医用透析设备系统方案设计的典型电路分析

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  •     医用透析设备是目前在临床医学诊断与医学研究中广泛应用的一种医疗仪器,它相当于肾脏的肾小球部分,用于对血液病或肾功能不健全者进行治疗。本文主要针对透析器,简要分析其系统方案设计中的器件选择要求与典型电路分析。
       从原理上看,透析器是几件基于处理器的包含机电控制体外血液路径的设备,它利用泵和半透膜对患者的血液进行过滤。
        从操作角度上讲,透析设备需要满足特定的安全条件,其中之一就是单容错。这意味着泵、电机、管子或电子产品中的单点故障不会危及患者,也不会将他们暴露在危险的环境中。这意味着系统中需要若干个冗余组件和电路以及“看门狗”管理的分离机制。这些器件可能包括无源组件和有源组件,例如控制器件、传感器、电机、加热器、泵和阀门驱动器。通常,操作的“安全模式”表示将禁用动脉血泵并夹住静脉管道,以防止不安全的血液流入患者体内。


                                   透析器系统方框图
    透析器中的典型电路包括:
      传感器控制板:包含模数转换器、精密基准、时钟和VCO以及仪表或运算放大器。虽然这些电路需要作出快速响应,但此处包含的器件通常更偏向于朝着高精度而非当今所考虑的高速度发展。其中的一部分还由验证测量或警报信号以及在整个系统范围内协调响应的需要推动,而不是只对随机激励作出反应。此处使用的A/D将提供高可靠性、良好的防噪性能(注意系统中包含电机和泵)和高精度。
        电机/泵驱动器:透析器中包含许多电机、泵、阀门和加热器。每个组件都可能需要特定的驱动电路,对于C2xxx控制器,其中的某些组件能够直接驱动。选择合适的D/A转换器和驱动放大器对于电机/泵的控制以及电机/泵的预期使用寿命非常重要。任何值或电机驱动比较困难以及信号噪声大都将会导致它们运行时迅速发热和性能降低,并且会影响与机器相连的患者的整体舒适度。
        动脉和静脉控制卡:系统的这些部分可能包含如下功能:动脉和静脉压力传感器、血泵、管夹、液位传感器、血液检测传感器和各种其它监控和控制功能。自从TI C2xxx DSP面向电机驱动和工业传感器应用以来,它们就成为这些领域的理想微控制器选择。它不仅提供驱动和诊断功能,还能够实施RPM和电机线圈电流传感以及读取压力变送器数据。同时还可以在最小的成本影响下支持系统中所需的冗余。

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