Com a popularidade de dispositivos vestíveis e dispositivos de monitoramento de saúde em casa gradualmente chegando a milhões de casas, a principal tecnologia desses dispositivos, Sensores de pressão arterial, está desempenhando um papel cada vez mais importante no campo do monitoramento da saúde. Dos monitores de pressão arterial doméstica a relógios inteligentes, Fichas e módulos de sensores de pressão arterial embutidos permitem que os usuários monitorem sua pressão arterial a qualquer momento, em qualquer lugar, e ajudar a detectar possíveis problemas de saúde em um estágio inicial. Nesse artigo, discutiremos os princípios, tipos, e aplicações de sensores de pressão arterial em dispositivos vestíveis e equipamentos médicos, com foco no projeto e operação de sensores digitais de pressão arterial, pequenos sensores de pressão arterial, e módulos de sensor de pressão arterial integrados.
- Princípio de trabalho do sensor de pressão arterial
- Sensor de pressão arterial vestível
- Fichas e módulos do sensor de pressão arterial
- Aplicação de sensores de pressão arterial em dispositivos digitais
- Mudanças de pressão e sensibilidade ao sensor
- Conclusão
1.Princípio de trabalho dos sensores de pressão arterial
A função central de um sensor de pressão arterial é converter sinais de pressão arterial humana (sinais físicos) em sinais elétricos. Esse processo de conversão geralmente é baseado no efeito piezoresistivo ou capacitivo. Simplesmente coloque, Quando a pressão arterial humana é aplicada à superfície do sensor, O diafragma do sensor é deformado ligeiramente, e essa mudança física é convertida em um sinal mensurável por um circuito especialmente projetado. Esta mudança física é convertida em um sinal mensurável por um circuito especialmente projetado. À medida que a pressão arterial muda, O sinal de saída do sensor também muda.
Enquanto os sensores tradicionais de pressão mecânica dependem de materiais deformados elasticamente, MEMS (sistemas micro-eletromecânicos) A tecnologia melhorou drasticamente o desempenho dos sensores. Comparado aos sensores mecânicos tradicionais, A tecnologia MEMS produz sensores que são menores, mais sensível, e consumir significativamente menos energia e custo. Um sensor típico de pressão arterial MEMS pode ser maior que um grão de arroz e pode ser integrado a uma variedade de dispositivos eletrônicos, como pulseiras, relógios e outros dispositivos vestíveis.
Sensores de pressão arterial piezoresistiva são uma das tecnologias mais amplamente usadas hoje, e são baseados no princípio do Whiston Bridge. É baseado no princípio da ponte Whiston. Simplesmente entendido, Quando a pressão é aplicada ao diafragma do sensor, A resistência sensível à pressão no diafragma será alterada, e essa mudança na resistência resultará em uma mudança na tensão de saída da ponte, que refletirá a mudança de pressão, e por sua vez, resultar em uma leitura da pressão arterial.
No campo médico, Ao selecionar um sensor de pressão arterial, a gama comumente usada de 40 O KPA é particularmente adequado para uso em monitores eletrônicos de pressão arterial. Nesta faixa de pressão, o sensor precisa ser muito preciso, geralmente ao redor 0.5% Fs (escala completa), o que significa que o erro de medição é muito pequeno para garantir que o usuário receba dados precisos de pressão arterial.
Dois parâmetros importantes são faixa de pressão e sensibilidade. O sensor necessário para um monitor de pressão arterial ambulatorial deve ser capaz de medir uma pressão de 40 KPA (aproximadamente 300 mmhg). Por que? Porque 300 MMHG é o padrão de medição máxima para a maioria dos monitores de pressão arterial, e medições acima dessa pressão podem introduzir erros de medição.
Os sensores MEMS podem facilmente realizar essa medição de pressão. Por exemplo, para monitores de pressão arterial doméstica, O WFSensors desenvolveu um sensor MEMS com uma faixa de pressão de 40kpa, especificamente para uso em monitores eletrônicos de pressão arterial. O sensor não é apenas altamente sensível, mas também mantém um erro não linear de ± 0,0736% de sensores de pressão arterial vestível
Os sensores de pressão arterial vestíveis tornaram -se um campo importante com a popularidade de dispositivos vestíveis, como relógios inteligentes e pulseiras de saúde. Esses sensores devem ser pequenos, baixa potência, preciso e confiável. Ao contrário dos monitores tradicionais de pressão arterial, Os sensores de pressão arterial vestíveis normalmente fornecem 24/7 Dados de saúde monitorando continuamente a pressão arterial do usuário.
Esses sensores inferem a pressão arterial do usuário através de um Sensor de pressão módulo embutido na pulseira ou relógio, Combinado com um algoritmo de software. Por exemplo, Alguns relógios inteligentes usam uma combinação de tecnologia de detecção óptica e sensores de pressão para detectar mudanças no fluxo sanguíneo do usuário e analisar os níveis de pressão arterial.
No futuro, Podemos ver mais dessas aplicações que não apenas monitoram a pressão arterial em casa, mas também forneça feedback em tempo real sobre o status de saúde para evitar possíveis doenças cardiovasculares.
2. Sensores de pressão arterial vestíveis
Dispositivos vestíveis têm se desenvolvido rapidamente nos últimos anos. Por exemplo, pulseiras inteligentes, relógios inteligentes, E até sapatos começaram a integrar chips de sensor de pressão arterial. Os módulos do sensor de pressão arterial nesses dispositivos geralmente são muito pequenos para se ajustar ao tamanho do dispositivo. No entanto, enquanto reduz o tamanho do dispositivo, Também é necessário garantir a precisão, sensibilidade e baixo consumo de energia. Esses dispositivos vestíveis normalmente monitoram a pressão arterial de um usuário em tempo real para ajudá -los a gerenciar seus dados diários de saúde.
Embutido típico Sensores de pressão arterial converter o sinal de pressão em um sinal digital através de um microcircuito, que é então transmitido para um telefone celular ou outro dispositivo por meio de tecnologia sem fio, como Bluetooth ou WiFi. Esses sensores geralmente são equipados com um design de baixa potência que lhes permite operar por longos períodos de tempo, permitindo que o alcance e a resolução do sensor seja otimizado ainda mais, especialmente em dispositivos vestíveis de bateria de lítio.
3. Chip e módulo do sensor de pressão arterial
Dispositivos vestíveis têm se desenvolvido rapidamente nos últimos anos. Por exemplo, pulseiras inteligentes, relógios inteligentes, E até sapatos começaram a integrar chips de sensor de pressão arterial. O Módulos do sensor de pressão arterial nesses dispositivos, geralmente são muito pequenos para se ajustar ao tamanho do dispositivo. No entanto, enquanto reduz o tamanho do dispositivo, Também é necessário garantir a precisão, sensibilidade e baixo consumo de energia. Esses dispositivos vestíveis normalmente monitoram a pressão arterial de um usuário em tempo real para ajudá -los a gerenciar seus dados diários de saúde.
Os sensores de pressão arterial embutidos típicos convertem o sinal de pressão em um sinal digital através de um microcircuito, que é então transmitido para um telefone celular ou outro dispositivo por meio de tecnologia sem fio, como Bluetooth ou WiFi. Esses sensores geralmente são equipados com um design de baixa potência que lhes permite operar por longos períodos de tempo, permitindo que o alcance e a resolução do sensor seja otimizado ainda mais, especialmente em dispositivos vestíveis de bateria de lítio.
4.Aplicações do sensor de pressão arterial em dispositivos digitais
Sensores de pressão arterial digital Use conversão analógica para digital (ADC) Tecnologia para converter sinais de pressão analógica em sinais digitais para facilitar a interação de dados com outros sistemas digitais. Esses sensores podem ser facilmente integrados a uma ampla gama de dispositivos, calibrado, ajustado e armazenado via software, e até analisou e gerenciado na nuvem. Esta digitalização não apenas reduz a interferência na transmissão de sinal analógico, mas também melhora a precisão e a estabilidade do sistema geral.
Este módulo altamente integrado é ideal para dispositivos como monitores de pressão arterial doméstica e monitores de pressão arterial do punho. Esses dispositivos podem gravar e transmitir os dados de pressão arterial do usuário em tempo real através dos sensores embutidos, Ajudando usuários e médicos a gerenciar melhor sua saúde.
5. Mudanças de pressão e sensibilidade dos sensores
Sensores de pressão arterial Deve ser altamente sensível e capaz de detectar mudanças sutis de pressão para monitorar com precisão a pressão arterial. Especialmente no caso de grandes mudanças de pressão, O erro não linear do sensor não pode exceder ± 0,1%, Caso contrário, afetará a precisão dos resultados finais da medição. Os designers precisam realizar extensos testes de simulação ao selecionar a espessura do diafragma, Distribuição de resistência e estresse.
Por exemplo, Sensores WF’ A pesquisa mostrou que a sensibilidade e a linearidade do sensor podem ser significativamente melhoradas, escolhendo a espessura do filme sensível à pressão adequadamente (Por exemplo, 15 μm). Além disso, O uso de processos avançados de MEMS pode garantir a estabilidade e a confiabilidade dos sensores por um longo período de tempo.
6. Conclusão
No futuro, À medida que a tecnologia MEMS continua a avançar, Sensores de pressão arterial ficarão mais inteligentes, mais preciso, e amplamente utilizado em dispositivos de saúde vestíveis. Podemos imaginar aquele futuro Sensores de pressão arterial não será usado apenas em pulseiras ou relógios, mas também em outros dispositivos médicos, e pode até desenvolver dispositivos que monitoram a pressão arterial sem contato, através de tecnologias ópticas ou de ultrassom.
Para pesquisadores, o desafio ainda resta reduzir ainda mais o tamanho do sensor, menores custos de produção e melhorar a integração, mantendo alta precisão. Ao mesmo tempo, Espera -se que matrizes de sensores mais complexos possam ser usados para obter dados de parâmetros fisiológicos mais abrangentes, que promoverá ainda mais o avanço da gestão pessoal da saúde.
No futuro, À medida que a tecnologia MEMS continua a avançar, Sensores de pressão arterial ficarão mais inteligentes, mais preciso, e amplamente utilizado em dispositivos de saúde vestíveis. Podemos imaginar que os sensores futuros de pressão arterial não serão usados apenas em pulseiras ou relógios, mas também em outros dispositivos médicos, e pode até desenvolver dispositivos que monitoram a pressão arterial sem contato, através de tecnologias ópticas ou de ultrassom.
Para pesquisadores, o desafio ainda resta reduzir ainda mais o tamanho do sensor, menores custos de produção e melhorar a integração, mantendo alta precisão. Ao mesmo tempo, Espera -se que matrizes de sensores mais complexos possam ser usados para obter dados de parâmetros fisiológicos mais abrangentes, que promoverá ainda mais o avanço da gestão pessoal da saúde.
Referências：
1.McMasters Consulting, “Aplicação do sensor de pressão MEMS e análise de perspectivas de mercado,” 2023.
2.Wu, M., & Wang, H. (2020). “O desenvolvimento e aplicação de sensores de pressão MEMS em equipamentos médicos”, Jornal de sistemas microeletromecânicos.
3. Wang, Z., & Li, Y. (2022). “Design de chips de sensor de pressão e fabricação para dispositivos vestíveis”, Sensores e atuadores de: Físico.
Este artigo leva você a uma compreensão profunda de como os sensores de pressão arterial funcionam, cenários de aplicação, e desafios técnicos. Os sensores de pressão dos membros são, sem dúvida, um grande avanço no campo da saúde eletrônica, Fornecendo uma solução precisa e conveniente para o monitoramento diário da pressão arterial. Se você estiver interessado nesse tipo de tecnologia, Recomendamos que você fique atento a este campo de desenvolvimento de tecnologia e tendências de mercado.
