CS201666B1

CS201666B1 - Sensor for continuous registration of the variable force

Info

Publication number: CS201666B1
Application number: CS135178A
Authority: CS
Inventors: Josef Cihak
Original assignee: Josef Cihak
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1980-11-28

Description

Vynález se týká membránového čidla s polovodičovými prvky citlivými na mechanickou deformaci, vhodného zejména pro použití v lékařské praxi pro abdominální snímání děložních kontrakcí.The present invention relates to a membrane sensor with semiconductor elements sensitive to mechanical deformation, particularly suitable for use in medical practice for the abdominal sensing of uterine contractions.

Dosud známá čidla síly pro abdominální tokometrické snímače děložních kontrakcí používají pro detekci síly, působící na tokohrot snímače kapacitního nebo induktivního analogového převodníku síly na elektrický signál, popřípadě tenzometrických analogových převodníků. Nevýhodou kapacitních převodníků je poměrně složitá a na otřesy a nárazy choulostivá konstrukce a výstupní signál je snadno rušen vnějším elektromagnetickým polem. Podobné nevýhody mají i induktivní čidla, která jsou sama navíc zdrojem silného rušení, což je nevýhodné při souběžném snímání fetálního EKG. Oba systémy, jak kapacitní, tak induktivní, navíc vyžadují připojení přes adaptér, jsou-li současně používány moderní polovodičové snímače tlaku pro intrauterinární měření děložních kontrakcí. Dosud známá čidla s tenzometrickými prvky pracují s běžnými drátkovými tenzometry, řešenými konstrukčně jako táhla, nebo jsou upevňovány na obdélníkové nosníky z ocelového plechu. Všechny uvedené analogové převodníky mají společnou nevýhodu, že jsou poškoditelné dezinfekčními prostředky a intravenózními roztoky, protože nejsou přímo odděleny od pracovního prostředí, popřípadě musí být pracně oddělovány speciálními membránami z plastických hmot. Použití běžných konstrukčních materiálů pro deformované a pohyblivé členy čidel, které mají relativně nízkou mez únavy, snižuje spolehlivost čidel. U těchto čidel se dosahuje nízký výstupní signál, který navíc vyžaduje poměrně složité elektronické zpracování.Known force sensors for abdominal tocometric uterine contraction sensors use a capacitive or inductive analogue force transducer or tensometric analogue transducer to detect the force acting on the flux. The disadvantage of capacitive transducers is relatively complicated and the shock and shock sensitive design and output signal is easily disturbed by the external electromagnetic field. Inductive sensors have similar disadvantages, which themselves are also a source of strong interference, which is disadvantageous in the simultaneous scanning of fetal ECG. In addition, both capacitive and inductive systems require an adapter connection when modern semiconductor pressure sensors are used simultaneously for intrauterine uterine contraction measurements. Known sensors with strain gauges work with conventional wire strain gauges designed as rods or are fixed to rectangular beams made of sheet steel. All of these analog converters have the common disadvantage that they are vulnerable to disinfectants and intravenous solutions because they are not directly separated from the working environment, or they must be laboriously separated by special plastic membranes. The use of conventional construction materials for deformed and movable sensor members having a relatively low fatigue limit reduces the reliability of the sensors. These sensors achieve a low output signal, which in addition requires relatively complex electronic processing.

Podstata čidla pro spojitou registraci proměnné síly podle vynálezu spočívá v tom, že na kovové kruhové membráně, vytvořené například z titanu, tantalu nebo slitiny mědi a berylia s obsahem 1,5 % až 3,2 % berylia, která je připevněna na nosič membrány s tištěným spojem, jsou rozmístěny polovodičové křemíkové tenzometry, uspořádané ve čtyřech skupinách s počtem jeden až sedm polovodičových křemíkových tenzometrů v každé skupině. Dvě krajní skupiny polovodičových křemíkových tenzometrů jsou umístěny ve směru radiálním, zatímco dvě vnitřní skupiny polovodičových křemíkových tenzometrů jsou umístěny ve směru tangenciálním. Jednotlivé polovodičové křemíkové tenzometry každé skupiny jsou zapojeny v sérii, přičemž všechny skupiny jsou vzájemně propojeny do Wheatstoneova odporového můstku.The principle of the variable force sensor according to the invention consists in that on a metal circular membrane, made for example of titanium, tantalum or a copper-beryllium alloy containing 1.5% to 3.2% beryllium, which is attached to the membrane carrier with printed circuit board, there are spaced semiconductor silicon strain gauges arranged in four groups of one to seven semiconductor silicon strain gauges in each group. The two outer groups of semiconductor silicon strain gauges are located in the radial direction, while the two inner groups of semiconductor silicon strain gauges are located in the tangential direction. The individual semiconductor silicon strain gauges of each group are connected in series, all groups being connected to each other in a Wheatstone resistance bridge.

Předností čidla pro spojitou registraci pro201666 měnné síly podle vynálezu je jednoduchost, vyloučení pohyblivých dílů a pouze jeden díl, a to kovová kruhová membrána, je tlakem namáhána, přičemž je zhotovena z materiálu s vysokou mezí únavy, což spolu s polovodičovými křemíkovými tenzometry, které mají rovněž vysokou mez únavy, dává záruku spolehlivé funkce. Uspořádání kovové kruhové membrány, nosiče membrány a tištěného spoje, chrání citlivé polovodičové křemíkové tenzometry před případným působením dezinfekčních a jiných roztoků a případným mechanickým poškozením. Vhodné rozmístění polovodičových křemíkových tenzometrů na kovové kruhové membráně, zhotovené z titanu, tantalu nebo slitiny mědi a berylia s obsahem 1,5% až 3,2% berylia, umožňuje zisk vysokého a stabilního výstupního signálu s vysokou požadovanou přesností. Čidlo pro spojitou registraci proměnné síly je spolehlivé, bez poruchových pohyblivých členů a dílů a je odolné proti nárazům a otřesům. Vynález je zejména vhodný pro použití v lékařské praxi pro abdominální snímání děložních kontrakcí v předporodní a porodní fázi.The advantage of the continuous force proximity sensor according to the invention is simplicity, elimination of moving parts and only one part, a metal circular membrane, is stressed and made of a material with a high fatigue limit, which together with semiconductor silicon strain gauges having also high fatigue limit, guarantees reliable function. The arrangement of the metal ring membrane, the membrane carrier and the printed circuit board protects sensitive semiconductor silicon strain gauges from the possible action of disinfectants and other solutions and possible mechanical damage. Appropriate placement of semiconductor silicon strain gauges on a metal circular membrane made of titanium, tantalum or a copper-beryllium alloy containing 1.5% to 3.2% beryllium yields a high and stable output signal with high required accuracy. The variable force transducer is reliable, free of defective moving parts and components, and is shock and vibration resistant. The invention is particularly suitable for use in medical practice for abdominal sensing of uterine contractions in the antenatal and labor phases.

Na připojených výkresech je znázorněno příkladné provedení čidla pro spojitou registraci proměnné síly, kde na obr.' 1 je znázorněno v řezu čidlo pro spojitou registraci proměnné síly podle vynálezu, na obr. 2 je nakreslen půdorys rozmístění polovodičových křemíkových tenzometrů na kovové kruhové membráně.The accompanying drawings show an exemplary embodiment of a sensor for continuously registering a variable force, wherein in FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable force sensor according to the invention, FIG. 2 is a plan view of the distribution of semiconductor silicon strain gauges on a metal circular membrane.

Na přiloženém výkrese na obr. 1 je znázorněn řez čidla pro spojitou registraci proměnné síly podle vynálezu, jako příklad se třemi polovodičovými křemíkovými tenzometry 61 is a cross-sectional view of a variable force sensor according to the invention, as an example with three semiconductor silicon strain gauges 6;

Claims

Sensor for continuous registration of variable force, characterized in that on a metal circular membrane (1), made for example of titanium, tantalum or a copper-beryllium alloy containing 1.5% to 3.2% beryllium, which is attached to the membrane support ( 2) with a printed circuit board (4), semiconductor silicon strain gauges (6 to 9) are arranged, arranged in four groups of one to seven semiconductor silicon strain gauges (6 to 9) to 9 in each group. The metal annular membrane 1 is attached to the membrane carrier 2 and a toe 3 is attached in the center of the metal annular membrane 1. A printed circuit 4 is connected to the membrane carrier 2, which connects the terminals 5 of the individual semiconductor silicon strain gauges 6 to 9.

In FIG.

2 shows a plan view of the arrangement of four groups of semiconductor silicon strain gauges 6 to 9 on a metal circular membrane 1, of which two extreme groups of semiconductor silicon strain gauges 6 and 7 are mounted in a radial direction, while two inner groups of semiconductor silicon strain gauges 8 and 9 are mounted in a direction tangential.

The continuous force variable sensing sensor according to the invention consists of a metal circular membrane 1 made of titanium, tantalum or a copper-beryllium alloy containing 1.5% to 3.2% beryllium, which is attached to the membrane carrier 2, to which it is further a printed circuit 4 is attached in the center of the metal circular membrane 1, which transmits the applied force to the metal circular membrane 1. The mechanical stresses generated in the metal circular membrane 1 are converted to an analogue electrical signal by four groups of semiconductor silicon strain gauges. 6 to 9, of which the two outer groups of semiconductor silicon strain gauges 6 and 7 are mounted in the radial direction, while the two inner groups of semiconductor silicon strain gauges 8 and 9 are in the tangential direction. The individual semiconductor silicon strain gauges 6 to 9 of each group, one to seven in each group, are connected in series, all groups being connected to each other in a Wheatstone resistance bridge.

OF THE INVENTION in each group, wherein the two extreme groups of semiconductor silicon strain gauges (6 and 7) are located in the radial direction, while the two inner groups of semiconductor silicon strain gauges (8 and 9) are located in the tangential direction, and the individual semiconductor silicon strain gauges (6 to 9) ) of each group are connected in series, all groups being interconnected to a Wheatstone resistor bridge.