Jaka jest rola diod w kondycjonowaniu sygnału czujników urządzeń medycznych?

1, Fotodioda: „tłumacz sygnału optycznego” do monitorowania parametrów życiowych
Fotodiody przekształcają sygnały optyczne w sygnały elektryczne poprzez efekt fotoelektryczny złączy PN i są szeroko stosowane w urządzeniach medycznych do monitorowania nasycenia krwi tlenem, wykrywania fali tętna, obrazowania endoskopowego i innych scenariuszy. Jego podstawowe zalety znajdują odzwierciedlenie w trzech aspektach:

Odpowiedź widmowa o wysokiej czułości
Biorąc za przykład fotodiody krzemowe-, mają one liniową charakterystykę odpowiedzi w zakresie długości fal 400–1100 nm, pokrywając dokładnie pik absorpcji hemoglobiny (940 nm) i pik absorpcji utlenionej hemoglobiny (660 nm). Dzięki technologii detekcji o podwójnej długości fali można dokładnie obliczyć nasycenie krwi tlenem (SpO ₂) przy poziomie błędu kontrolowanym w zakresie ± 2%. Pewna marka przenośnych pulsoksymetrów wykorzystuje fotodiody typu PIN, które mogą utrzymać reakcję na poziomie 0,1 μA/lux w warunkach słabego oświetlenia, zapewniając dokładność monitorowania w nocy.
Możliwość szybkiej reakcji dynamicznej
Podczas detekcji fali impulsowej fotodiody muszą wychwytywać milisekundowe zmiany w sygnałach pulsu. Fotodiody lawinowe (APD) skracają czas reakcji do nanosekund dzięki wewnętrznemu efektowi zwielokrotniania lawiny i za pomocą obwodu wzmacniacza transimpedancyjnego mogą wyraźnie odtwarzać zbocze narastające oraz charakterystykę fal impulsowych i ciężkich fal impulsowych. Pewien dynamiczny ciśnieniomierz wykorzystuje układ APD, aby uzyskać akwizycję bez zniekształceń przebiegu przy częstotliwości próbkowania 200 Hz.
Konstrukcja struktury przeciwzakłóceniowej
Lampy fluorescencyjne i źródła światła LED w środowisku medycznym mogą generować zakłócenia o częstotliwości sieciowej 50 Hz. Dzięki zintegrowaniu filtrów optycznych z pakietem fotodiod można skutecznie tłumić sygnały optyczne o długości fali innej niż docelowa. W pewnym typie endoskopów medycznych zastosowano technologię powlekania- wielowarstwowego, która zwiększa przepuszczalność światła widzialnego do 95%, jednocześnie tłumiąc zakłócenia podczerwieni do wartości poniżej -40 dB.
2, dioda Zenera: „zawór bezpieczeństwa” zasilania medycznego
Sprzęt medyczny ma rygorystyczne wymagania dotyczące stabilności zasilania. Precyzyjny obwód regulatora napięcia zbudowany w oparciu o charakterystykę odwrotnego przebicia diody regulatora napięcia odgrywa kluczową rolę w następujących scenariuszach:

System ochrony baterii litowej
Gdy przenośne urządzenia medyczne, takie jak defibrylatory i przenośne ultrasonografy, są zasilane bateriami litowymi, należy zapobiegać uszkodzeniom baterii spowodowanym przeładowaniem/nadmiernym rozładowaniem. Dioda regulatora napięcia serii MMSZ5231B, posiadająca precyzyjną charakterystykę regulacji napięcia 3,3V ± 0,05V oraz układ zarządzający ładowaniem, kontroluje wahania napięcia akumulatora w zakresie ± 0,1%. Dzięki zastosowaniu tego rozwiązania żywotność baterii niektórych urządzeń AED została wydłużona ponad 2000 razy.
Precyzyjny zasilacz obwodu analogowego
W urządzeniach takich jak elektrokardiografy i elektroencefalografy analogowe obwody czołowe-są wrażliwe na zakłócenia zasilania. Regulator napięcia o niskim-szumach serii BZX85C wykorzystuje technologię kontroli współczynnika temperaturowego 0,01 μA/stopień, aby tłumić tętnienia mocy do wartości poniżej 50 μV w zakresie roboczym od -20 stopni do+85 stopni, zapewniając stosunek sygnału-do szumu (SNR) większy lub równy 60 dB przy akwizycji sygnału bioelektrycznego.
Projekt izolowanego zasilacza klasy medycznej
W środowiskach o silnych zakłóceniach elektromagnetycznych, takich jak sale operacyjne, zacisk wyjściowy transformatora izolującego musi być wyposażony w obwód zaciskowy zbudowany z diody regulującej napięcie. W niektórych zasilaczach izolacji medycznej zastosowano dwukierunkowy układ diod regulatora napięcia, który ogranicza napięcie zakłócające w trybie wspólnym w zakresie ± 60 V, spełniając wymagania normy bezpieczeństwa elektrycznego sprzętu medycznego IEC 60601-1.
3, Innowacyjne zastosowania w obwodach kondycjonowania sygnału
Ograniczający obwód ochronny
W obwodzie napędowym sondy ultradźwiękowej szybka-dioda przełączająca 1N4148 tworzy dwukierunkową sieć ograniczającą, która ogranicza przejściowe przepięcie w zakresie ± 5,7 V, aby chronić piezoelektryczny przetwornik ceramiczny przed uderzeniami impulsów. Dzięki zastosowaniu tego rozwiązania awaryjność sond przenośnego urządzenia ultradźwiękowego spadła o 80%.
Logarytmiczny obwód wzmacniający
W analizatorze testów immunologicznych fluorescencji sygnał wyjściowy fotodiody jest logarytmicznie powiązany z intensywnością fluorescencji. Wzmacniacz logarytmiczny zbudowany z diody Schottky'ego BAS70 rozszerza zakres dynamiki do 10 ⁶, osiągając wykrywanie substancji śladowych na poziomie pg/mL. Po przyjęciu tej technologii granica wykrywalności określonego typu detektora chemiluminescencji przekroczyła 0,1 pg/ml.
Sieć kompensacji temperatury
W termometrze na podczerwień termistor i dioda regulatora napięcia typu 1N4728A tworzą obwód kompensacji temperatury, który poprzez nieliniową charakterystykę eliminuje wpływ temperatury otoczenia na czujnik podczerwieni. Po przyjęciu tego schematu, określony pistolet do pomiaru temperatury ucha może kontrolować błąd pomiaru w zakresie ± 0,2 stopnia w temperaturze otoczenia od 10 stopni do 40 stopni.