电容数字转换器AD7147和AD7148的医疗保健设计方案

根据这种几何结构，电容计算公式如下

其中，ε0为自由空间的介电常数。

图4.传感器电气配置

由于传感器电容由a、b、d和er决定，因此，通过改变这些参数的值，或者观察其值的变化，即可将CDC技术用于直接测量电容值以及多种其他应用之中，具体视传感器类型而定。例如，如果a、b和εr是恒定的，CDC输入与两个导体之间的距离成反比。应用

AD714x、AD715x和AD774x系列CDC产品适用于涉及各类采样速率、分辨率、输入范围和输入传感器类型的广泛应用。电容检测技术的潜在应用范围仅局限于用户的创造力，我们下面就介绍一些其在医疗保健领域的可能的应用方法。

液位监控

在输液等众多应用中，必须测量所用液体量，或者在输液瓶变空之前必须停止输液。为了节省医护人员的时间，可利用自动液位检测技术来消除人工检查的必要。

液位检测的基本原理如图5所示。构建一个平行板电容器，使其极板紧紧地附着在输液瓶的外壁上，并延伸到输液瓶底部附近。随着输液液位的变化，极板之间的电介质数量发生变化，从而导致电容发生变化。为了能够使用介电常数不同的各种输液物质，需在输液瓶底部附近再放一个电容式传感器，充当一个基准通道，以形成比率式测量。

图5.液位检测

24位AD7746， 搭载两个电容测量通道，可以用于这类应用。

电极和人体之间的连接检测

对于在人体皮肤附近使用的设备(如图6所示的那些设备)，在激活设备或进行测量之前，首先了解设备表面与病人皮肤之间接触的质量通常是有好处的。最终使用的范围可能包括需要接触皮肤的医疗探头、生物电位电极传感器或把导管固定到适当位置的壳体。为了获得这种额外的信息，在生产过程中的注塑阶段可能会将多个电容式传感器电极(以蓝色显示)直接嵌入到设备的塑料壳体中。有了电极信息后，主机控制器上运行的简单算法就可以确定所有传感器电极是否与皮肤进行良好的接触。

图6.采用电容式传感器电极的设备

图6所示示例运用电容式传感器的方式打破了常规：用户将一个含有电容式检测电极的设备固定于人体上，而在传统的电容式检测人机界面应用中，人们一般通过手指触摸的方式启动与传感器电极的接触事件。利用AD7147/AD7148开发如图6所示应用非常简单。

汗液检测

在某些医疗和保健测试设备中，需要测量人体排出的汗液。这一般是通过测量皮肤的导电性来实现的。然而，如果需要在不进行电接触的情况下进行测量，则可通过用电容传感器检测人体附近的湿度来实现这种功能。出汗时，人体皮肤附近的湿度(介电常数)会增加；可在出汗处皮肤附近用一个非接触式电极来测量出汗导致的电容变化可以再增加一个电容传感器，以测量环境湿度，并用其实现共模补偿。呼吸速率测量

呼吸速率测量是病人监护系统中的一个重要模块。在其中一种实现方式中(如图7所示)，将一块激励极板放在病人背部，同时，将传感器电极带固定到病人胸部右侧。肺部呼吸导致的胸部运动会改变两块极板之间的距离。介电常数也会因呼吸过程中复杂的生理活动而改变。这些电容的变化可以通过CDC设备来测量。