ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения кровяного давления и контроля работы сердца.

Известен пироэлектрический датчик пульсации давления. На стеклянную пластинку осаждают полимерную подложку. На эту подложку последовательно напыляют электроды, слой чувствительно элемента (ЧЭ) из пироэлектрического материала и верхний электрод [1] Такой датчик не обеспечивает одновременного измерения давления и контроля за работой сердца. К недостаткам следует отнести низкую надежность контактных выводов в месте паек металлизированных обкладок. Затрудняется закрепление датчика на поверхности тела человека.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является емкостной датчик давления, разработанный на основе трех фольгированных и нефольгированных диэлектрических пленок. Основание датчика изготовлено из первой диэлектрической пленки, на верхней поверхности которой расположены нижняя обкладка конденсатора с выводом и боковой экран, а расположенная на первой пленке вторая диэлектрическая пленка выполнена перфорированной. Слои между собой скрепляют клеем [2]
Этот датчик обладает недостатками, затрудняющими его широкое применение в медицине. К числу недостатков можно отнести отсутствие одновременного измерения давления и контроля за работой сердца.

Задачей настоящего изобретения является повышение информативности. Техническим результатом является введение в конструкцию датчика дополнительного чувствительного элемента (ЧЭ) для контроля работы сердца.

Технический результат достигается тем, что в емкостной датчик давления, содержащий по крайней мере три диэлектрические пленки, первая из которых является основанием датчика и на ее верхней поверхности сформированы нижняя обкладка первого конденсатора с выводом и боковой экран, а расположенная на первой пленке вторая диэлектрическая пленка выполнена перфорированной, введены закрепленная на поверхности второй пленки мембрана из металлической фольги, покрытая с обеих сторон дополнительными диэлектрическими пленками и являющаяся верхней обкладкой первого конденсатора, сплошной металлический экран, сформированный на нижней поверхности первой пленки, и твердое кольцо с натянутой на него эластичной пленкой, при этом третья диэлектрическая пленка расположена на верхней поверхности мембраны, и на ее верхней поверхности сформированы введенные две обкладки второго конденсатора с выводами и боковым экраном, на поверхности которого расположено твердое кольцо с эластичной пленкой, причем обкладки второго конденсатора имеют круглую форму, расположены концентрично в одной плоскости и выполнены с радиусами, определенными из соотношения: r1/r2= 0,955 0,985, где r1 внешний радиус первой обкладки, r2 внутренний радиус второй обкладки, при этом датчик снабжен двумя отверстиями опорного давления, первое из которых выполнено в первой пленке и проходит через сплошной металлический экран и нижнюю обкладку первого конденсатора, а второе отверстие сквозное и проходит через все диэлектрические пленки и экраны и через мембрану.

На чертеже изображена конструкция емкостного датчика давления (сечения В-В, А-А, Б-Б). Основанием датчика является первая диэлектрическая пленка 1, содержащая на нижней поверхности сплошной экран 2 (сеч. В-В), на верхней поверхности обкладку 3 первого конденсатора, боковой экран 4, первое и второе опорные отверстия 5, 6 давления (сеч. Б-Б). На первой пленке 1 расположена вторая перфорированная диэлектрическая пленка 7 с одним отверстием. Мембрана 8 датчика из металлической фольги. Нижняя и верхняя поверхности мембраны 8 покрыты пленками 9, 10 (сеч. В-В) из полиамидокислотного лака. На верхней поверхности диэлектрической пленки 10 наклеена третья диэлектрическая пленка 11. На верхней поверхности пленки 11 сформированы две обкладки 12, 13 второго конденсатора круглой формы и боковой экран 14, находящиеся в одной плоскости (сеч. А-А). Обкладки 12, 13 расположены концентрично в одной плоскости. На верхней поверхности бокового экрана 14 расположено кольцо 15 из любого твердого материала, а на верхнюю поверхность кольца 15 натянута эластичная диэлектрическая пленка 16 (сеч. В-В). Слои датчика между собой скрепляют пленками клея 17. Первый конденсатор датчика (первый ЧЭ) формируется из обкладки 3 и мембраны 8, сплошного и бокового экранов 2, 4, перфорированной пленки 7 и первого опорного отверстия 5 давления. Второй конденсатор (второй ЧЭ) (сформирован на верхней поверхности мембраны) содержит третью диэлектрическую пленку 11, на поверхности которой металлизированы концентрично обкладки 12, 13 и боковой экран 14. Все экраны защищают оба ЧЭ датчика от внешних электромагнитных помех и наводок. Первое опорное отверстие 5 давления проходит сквозь обкладку 3 первого конденсатора, сплошной экран 2 и диэлектрическую пленку 1 для выравнивания статического давления под мембраной 8. Второе опорное отверстие 6, проходящее по всей толщине датчика (см. сеч. В-В), предусмотрено для выравнивания атмосферного (статического) давления под эластичной диэлектрической пленкой 16, служащей приемной мембраной при прикосновении тонкой упругой диэлектрической пленки к поверхности грудной клетки человека, где расположено сердце.

Обкладки конденсатора 12, 13 и боковой экран 14 формируют путем металлизации через маски или путем гравировки на поверхности металлизированной диэлектрической пленки.

Рациональные размеры обкладок 12, 13 выбирают равными 2r1=20 40 мм и 2r2= 20,6 41 мм (сеч. А-А). Наружный размер r3 обкладки 13 (сеч. А-А, В-В) намного больше r1, т.е. r3>>r1. Отношение

Емкость C: между обкладками определяется с помощью известных уравнений. При этом обкладка 12 рассматривается как диск в круговом вырезе бесконечной плоскости, т.е. экран 13

где ε диэлектрическая проницаемость среды.

Принцип работы датчика.

При изменении давления на величину DP на поверхности эластичной диэлектрической пленки 16 изменяется расстояние между обкладкой 3 и мембраной 8 и между обкладками 12, 13. Изменение этих расстояний Δl Δr приводит к изменению емкости C на величину ΔC По этому изменению судят о величине давления. Напряжение, снимаемое между обкладками, соответственно пропорционально

где приращение емкости между соответствующими обкладками; u напряжение поляризации датчика.

Благодаря одновременному измерению двух сигналов повышается информативность.

Использование: в медицинской технике для одновременного измерения кровяного давления и контроля работы сердца пациента. Сущность изобретения: в тонкопленочный емкостный датчик давления, разработанный на основе трех диэлектрических пленок, дополнительно введены мембрана 8 из фольги, покрытая диэлектрическими пленками 9, 10, являющаяся верхней обкладкой первого конденсатора, и две обкладки 12, 13 второго конденсатора, сформированные концентрично на третьей пленке 11, которая расположена на верхней поверхности мембраны 8. Наличие второго чувствительного элемента (второго конденсатора) позволяет повысить информативность датчика за счет возможности контроля ритма работы сердца. 1 ил.

Емкостный датчик давления, содержащий по крайней мере три диэлектрические пленки, первая из которых является основанием датчика и на ее верхней поверхности сформированы нижняя обкладка первого конденсатора с выводом и боковой экран, а расположенная на первой пленке вторая диэлектрическая пленка выполнена перфорированной, отличающийся тем, что в него введены закрепленная на поверхности второй пленки мембрана из металлической фольги, покрытая с обеих сторон дополнительными диэлектрическими пленками и являющаяся верхней обкладкой первого конденсатора, сплошной металлический экран, сформированный на нижней поверхности первой пленки, и твердое кольцо с натянутой на него эластичной пленкой, при этом третья диэлектрическая пленка расположена на верхней поверхности мембраны и на ее верхней поверхности сформированы введенные две обкладки второго конденсатора с выводами и боковым экраном, на поверхности которого расположено твердое кольцо с эластичной пленкой, причем обкладки второго конденсатора имеют круглую форму, расположены концентрично в одной плоскости и выполнены с радиусами, определяемыми из соотношения
r₁/r₂ 0,955 0,985,
где r₁ внешний радиус первой обкладки;
r₂ внутренний радиус второй обкладки,
при этом датчик снабжен двумя отверстиями опорного давления, первое из которых выполнено в первой пленке и проходит через сплошной металлический экран и нижнюю обкладку первого конденсатора, а второе отверстие сквозное и проходит через все диэлектрические пленки и экраны и через мембрану.