DE8802025U1 - Drucksensor - Google Patents

Description

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Drucksensor

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor, bestehend aus einem Sensorkopf und einer Druckmeßwertsignal verarbeitung, die Über eine Verbindungsieitung miteinander gekoppelt sind, Insbesondere f(Jr medizinische Anwendungen wie 1n einem Herzkatheter.

<U Drucksensoren dieser Art sind 1m Prinzip nach dem Stand der Technik be- ■&mdash; kennt. So werden meist Dehnungsmeßstreifen als Meßelemente verwendet, deren Meßwerte Über Spezial kabel mit bis zu 14 oder mehr Adern Übertragen werden. Zur Erfassung eines Differenzdruckes können jedoch auch z.B. p1ezokeram1sche Membrane verwendet werden: Auch hierbei erfolgt das Auswerten elektronisch.

Nachteilig bei den bestehenden Drucksensoren sind jedoch Ihre großvolumige Baugröße, Ihr komplizierter Aufbau sowie Ihre schlechte, well mit relativ großen Fehlern behaftete MeßwertUbertragung, die insbesondere einen medizinischen Einsatz von vornherein nicht ratsam erscheinen lassen. Gegen einen medizinischen Einsatz, insbesondere in Herzkathetern, spricht auch die elektrische Signalweiterleitung vom Sensorkopf zur Sensorauswertung, die Überhaupt erst mit verhältnismäßig aufwendigen Abschirmungen möglich ist.

(A Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor der "" eingangs genannten Art anzugeben, der eine möglichst geringe Baugröße aufweist, möglichst stromlos arbeitet und der gute Übertragungseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Drucksensor gelöst, bei dem die Verbindungsleitung zwischen dem Sensorkopf und der Druckmeßwertsignalverarbeitung aus einem Lichtleiter besteht, dessen erstes Ende In den Sensorkopf hineinragt und stirnseitig einen wellenlängenselektiven Spiegel aufweist, der berührungslos einer einen Teil des Sensorkopfes bildenden Druckmembran gegenüberliegt» und dessen zweites Ende mit der aus einer

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optoelektronischen Sende- und Empfangseinheit bestehenden Druckmeßwertsignalverarbeitung verbunden 1st.

Der erfindungsgemäße Drucksensor zeichnet sich Insbesondere durch seine geringe Baugröße und einen einfachen Aufbau aus. Zudem arbeitet der Drucksensor stromlos.

Lichtleiter, auch Fiberskope genannt, sind bereits fUr das sichtoptische Prüfen von Hohlräumen verwendet worden, die unmittelbar, so z.B. Über einen geradlinigen Kanal nicht zugänglich sind. Hierbei nutzt man die Tatsache, daß Glasfasern mit einem Durchmesser 1m pm-Bereich als Lichtleiter dienen können. Die Anwendung von flexiblen Glasfasern 1st 1n der Medizin schon fUr sogenannte Endoskope vorgeschlagen worden, die durch eine öffnung 1n den zu prüfenden Bereich eingeführt - eine Objektbeleuchtung und eine Sicht um "Kanten" und "Kurven" ermöglichen. So werden solche Glasfiberskope bei Vorsorgeuntersuchungen, der Diagnostik und der Behandlung, Insbesondere 1m Magen-Darm-Trakt, bereits verwendet.

Im vorliegenden Fall dient der Lichtleiter als Übertragungsmedium flir optische Signale einer bestimmten Wellenlänge, wobei z.B. nur eine der zwei Wellenlängen vom wellenlängenselektiven Spiegel durchgelassen wird und auf die Druckmembran trifft, während die andere am Spiegel reflektiert wird. Das Meßprinzip beruht darauf, daß das den Lichtleiter durchlaufende Licht auf dem Weg von der Lichtquelle zum Sensor und zurück praktisch die gleiche Dämpfung erfährt, so daß eine Auswertelektronik den Quozienten der beiden Lichtsignale als Maß für die Stellung der Bruekstembfaa auswerten kann.

Zwecks einfacher Gestaltung des Drucksensors wird weiterhin vorgeschia« gen» den Sensorkopf im wesentlichen rohrförmig auszubilden. Vorzugsaei* se soll das Sensorkopfrohr einen Durchmesser von 1-2 mn, weiterhin vor« zugsweise 1,5 mn und/oder eine Länge von 3-5 mn, weiterhin vorzugsweise von 4 mm besitzen.

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Nach einer Weiterbildung der Erfindung hat die an der SensorkopfStirnseite eingespannte Druckmembran eine Becherform, wobei der den druckempfindlichen Teil der Druckmembran bildende Becherboden 10-20 pm dick 1st.

Als Druckmembranmater1a1 wird SiHzIum vorgeschlagen, da es gute elastische Eigenschaften besitzt und weiterhin vorzugsweise mittels Ätzverfahren präzise zu mikromechanischen Teilen verarbeitet werden kann.

Als Sender sind Im Prinzip z.B. auch Laser möglich, einfacher in dem Aufbau und in der Handhabung sind jedoch Leuchtdioden (Lumineszenzdioden) als Lichtquellen und dementsprechende Fotodetektoren als Empfangseinrichtungen. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Leuchtdioden (LED) Licht einer Wellenlänge von 850 bzw. 950 nm, vorzugsweise bei einer Frequenz von 100 kHz ausstrahlen und der Spiegel nur für eine dieser Wellenlängen selektiv 1st.

Um den Sensorkopf und seine Zuleitung leicht von aer optoelektronischen Sende- und Empfangseinheit ab- und ankoppeln zu können, 1st das Lichtleiterende als Lichtleiterstecker und die Sende- und Empfangseinba1t mit einer entsprechenden Steckerbuchse ausgestattet.

Zweckmäßigerweise sind die zwei LED mit jeweiligen weiteren Lichtleitern verbunden, die Über einen Lichtleiterkoppler mit dem zum Sensorkopf führenden Lichtleiter verbunden sind.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht des effindungsgemäßen Drucksensors und

Flg. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Sensorkopfes im Querschnitt.

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Der 1n FIg. 1 dargestellte Drucksensor besteht 1m wesentlichen aus einem Sensorkopf 1» der Über einen Lichtleiter 2, dessen freies Ende

als Lichtleiterstecker 3 ausgebildet 1st, mit einer optoelektronischen iende-Empfangseinheit 4 verbunden 1st. Die optoelektronische Sende-Empfangse1nhe1t besitzt eine entsprechend dem Lichtleiterstecker 3 ausgebildete Steckerbuchse 3\ Die optoelektronische Sende-Empfangs-

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lUterkoppler 5, der zwei hiervon abgehende zu Sendedloden (LED) 6 und 7 führende Lichtleiter 12 und 13 koppelt. Die Sendedloden 6 und 7 emittieren mit einer Frequenz von 100 kHz jeweils mit einer Wellenlange von 850 nm bzw. 950 nm. Die vom Sensorkopf reflektierte Strahlung wird von ft einem Fotodetektor 8 untersucht und in 1m Prinzip nach dem Stand der Technik bekanfiter Welse elektronisch verarbeitet. Der Sensorkopf 1st nach Fig. 2 mit einer becherförmigen Druckmembran 10 ausgestattet, deren Bodenfläche 10* als drucksensitiver Teil aus geätztem Silizium mit einer Dicke von 10-20 Mm besteht. Die becherförmige Druckmembran schließt bündig mit dem aus einem Rohr 11 bestehenden Sensorkopfgehäuse ab und bildet den stirnseitigen Teil. Das Sensorkopfrohr besitzt einen Durchmesser von 1,5 mm und eine Länge von 4 mr».'. Zentral im Sensorkopfrohr 11 ist der Lichtleiter 2 eingeführt, dessen Stirnseite &bull;inen wellenlängenselektiven Spiegel 9 aufweist, der für eine der Wellenlängen (850 nm oder 950 nm) selektiv, ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet folgendermaßen: Die beiden Leuchtdivls« 6 und 7 senden abwechselnd Licht zum Sensorkopf 1 der genannten Frequenz und Wellenlänge, eine der beiden Wellenlängen wird am selektiven Spiegel 9 reflektiert, die andere wird durchgelassen, gelängt bis zum Böden 10' der Druckmembran, wird dort in den Lichtleiter 2 reflektiert und ebenfalls mit Hilfe des Fotodetektors 8 ausgewertet. Das Licht beider LED durchläuft denselben Lichtleiter 2 und erfährt damit auf dem Weg zum Sensor und zurück praktisch die ·&ldquor; ,.«;he Dämpfung. Aus dem Quotienten der beiden Lichtstärken kann unmittelbar auf die Stellung der Druckmembran und damit auf den Druck, dem sie ausgesetzt ist, geschlossen werden.

Wie allgemein bei Drucksensoren üblich, wird vor Beginn der Messungen der Drucksender kalibriert. Kalibriereinrichtungen sind im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannt.

Der erfindungsgemäße Drucksensor ist insbesondere dazu geeignet» mikroprozessorengesteuert die Sensorkennlinie aufzuzeichnen und in einem Speicherbereich so abzulegen, daß anschließend ein kalibrierter Sensor für die nachfolgenden Messungen zur Verfügung steht.

Verwendet man den erfindungsgemäßen Drucksensor in der Medizintechnik, so sollte der Meßbereich etwa 0-300 mbar abgestimmt sein.

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Claims (10)

1. Drucksensor, bestehend aus einem Sensorkopf und einer Druckmeßwertsignalverarbeitung, die Über eine Verbindungsleitung miteinander gekoppelt sind, insbesondere flir medizinische Anwendung wie in einem Kerzkatheter, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung aus einem Lichtleiter (2) besteht, dessen erstes Ende in den Sensorkopf (1) hineinragt und stirnseitig einen wellenlängenselektiven Spiegel (9) aufweist, der berührungslos einer einen Teil des Sensorkopfes (1) bildenden Innen verspiegelten Druckmembran (10') gegenüberliegt und dessen zweites Ende mit der aus einer optoelektronischen Sende- und Empfangseinheit (4) bestehenden Druckmeßwertsignal verarbeitung verbunden 1st.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (1) 1m wesentlichen rohrförmig 1st.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorkopfrohr (11) einen Durchmesser von 1-2 mm, vorzugsweise 1,5 mm, und/oder eine Länge 1 von 3-5 mm, vorzugsweise 4 mm, aufweist.

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4. Drucksensor nach ainem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Sensorkopfstirnseite eingespannte Druckmembran (10, 10') eine Becherform besitzt.

5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den druckempfindlichen Teil der Druckmembran (10') bildende Becherboden 10-20 &mgr;&idiagr;&eegr; dick ist.

6. Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmembran (10, 10') aus Silizium, vorzugsweise aus geätztem Silizium, besteht.

7. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangseinheit (4) aus zwei Leuchtdioden (LED 6,7) und einem Fotodetektor (8) besteht.

8. Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die LED (6,7) Licht einer Wellenlänge von 850 nm bzw. 950 nm, vorzugsweise mit einer Frequenz von 100 kHz emittieren und der Spiegel (9) nur für eine dieser Wellenlängen selektiv 1st.

9. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das außerhalb des Sensorkopfes (1) liegende Lichtleiterende einen Lichtleiterstecker (3) und die Sende- und Empfangseinheit (4) eine entsprechende Steckerbuchse (3*) aufweisen.

10. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeich-■ net, daß die LED (6,7) mit jeweiligen weiteren Lichtleitern (12, 13) verbunden sind, die Über einen Lichtleiterkoppler (5) mit dem Lichtleiter (2) verbunden sind.

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