90000 (AWM92100V).

  1. Датчик влажности:

–  серия Honeywell HumidIconTM HIH8000 или HIH9000;

–  серия HIH-5031/5032 или HIH-4030/4031 (HIH-4020/4021/4000).

  1. Датчик давления:

–  серия TruStabilityTM RSC, HSC или SSC;

–  серия Basic ABP.

  1. Термисторы и датчики температуры:

–  192- или 194-я серия;

–  500-я серия.

  1. Термостаты:

–  серия 2450RC.

  1. Магнитные датчики:

–  серия SS400, SS360NT, SS360ST или SS460S.

* Как правило, в аппарате применяется только один датчик потока. Некоторые размещают его перед вентилятором, некоторые — после.

Датчики воздушного потока

Эти датчики контролируют процесс дыхания пациента и формируют сигнал, управляющий потоком вентилятора внутри аппарата в тот момент, когда пациент начинает делать выдох. Создаваемое таким образом снижение сопротивления выдоха предотвращает у пациента ощущение затрудненного из-за аппарата дыхания и уменьшает дискомфорт. Аппараты, в которых для определения цикла дыхания используются датчики потока, более комфортны для пациента и могут быть использованы чаще по сравнению с аппаратами, не обладающими подобной функцией. Для поддержания режима лечения такие аппараты предпочтительны. Датчики потока применяются в Auto-PAP- и Bilevel-PAP-аппаратах. В таблице ниже приведены некоторые особенности датчиков потока Honeywell.

Аналоговые и цифровые датчики Honeywell ZephyrTM HAF на расход от ±50 до ±750 см3/мин Особенности
Honeywell Zephyr

Высокое разрешение повышает чувствительность и, как следствие, точность управления давлением

Высокая точность позволяет прецизионно измерить расход воздуха
Высокая стабильность устраняет необходимость калибровки системы после монтажа и увеличивает время между периодическими калибровками в последующей эксплуатации
Небольшой перепад давления при проходе потока через датчик снижает дискомфорт для пациента и уменьшает износ двигателя вентилятора или насоса
Линейный выходной сигнал обеспечивает большее удобство работы и устраняет необходимость в дополнительной линеаризации, что потенциально снижает временные и материальные затраты на проектирование и в производстве
 Возможность исполнения датчика с питанием 3,3 В позволяет применять его в приложениях с батарейным питанием
Цифровые датчики Honeywell ZephyrTM HAF на расход от 10 до 300 ст. л/мин Особенности
Honeywell Zephyr Наименьшее среди аналогов значение суммарной погрешности датчика позволяет прецизионно измерять расход газа, что идеально для применений, требующих высокой точности
Короткое время отклика позволяет оперативно реагировать на изменения потока
Высокая стабильность устраняет необходимость калибровки системы после монтажа и увеличивает время между периодическими калибровками в последующей эксплуатации
Высокое разрешение позволяет регистрировать даже небольшие изменения потока
Широкий диапазон по питанию дает разработчику возможность выбора питающего напряжения, наиболее подходящего к разрабатываемой системе
Цифровой интерфейс I2C упрощает интеграцию с микроконтроллерами
 Возможность заводской калибровки для различных газов (воздух, гелий, аргон, азот, оксид азота, углекислый газ) устраняет необходимость использования поправочных коэффициентов
 
Серия AWM90000 (AWM92100V) Особенности
Honeywell Zephyr Хорошая чувствительность к низким значениям расхода (от 0,1 см3/мин до 200 ст. л/мин)
Конкурентная стоимость
Низкое энергопотребление
Аналоговый выход
Малое время отклика

Магнитные датчики

Надежные датчики серии SS400 созданы в соответствии с требованиями к повышению точности выходного сигнала, необходимой для плавного управления двигателем вентилятора, чтобы уменьшить вибрацию и шум. Температурно-стабильная схема датчика обеспечивает высокую точность в рабочем диапазоне температур и поддерживает правильную работу вентилятора аппарата.

Серия SS400  Особенности
Серия SS400  Четырехполюсная схема датчика Холла обеспечивает стабильность выходного сигнала
Датчики в различном исполнении (омниполярные, биполярные, униполярные)
Отрицательная температурная кривая нивелирует отрицательный температурный коэффициент дешевых магнитов и обеспечивает срабатывание в широком диапазоне температур
Встроенная стабилизация питания
Низкое потребление
Серии S360NT, SS360ST, SS460S Особенности
Серии S360NT, SS360ST, SS460S Самое быстрое время отклика в классе
Схема стабилизации без чоппера
Высокая чувствительность
Широкий диапазон рабочего питания 3–24 В
Встроенная схема для работы с напряжением обратной полярности
Надежная конструкция

Датчики влажности

Эти датчики используются для регулирования подачи теплого влажного воздуха, что призвано повысить комфортность использования аппарата для пациента. При введении в поток влаги необходимо контролировать ее количество. Датчики влажности Honeywell устанавливаются либо непосредственно в поток воздуха, либо в параллельный отвод. Датчик соединяется с микроконтроллером и позволяет отрегулировать и обеспечить требуемый уровень влажности.

Honeywell HUMIDICONTM
Серии HIH8000, HIH9000
Особенности
Honeywell HUMIDICON Лучшая среди аналогов долгосрочная стабильность (1,2% относительной влажности за пять лет) минимизирует простой системы и устраняет необходимость регулярной калибровки датчика
Многослойная структура и корпус из термореактивного полимера создают устойчивость к большинству внешних воздействующих факторов и обеспечивают высокую надежность (средняя наработка на отказ >9 млн ч)
Встроенный датчик температуры
Низкое напряжение питания
Низкое энергопотребление благодаря наличию спящего режима
Высокое разрешение датчиков позволяет фиксировать малые изменения влажности и температуры
Температурно-компенсированные цифровые интерфейсы I2C и SPI позволяют исключить из схемы компоненты, связанные с дополнительной обработкой сигнала с датчика и упросить таким образом печатную плату
Миниатюрный SOIC-8-корпус для поверхностного монтажа и SIP 4-Pin обеспечивают гибкость применения за счет экономии места на плате
Исполнения с гидрофобным фильтром защищают устройство от конденсации влаги
Датчики подходят для автоматизированных линий монтажа
Серии HIH-5030/5031, HIH-4030/4031 Особенности
Honeywell HUMIDICON Многослойная структура и корпус из термореактивного полимера обеспечивают устойчивость к большинству внешних воздействующих факторов
Доступны исполнения с покрытием, с фильтром или без
Конструкция для поверхностного монтажа
Низкий ток потребления
Заводская калибровка датчиков обеспечивает точность работы
Напряжение питания:
  • HIH-5030/5031: 2,7–5,5 В
  • HIH-4030/4031: 4–5,8 В
Серии HIH-4020/4021, HIH-4000 Особенности
Honeywell HUMIDICON Экономически эффективные датчики влажности в SIP-корпусе
Высокая точность и малое время отклика
Многослойная структура и корпус из термореактивного полимера обеспечивают устойчивость к большинству внешних воздействующих факторов
Заводская калибровка датчиков обеспечивает точность работы
Для серии HIH-4020/4021: доступны исполнения с покрытием/без покрытия, с фильтром/без фильтра

Датчики давления на печатную плату

Один из основных компонентов в аппаратах лечения апноэ во сне — датчики давления, которые контролируют процесс подачи давления воздуха пациенту во всех трех типах аппаратов PAP. Некоторые особенности пластиковых датчиков давления компании Honeywell приведены в таблице 4.

Серии TRUSTABILITYTM RSC, HSC, SSC Особенности
TRUSTABILITY Усиленный выходной сигнал, температурная компенсация и калибровка позволяют исключить дополнительные компоненты для обработки сигнала с датчика и снизить стоимость и сложность схемы
Высокая стабильность
Цифровые интерфейсы SPI или I2C
Большое разнообразие корпусов и исполнений обеспечивает гибкость при разработке
Серия RSC предусматривает 24-битное разрешение и полную погрешность не выше 0,25% шкалы
Серия BASIC ABP Особенности
Серия BASIC ABP Высокая долговременная стабильность: ±0,25% шкалы
Полная погрешность не выше ±1,5% шкалы
Разнообразие корпусов
Хороший запас по выдерживаемым броскам давления
Широкий измерительный диапазон: от 60 мБар до 10 Бар | от 6 кПа до 1 МПа | от 1 psi до 150 psi
Соответствует требованиям IPC/JEDEC J-STD-020D.1, уровень чувствительности к влажности MSL 1
Дополнительная функция самодиагностики
Низкое энергопотребление
Ратиометрический аналоговый выход
Возможность измерения давления в жидких средах

Термисторы и датчики температуры

Теплый и влажный воздух помогает обеспечить пациенту комфортное дыхание и уменьшить неприятные ощущения в горле, вызванные вдыханием холодного, сухого воздуха. Температуру подаваемого аппаратом воздуха измеряют и контролируют, поддерживая оптимальные для комфортного дыхания значения. Эту функцию можно реализовать или с помощью встроенного в датчик влажности температурного датчика, или с помощью отдельных самостоятельных датчиков температуры. Компания Honeywell производит датчики серии 192 и 194, устанавливаемые непосредственно в воздушном потоке. Датчик подключается к микроконтроллеру, предназначенному для мониторинга температуры воздушного потока и взаимодействующего с контуром управления температурой. Доступны как бескорпусные исполнения, так и законченные монтажные решения.

Серии 192, 194 Особенности
 Серии 192, 194 Изолированные (192) и неизолированные выводы (194)
Стандартизированная кривая зависимости сопротивления от температуры упрощает разработку или замену датчика
Малый размер позволяет сэкономить занимаемое пространство

Корпусированные датчики температуры

Эти небольшие удобные для монтажа датчики содержат термисторы, защищенные корпусом от возможных повреждений в процессе эксплуатации и обслуживания. Корпусированные датчики температуры выравнивают распределение тепла по чувствительному элементу, обеспечивая высокую точность измерений температуры.

Серия 500 Особенности
Серия 500 Повышенная надежность, точность и стабильность
Широкий диапазон измеряемых температур
Различные исполнения, материалы и температурные кривые

Термостаты

Биметаллические термостаты могут быть включены в состав аппаратов для лечения апноэ во время сна как часть устройства гибких нагревателей для контроля температуры без задействования дополнительных программных или аппаратных средств.

Серия 2450RC Особенности
Серия 2450RC Экономическая эффективность
Рабочий диапазон температуры по требованию заказчика под конкретные применения
Различные крепления и соединительные клеммы

Заключение

В зависимости от сложности, функциональности устройства и требований по автономности набор датчиков, входящих в его состав, может различаться. Компания Honeywell предлагает большую вариативность решений, в зависимости от желаний и задач заказчика, что в результате позволяет разрабатывать и создавать медицинские приборы высокой надежности с хорошей функциональностью. Правильный выбор датчиков в аппарате для лечения апноэ во время сна позволяет улучшить эффективность лечения и обеспечить комфортное использование аппарата для пациента.