傳感器技術(shù)在微量注射泵中的應(yīng)用

0 引言
微量注射泵是臨床醫(yī)療和生命科學(xué)研究中一種經(jīng)常使用的，長(zhǎng)時(shí)問(wèn)進(jìn)行均勻微量注射的儀器?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外微量注射泵面臨的難點(diǎn)是精度不夠和成本比較高。國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品采用軟件控制注射的精度，這導(dǎo)致儀器容錯(cuò)性很差，并且只能使用單一廠家的注射器。而國(guó)外同類產(chǎn)品采用電位計(jì)控制注射的精度，要達(dá)到相對(duì)高的精度則對(duì)電位計(jì)的要求很高。
傳感器是一種能感受或響應(yīng)規(guī)定的被測(cè)量物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置，它可將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供檢測(cè)的電信號(hào)，并將各種參量送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)、控制，是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件。近年來(lái)，傳感器的應(yīng)用正朝著兩個(gè)方向發(fā)展，一是單一功能傳感器朝著多用途傳感器的綜合應(yīng)用發(fā)展；二是傳感器與微處理機(jī)接口，既改進(jìn)傳感器的測(cè)量精度和可靠性，又提高微處理機(jī)的運(yùn)算精度，二者相輔相成。當(dāng)前，傳感器已廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、宇宙空間、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、自然災(zāi)害預(yù)報(bào)、醫(yī)療保健以及癌癥診斷等各個(gè)領(lǐng)域。
本文研究了幾種傳感器在測(cè)量中的應(yīng)用，選取了容柵傳感器等傳感器用于微量注射泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，成功地提高了注射精度，并兼容多個(gè)廠家的注射器，增強(qiáng)了微量注射泵的功能。本文將闡述這些傳感器在微量注射泵中的應(yīng)用。

1 容柵傳感器
容柵傳感器是一種基于變面積工作原理，可測(cè)量大位移的電容式數(shù)字傳感器，與其它數(shù)字式位移傳感器，如光柵、感應(yīng)同步器等相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率和準(zhǔn)確度高、測(cè)量速度快、功耗小、成本低、對(duì)使用環(huán)境要求不高等突出的特點(diǎn)，因此在電子測(cè)量技術(shù)中占有十分重要的地位。隨著測(cè)量技術(shù)向精密化、高速化、自動(dòng)化、集成化、智能化、經(jīng)濟(jì)化、非接觸化和多功能化方向的發(fā)展，容柵傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
本系統(tǒng)中主要是對(duì)直線位移的測(cè)量，所以采用直線型容柵傳感器。容柵傳感器的結(jié)構(gòu)非常類似于平行板電容器，它是由一組排列成柵狀結(jié)構(gòu)的平行板電容器并聯(lián)而成的，如果把隨時(shí)間變化的周期信號(hào)，通過(guò)電子電路的控制，在同一瞬間以不同的相位分布，分別加載于順序排列的柵狀電容器各個(gè)柵極上，則在另一公共極板上，任一瞬間產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)將與該瞬間加載的激勵(lì)信號(hào)具有相同的相位分布。

容柵傳感器動(dòng)?xùn)?、定柵各極板之間形成的電容的等效電路如圖1所示，設(shè)C1(x)，C2(x)，C3(x)……C8(x)為動(dòng)?xùn)派?8塊極板與定柵上相應(yīng)極板所構(gòu)成的電容量，它是位移x的函數(shù)，假設(shè)小發(fā)射極板與反射極板完全覆蓋時(shí)兩者之間的電容為C0，每一塊小發(fā)射極板的寬度為w，則由圖可知，當(dāng)0≤x≤w 時(shí)，C 8(x)=C 0(x)／w，C 1(x)=C 2(x)=C 3(x)=C 0，C 4(x)=C 0(1-x／w)，c5(x)=c6(x)=c7(x)=0。由此可以得出整個(gè)量程中兩極板之間的電容量隨位移x的變化規(guī)律。