DD240811A1

DD240811A1 - Sensor mit galvanisch getrennter signalauskopplung

Info

Publication number: DD240811A1
Application number: DD28042285A
Authority: DD
Inventors: Christian Hahn; Volker Zuerich; Klaus Forke
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1986-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung, welcher anwendbar ist insbesondere bei mikroakustischen Sensoren, die auf dem Gebiet der medizinischen Geraetetechnik eingesetzt werden, aber auch fuer galvanisch entkoppelte Sensoren auf anderen Gebieten der Technik. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor zu entwickeln, der durch Integration eines Elementes zur galvanischen Signaltrennung eine Messung von sich extrem langsam aendernden Signalen, z. B. Biosignalen, ermoeglicht und der eine verzerrungsfreie Ausgabe der niederfrequenten Messwerte gestattet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf einem Substrat ein Auskoppelinterdigitalwandler auf der dem Ausgangsinterdigitalwandler entgegengesetzten Seite in einem Abstand von 1 bis 5 mm zu einem Eingangsinterdigitalwandler angeordnet ist.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung mit einem mikroakustischen Sensorbauelement, bestehend aus mehreren Interdigitalwandlern, die auf einem Substrat angeordnet sind, und einem elektronischen Verstärker- oder Treiberbaustein, verschaltet zu einem Oszillator. Die Erfindung ist anwendbar in der Sensortechnik, insbesondere bei mikroakustischen Sensoren, die auf dem Gebiet der medizinischen Gerätetechnik eingesetzt werden, aber auch für galvanisch entkoppelte Sensoren auf anderen Gebieten der Technik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits mikroakustische Sensoren für Druck, Temperatur, Gaskonzentration und Feuchte bekannt, die frequenzanaloge Ausgangssignale, aufmoduliert auf eine hochfrequente Trägerschwingung, liefern.

Es ist eine Einrichtung zur Dämpfungsmessung einer akustischen Oberflächenwelle bekannt, die aus einer ersten Dreiwandlerstruktur und einer zweiten Dreiwandlerstruktur besteht, die als getrennt typisierte Sensorgrundstrukturen in einer Meßkammer angeordnet sind. Eine dritte Dreiwandlerstruktur ist getrennt von der Meßkammer als Referenzelement angeordnet.

Wird die Meßkammer von einem Gas durchströmt bzw. wird Gas in die Meßkammer gefüllt, so werden beide Laufstrecken der ersten Dreiwandlerstruktur gleichermaßen durch das Gas beeinflußt (DD-WP H 03 H / 258 320).

Weiterhin ist eine Einrichtung zum Nachweis von Gaskonzentrationen bekannt, wobei innerhalb von Kammern auf einem piezoelektrischen Substrat Interdigitalwandler derart aufgebracht sind, daß auf der Basis der akustischen Oberflächenwelle Verzögerungsleitungen entstehen. Diese Verzögerungsleitungen befinden sich im Rückkopplungszweig eines Verstärkers und bilden mit diesem einen Oszillator (DD-WP G 01 N / 232 740). Eine weitere Einrichtung zur Dämpfungsmessung einer Oberflächenwelle mit frequenzanalogem Ausgang ist dadurch charakterisiert, daß die Wandleranordnung auf dem Wellenleiter eine Dreiwandlerstruktur bildet, der mittlere Wandler als Ausgangswandler und die beiden äußeren Wandler elektrisch gleichartig als Eingangswandler angeordnet sind und daß sich die Laufstrecken der akustischen Oberflächenwelle zwischen den Eingangswandlern und dem Ausgangswandler befinden (DD-WP 225 604).

Nachteilig bei den genannten Einrichtungen ist das direkte Auskoppeln des Signals ohne galvanische Trennung, wodurch die geforderte Patientensicherheit in der Medizin nicht in ausreichendem Maße gewährleistet ist.

Auch bei speziellen Meßproblemen auf anderen Gebieten der Technik ist die Beseitigung der Gefahr der Zerstörung oder Beschädigung des Meßobjektes oder der Verfälschung der Meßergebnisse bei galvanischer Kopplung nicht gegeben. Eine nachträgliche Anordnung von Transformatoren, Optokopplern o. ä. zur galvanischen Trennung des Eingangskreises von der übrigen Apparatur würde den Aufwand erheblich erhöhen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, einen Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung zu schaffen, der ein Element zur galvanischen Trennung in integrierter Form enthält, um die Zuverlässigkeit der Anordnung zu erhöhen, den Aufbau zu vereinfachen und eine Miniaturisierung zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung zu entwickeln, der eine Einrichtung zur Messung von sich extrem langsam ändernden Signalen, z. B. Biosignalen, aufweist und die eine galvanische Trennung des Signalausganges und eine verzerrungsfreie Ausgabe der niederfrequenten Meßwerte ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einem Substrat ein Auskoppelinterdigitalwandler auf der dem Ausgangsinterdigitalwandler entgegengesetzten Seite in einem Abstand von 1 bis 5 mm zu dem Eingangsinterdigitalwandler angeordnet ist. Zwischen dem Eingangsinterdigitalwandler und dem außerhalb eines Einwirkungsraumes liegenden Auskoppelinterdigitalwandler kann in einem Abstand von 1 bis 5 mm zum Auskoppelinterdigitalwandler ein Multistreifenkoppler angeordnet sein.

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Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung Fig. 2: Sensor mit Multistreifenkoppler.

Wie in Figur 1 dargestellt, besteht der Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung aus einem Substrat 1, einem Ausgangsinterdigitalwandler 2, einem Eingangsinterdigitalwandler 3 und einem Verstärker 4, die zu einem Oszillator verschaltet sind. Auf der dem Ausgangsinterdigitalwandler 2 entgegengesetzten Seite ist im Abstand von 1 bis 5 mm zum Eingangsinterdigitalwandler 3 ein Auskoppelinterdigitalwandler 5 angeordnet. Zwischen dem Ausgangsinterdigitalwandler 2 und dem Eingangsinterdigitalwandler 3 wird die Laufstrecke 6 und zwischen dem Eingangsinterdigitalwandler 3 und dem Auskoppelinterdigitalwandler 5 wird die Laufstrecke 7 gebildet. Am Auskoppelinterdigitalwandler 5 wird die Ausgangsspannung 8 gemessen. Beim Betrieb des Oszillators werden vom Eingangsinterdigitalwandler 3 zwei akustische Oberflächenwellen generiert, die sich in Richtung des Ausgangsinterdigitalwandlers 2 und des Auskoppelinterdigitalwandlers 5 ausbreiten. Die Beeinflussung des Ausgangsinterdigitalwandlers 2 durch die akustische Oberflächenwelle auf der Laufstrecke 6 ergibt die Sensorfunktion, da sich die Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit von der Einflußgröße ändert.

Die sich in Richtung des Auskoppelinterdigitalwandlers 5 ausbreitende akustische Oberflächenwelle wird von diesem in eine elektrische Spannung zurückverwandelt, deren Frequenz der Oszillatorfrequenz entspricht. Die Laufstrecke 7 stellt gleichzeitig eine Kriech- und Luftstrecke dar und ist so bemessen, daß die Forderungen der Durchschlagfestigkeit erfüllt werden. Die Anordnung des Auskoppelinterdigitaiwandlers 5 im Abstand von 1 bis 5 mm zum Eingangsinterdigitalwandler 3 gewährleistet eine vollständige galvanische Trennung des Signalausgangs vom Eingangskreis.

In Figur 2 ist ein mikroakustischer Sensor dargestellt, dessen Aufbau auf der Oszillatorseite dem Sensor nach Figur 1 entspricht. Zwischen dem Eingangsinterdigitalwandler 3 und dem Auskoppelinterdigitalwandler 5 ist ein Multistreifenkoppler 9 im Abstand von 1 bis 5 mm zum Auskoppelinterdigitalwandler 5 angeordnet. Der Auskoppelinterdigitalwandler liegt außerhalb eines Einwirkungsraumes 10 der Meßgröße. Der Multistreifenkoppler 9 setzt die akustische Oberflächenwelle in Richtung des Auskoppelinterdigitalwandlers 5 in einen parallelen Kanal, der außerhalb des Einwirkungsraumes 10 liegt, über die Laufstrecke 7 um.

Diese Anordnung wird überall dort angewendet, wo der Charakter der Meßgröße, z. B. Konzentration eines elektrisch ionisierbaren Gases, es nicht gestattet, die Durchschlagfestigkeit innerhalb des Einwirkungsraumes 10 zu garantieren. Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:

- Durch die galvanisch getrennte Signalauskopplung wird eine größere Lastunabhängigkeit des Oszillators erreicht, was sich vorteilhaft auf die Meßgenauigkeit auswirkt.

- Die Anordnung der galvanischen Trenneinrichtung auf einem Substrat mit der Meßstrecke des Oszillators gewährleistet eine kostengünstige, weil integrierte Herstellung der Anordnung und verbessert die Reproduzierbarkeit.

- Durch die Übertragung der Information auf einer Trägerfrequenz können auch Gleichsignale bzw. sich extrem langsam ändernde Biosignale verzerrungsfrei übertragen werden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung mit einem mikroakustischen Sensorbauelement, bestehend aus einem Eingangs- und einem Ausgangsinterdigitalwandler, die auf einem Substrat angeordnet sind, und einem elektronischen Verstärkeroder Treiberbaustein, verschaltet zu einem Oszillator, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem Substrat (1) ein Auskoppelinterdigitalwandler (5) auf der dem Ausgangsinterdigitalwandler (2) entgegengesetzten Seite in einem Abstand von bis 5 mm zu dem Eingangsinterdigitalwandler (3) angeordnet ist.

2. Sensor mit galvanisch getrennter Signalauskopplung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Multistreifenkoppler (9) zwischen dem Eingangsinterdigitalwandler (3) und dem außerhalb eines Einwirkungsraumes (10) liegenden Auskoppelinterdigitalwandler (5) in einem Abstand von 1 bis 5 mm zum Auskoppelinterdigitalwandler (5) angeordnet ist.