CS221617B1

CS221617B1 - Sensor for abdominal tokographic sensor

Info

Publication number: CS221617B1
Application number: CS852581A
Authority: CS
Inventors: Josef Cihak
Original assignee: Josef Cihak
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Předmět vynálezu se týká čidla pro abdominální tokografický snímač. Podle vynálezu je čidlo pro abdominálnl tokometrický snímač sestaveno z membrány s křemíkovými tenzometry a membrána zhotovená z titanu, tantalu, případně zirkonia je připevněna svárem na nosník z titanu. Noeník je opatřen krčkem a horním zápichem, středním zápichem a krajním zápichem. Nosník je po obvodu připevněn do osazení v pouzdru justovacíml šrouby. Vynález je vhodný k uplatněni v oblasti medicíny a biologie.The subject of the invention relates to a sensor for an abdominal tocographic sensor. According to the invention, the sensor for an abdominal tocometric sensor is assembled from a membrane with silicon strain gauges and the membrane made of titanium, tantalum or zirconium is attached by welding to a titanium beam. The beam is provided with a neck and an upper notch, a middle notch and an extreme notch. The beam is attached to the seat in the housing around the circumference with adjusting screws. The invention is suitable for application in the field of medicine and biology.

Description

Vynález se týká čidla pro abdominální tokografický snímač s polovodičovými tenzometry, určeného pro indikaci nebo měření děložních kontrakcí abdominélním způsobem, před porodem nebo během porodu, případně pro měření malých sil v biologii a medicíně.The invention relates to a sensor for an abdominal tocographic transducer with semiconductor strain gauges, intended for the indication or measurement of uterine contractions in an abdominal manner, before or during delivery, or for measuring small forces in biology and medicine.

V současná době je jako čidel pro abdominální tokografická snímače využíváno mechanoelektrických převodníků na induktivním, případně kapacitním principu. Tyto dva principy jsou velmi nevýhodná předevěím z hlediska poměrně náročné konstrukce a tím i výrobního postupu. Snímače jsou velmi náchylné na ruěení nebo jsou sami zdrojem silného rušení.At present, mechanoelectric transducers based on inductive or capacitive principle are used as sensors for abdominal tocographic sensors. These two principles are particularly disadvantageous in view of the relatively demanding construction and hence the manufacturing process. Sensors are very susceptible to interference or are themselves a source of strong interference.

Z tohoto důvodu se prosazují především snímače, které využívají tenzometrických mechanoelektrických převodníků. Je použito jak klasických drátkových tenzometrů, tak i tenzometrů fóliových nebo velmi progresivních polovodičových tenzometrů, zpravidla na bázi křemíku.For this reason, sensors that use strain-gauge mechanoelectric transducers are particularly popular. Both conventional wire strain gauges and foil strain gauges or very progressive semiconductor strain gauges, usually based on silicon, are used.

Polovodičová tenzometry jsou obvykle tmeleny speciálním tenzometrickým lepidlem na kovový deformační člen, například ve tvaru tenké kruhové membrány, obdélníkové pružiny nebo tenké planžety.Semiconductor strain gauges are usually bonded with a special strain gauge glue to a metal deformation member, for example in the form of a thin circular membrane, a rectangular spring or thin foil.

Deformační nosník s natmelenými tenzometry je připevněn na základnu. Základna je zpravidla tvořena některým dílem pouzdra snímače nebo tvoří samostatnou část, která je do pouzdra snímače vkládána. Deformační člen je k základně připevněn speciálními šrouby, závitovým kroužkem nebo je použita technologie tmeleni, případně jsou tyto způsoby vzájemně kombinovány. Deformační nosník je zpravidla zhotoven z kvalitní oceli, beryliové bronzi nebo jiných speciálních materiálů. Základna je vytvořena z běžných konstrukčních materiálů, hliník, ocel nebo plastické hmoty. Deformační člen je v poměrně těsném mechanickém kontaktu s vnějším pouzdrem snímače a uložení deformačního členu není dostatečně tuhé.The deformation beam with cemented strain gauges is attached to the base. The base is typically formed by some part of the sensor housing or forms a separate part which is inserted into the sensor housing. The deformation member is fixed to the base by special screws, a threaded ring, or by using cementing technology, or these methods are combined with each other. The deformation beam is usually made of high-quality steel, beryllium bronze or other special materials. The base is made of common construction materials, aluminum, steel or plastic. The deformation member is in relatively close mechanical contact with the outer housing of the sensor and the bearing of the deformation member is not sufficiently rigid.

Takto řešené snímače jsou nevýhodné především z hlediska málo definovaného spojení, 4 což neumožňuje mechanické odrušení vnějších mechanických pnutí, není dostatečně reprodukova- !Such sensors are disadvantageous especially from the point of view of little defined connection 4, which does not allow mechanical interference of external mechanical stresses, it is not sufficiently reproduced!

telná teplotní kompenzace a hlavním nedostatkem je především výrazná časová nestabilita a velmi nízká mez únavy spojení deformačního členu a základny. Nevýhodné je i lepení a tmeleni, které jsou náročným technologickým procesem s malou reprodukovatelností, přičemž se jedná o pracnou individuální operaci.The main disadvantage is a significant time instability and very low fatigue limit of the deformation member and the base. Also disadvantageous is gluing and sealing, which is a difficult technological process with low reproducibility, and it is a laborious individual operation.

Dosud známá provedení navíc vyžadují poměrně robustní provedení všech dílů, což nepříznivě zvyšuje hmotnost snímače. Přitom nízké hmotnost snímače je jedním ze základních požadavků klinické praxe.Moreover, the known designs require a relatively robust design of all parts, which adversely increases the weight of the sensor. The low weight of the sensor is one of the basic requirements of clinical practice.

Všechna známá provedení vyžadují po určité době znovunastavení některých parametrů, především nulové úrovně a indikace děložní aktivity je prováděna s celkové nižší přesností.All known embodiments require some parameters to be reset after some time, especially zero, and the indication of uterine activity is performed with an overall lower accuracy.

Podstata čidla pro abdominální tokografický snímač podle vynálezu, tvořeného membránou s křemíkovými tenzometry spočívá v tom, že membrána z titanu, tantalu případně zirkonia, s křemíkovými tenzometry, je připevněna svárem na nosník z titanu. Nosník je opatřen krčkem >The principle of the sensor for the abdominal tocographic sensor according to the invention, consisting of a membrane with silicon strain gauges, consists in that the membrane made of titanium, tantalum or zirconium, with silicon strain gauges, is fixed by welding to a titanium beam. The beam has a neck>

a horním zápichem, dolním zéplchem, středním zápichem a krajním zápichem a je po obvodu připevněna do osazení v pouzdru justovacími šrouby.and the upper groove, the lower groove, the middle groove and the extreme groove, and are circumferentially fixed to the shoulder in the housing by adjusting screws.

Přednosti čidla pro abdominální tokografický snímač podle vynálezu, je definované spojení membrány s nosníkem. Předností je i vysoké reprodukovatelnost vlastností tohoto spojení. Tím je docíleno vysoké stability parametrů a možnosti reprodukovatelná teplotní kompenzace. Je vyloučen lepený spoj nebo spojení pomocí šroubů, které je velmi nevýhodné. Provedení podle vynálezu zaručuje malou hmotnost čidla pro abdominální tokografický snímač, což zvyšuje jeho užitná vlastnosti a usnadňuje klinickou aplikaci. Provedení nosiče a upevnění pomoci justovacích šroubů do osazení pouzdra, umožňuje účinné odrušení od nepříznivého působení vnějších mechanických vlivů. Tím je výrazně omezen výskyt rušivých artefaktů. Použité materiály umožňují dilatační přizpůsobení ke křemíkovým tenzometrům a soustava membrány a nosníku vyniká minimálním vnitřním pnutím a tím i velmi dobrou časovou i teplotní stabilitou. Celkově je velmi výrazně zlepšena přesnost a reprodukovatelnost mšření. Je snížena hystereze. Montáž čidla pro abdominální tokografický snímač a jeho uloženi a upevnění do pouzdra snímače je velmi jednoduchá. Je odolná proti mechanickému poškození, proti nárazům a vlivům chvění. Zpětně je velmi dobře rozebíratelné, jednotlivé díly jsou snadno vyměnitelné.Advantages of the sensor for the abdominal tocographic transducer according to the invention is the defined connection of the membrane to the beam. The advantage is also high reproducibility of the properties of this connection. This ensures high stability of parameters and the possibility of reproducible temperature compensation. A glued joint or a bolt connection is avoided, which is very disadvantageous. The embodiment of the invention guarantees a low weight sensor for the abdominal tocographic sensor, which increases its utility and facilitates clinical application. The design of the carrier and fastening by means of adjusting screws into the shoulder of the sleeve allow effective interference suppression from the adverse effects of external mechanical influences. This significantly reduces the occurrence of disturbing artifacts. The materials used allow for dilatation adaptation to silicon strain gauges and the membrane-beam system excels with minimal internal stresses and thus very good time and temperature stability. Overall, the accuracy and reproducibility of the screening is greatly improved. Hysteresis is reduced. Mounting the sensor for the abdominal tocographic sensor and placing it in the sensor housing is very simple. It is resistant to mechanical damage, shock and vibration. It is very easy to dismount and individual parts are easily replaceable.

Provedení snímače jen minimálně zatěžuje pacientku a provedení čidla pro abdominální tokografický snímač umožňuje/modifikaci provedení snímače podle potřeb klinická aplikace, například jako provedení s kolíkem, zatlač!telnou ploěkou nebo jako provedení s nastavitelnou výškou kolíku.The sensor design minimizes patient burden and the sensor design for the abdominal tocographic sensor allows / modifies the sensor design as needed by the clinical application, for example, as a pin design, a push pad, or an adjustable pin height design.

Na výkrese je znázorněno v řezu čidlo pro abdominální tokografický snímač. Membrána 4 je připevněna na nosník 2 pomocí sváru 4· Membrána 1 je opatřena křemíkovými tenzometry 2 a ve středu je připevněn hrot J. Nosník 2 je opatřen krčkem 16 a horním zápichem 1 2. dolním zápichem 13. středním zápichem 14 a krajním zápichem 15. Nosník 2 je upevněn po obvodu do pouzdra 2 pomocí justovaeíeh šroubů 6, přičemž na pouzdro 2 de pomocí šroubů 11 upevněn tištěný spoj 8, přes podložku 10. zhotovenou například z keramické slídy. Nosník 2 je vytvořen z titanu, membrána 1 je vytvořena z titanu, tantalu, popřípadě ze zirkonia. Pouzdro je opatřeno vodicím kolíkem 2· Hrot 2 je uchycen na membránu 4 pojistnou matkou 17.In the drawing, a sensor for an abdominal tocographic sensor is shown in cross-section. The diaphragm 1 is provided with a silicon strain gauge 2 and the tip J is attached in the center. The diaphragm 1 is provided with a neck 16 and an upper recess 12 with a second recess 13 with a middle recess 14 and with an extreme recess 15. The support 2 is fixed circumferentially to the housing 2 by means of adjusting screws 6, the printed circuit 8 being fastened to the housing 2 by means of screws 11, over a washer 10 made, for example, of mica. The beam 2 is made of titanium, the membrane 1 is made of titanium, tantalum or zirconium. The housing is provided with a guide pin 2 · The tip 2 is attached to the membrane 4 by a lock nut 17.

Čidlo pro abdominální tokografický snímač sestává z membrány 4i která je spojena s nosníkem 2 pomocí sváru 4· Membrána i je vytvořena nejlépe z titanu, popřípadě z tantalu, zirkonia, tedy z materiálů s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti, blízkým koeficientu teplotní roztažnosti křemíku. Současně se jedná o materiály s vysokou korozní odolností a vysokou stabilitou fyzikálních vlastností v podmínkách klinické aplikace. Je dosaženo velmi dobrého dilatačního přizpůsobení membrány i, nosníku 2 a křemíkových tenzometrů 2 a výrazného omezení nepříznivého mechanického pnutí ve spoji mezi membránou 4 a křemíkovými tenzometry zvláště při rychlé změně teploty okolí. Nosník 2 je vytvořen z titanu, který má nízký koeficient teplotní roztažnosti a rovněž i nízkou specifickou hmotnost, což současně umožňuje dilatační přizpůsobení nosníku 2 a membrány 1 a výrazné snížení hmotnosti snímače.The sensor for the abdominal tocographic sensor consists of a membrane 4i which is connected to the beam 2 by means of a weld 4. The membrane i is preferably made of titanium or tantalum, zirconium, ie materials with a low coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of silicon. At the same time, these are materials with high corrosion resistance and high stability of physical properties under conditions of clinical application. A very good expansion fit of the diaphragm 1, the beam 2 and the silicon strain gauges 2 is achieved and a significant reduction in the unfavorable mechanical stress at the joint between the membrane 4 and the silicon strain gauges is achieved, especially when the ambient temperature changes rapidly. The beam 2 is made of titanium, which has a low coefficient of thermal expansion as well as a low specific gravity, which at the same time allows for an expansion adjustment of the beam 2 and the membrane 1 and a significant reduction in the weight of the sensor.

Membrána 4 a nosník 2 jsou spojeny svárem 4· Svár 4 umožňuje mechanicky velmi pevné a tuhé spojení s minimálním mechanickým pnutím uvnitř spoje, které se s časem jen nepatrně mění. Tím je umožněno dosažení velmi dobré časové i teplotní stability. Vytvoření sváru 4 je docíleno například elektronovým plazmovým svařováním, popřípadě svařováním pomocí laserového paprsku. Spojení membrány 4 a nosníku 2 je odolné proti přetížení.The membrane 4 and the beam 2 are joined by a weld 4. The weld 4 allows a mechanically very strong and rigid connection with minimal mechanical stress inside the joint which changes only slightly with time. This allows very good time and temperature stability. The formation of the weld 4 is achieved, for example, by electron plasma welding or laser beam welding. The connection of the membrane 4 and the beam 2 is resistant to overload.

Horní zápich 12 a dolní zápich 13. vytvořené v nosníku 2, výrazně omezují přenos působení vnějších mechanických sil na membránu 4· Tím je zamezeno vzniku artefaktů. Střední zápich 14 a krajní zápich 15 částečně omezují přenos nepříznivého mechanického pnutí na membránu 4 a zároveň snižují hmotnost nosníku 2.The upper recess 12 and the lower recess 13 formed in the beam 2 significantly reduce the transmission of external mechanical forces to the diaphragm 4. This prevents artifacts. The intermediate groove 14 and the outer groove 15 partially reduce the transfer of adverse mechanical stress to the membrane 4 while reducing the weight of the beam 2.

Krček 16 umožňuje vytvoření sváru 4 ⁰ velmi malých rozměrech a rovněž omezuje přenos mechanického pnutí k membráně 4· Upevnění nosníku 2 do pouzdra 2 pomocí justovaeíeh šroubů 6, umožňuje začlenění čidla pro abdominální tokografický snímač do konečné konstrukce snímače. Upevněni nosníku 2 do osazení v pouzdru 2 pomocí justovaeíeh šroubů 6 omezuje přenos parazitních sil, zvláště při upnutí snímače na břicho pacientky nebo při manipulaci se snímačem. Na pouzdro 2 da upevněn vodicí kolík 2 a tištěný spoj 8 přes podložku 42· pomocí šroubů 41·The neck 16 provides a weld seam 4 ⁰ very small dimensions, and also limits the transmission of mechanical stress to the diaphragm 4 · Mounting beam 2 to the housing 2 by means of bolts 6 justovaeíeh allows incorporation sensors abdominal tokografický sensor to the final design of the sensor. Fixing the beam 2 to the shoulder in the housing 2 by adjusting the screws 6 limits the transmission of parasitic forces, especially when clamping the sensor to the patient's abdomen or handling the sensor. The guide pin 2 and the printed circuit board 8 are fastened to the housing 2 da via the washer 42 · with screws 41 ·

Působící síla, úměrná například velikosti nebo intenzitě děložních kontrakcí, je přiváděna přes hrot 2 na membránu 4» která je připevněna na nosník 2 a svár 4 vytváří tuhé spojení. Úměrně velikosti působící síly je membrána 4 deformována a vzniklé mechanické pnutí na povrchu membrány 4 d® snímáno křemíkovými tenzometry 2, zpravidla zapojenými do Wheat stoneova odporového můstku, který je napělově nebo proudově napájen. Definovaná deformace křemíkových tenzometrů 2 ³® projeví jako změna ohmického odporní křemíkových tenzometrů 2*An applied force proportional to, for example, the magnitude or intensity of the uterine contractions is applied via the tip 2 to the membrane 4 which is attached to the beam 2 and the weld 4 forms a rigid connection. Proportionally to the magnitude of the applied force, the membrane 4 is deformed and the mechanical stresses on the surface of the membrane 4 d® are sensed by silicon strain gauges 2, usually connected to a Wheat stone resistance bridge, which is fed or energized. Defined deformation of silicon strain gauges 2 ³ ® manifests as a change in ohmic resistance of silicon strain gauges 2 *

V můstkovém zapojeni je tato změna snímána jako napělově rozvážení můstku. Velikost elek221617 trlckého napětí je úměrně velikosti působící síly. Působící proměnná mechanická síla je pak snímána jako analogový elektrický signál.In the jumper wiring, this change is sensed as a bridge voltage equilibrium. The magnitude of the TRK voltage is proportional to the magnitude of the applied force. The applied variable mechanical force is then sensed as an analog electrical signal.

Claims

BACKGROUND OF THE INVENTION A sensor for an abdominal tocographic sensor, consisting of a membrane with silicon tensiometers, characterized in that the membrane (1) of titanium, tantalum or zirconium with silicon strain gauges (3) is fixed by welding (4) to the titanium beam (2). wherein the beam (2) is provided with a neck (16) and an upper recess (12), a lower recess (13), a middle recess (14) and an extreme recess (15) and is circumferentially fixed to the shoulder in the housing (5) by adjusting screws