傳感器技術在微量注射泵中的應用

0 引言
微量注射泵是臨床醫療和生命科學研究中一種經常使用的，長時問進行均勻微量注射的儀器。現今國內外微量注射泵面臨的難點是精度不夠和成本比較高。國內同類產品采用軟件控制注射的精度，這導致儀器容錯性很差，并且只能使用單一廠家的注射器。而國外同類產品采用電位計控制注射的精度，要達到相對高的精度則對電位計的要求很高。
傳感器是一種能感受或響應規定的被測量物理量，并按一定規律轉換成可用信號輸出的器件或裝置，它可將輸入變量轉換成可供檢測的電信號，并將各種參量送入計算機系統，進行智能監測、控制，是測量系統中的一種前置部件。近年來，傳感器的應用正朝著兩個方向發展，一是單一功能傳感器朝著多用途傳感器的綜合應用發展；二是傳感器與微處理機接口，既改進傳感器的測量精度和可靠性，又提高微處理機的運算精度，二者相輔相成。當前，傳感器已廣泛用于工業、農業、交通、能源、宇宙空間、資源開發、環境保護、自然災害預報、醫療保健以及癌癥診斷等各個領域。
本文研究了幾種傳感器在測量中的應用，選取了容柵傳感器等傳感器用于微量注射泵系統的設計，成功地提高了注射精度，并兼容多個廠家的注射器，增強了微量注射泵的功能。本文將闡述這些傳感器在微量注射泵中的應用。

1 容柵傳感器
容柵傳感器是一種基于變面積工作原理，可測量大位移的電容式數字傳感器，與其它數字式位移傳感器，如光柵、感應同步器等相比，具有體積小、結構簡單、分辨率和準確度高、測量速度快、功耗小、成本低、對使用環境要求不高等突出的特點，因此在電子測量技術中占有十分重要的地位。隨著測量技術向精密化、高速化、自動化、集成化、智能化、經濟化、非接觸化和多功能化方向的發展，容柵傳感器的應用越來越廣泛。
本系統中主要是對直線位移的測量，所以采用直線型容柵傳感器。容柵傳感器的結構非常類似于平行板電容器，它是由一組排列成柵狀結構的平行板電容器并聯而成的，如果把隨時間變化的周期信號，通過電子電路的控制，在同一瞬間以不同的相位分布，分別加載于順序排列的柵狀電容器各個柵極上，則在另一公共極板上，任一瞬間產生的感應信號將與該瞬間加載的激勵信號具有相同的相位分布。

容柵傳感器動柵、定柵各極板之間形成的電容的等效電路如圖1所示，設C1(x)，C2(x)，C3(x)……C8(x)為動柵上48塊極板與定柵上相應極板所構成的電容量，它是位移x的函數，假設小發射極板與反射極板完全覆蓋時兩者之間的電容為C0，每一塊小發射極板的寬度為w，則由圖可知，當0≤x≤w 時，C 8(x)=C 0(x)／w，C 1(x)=C 2(x)=C 3(x)=C 0，C 4(x)=C 0(1-x／w)，c5(x)=c6(x)=c7(x)=0。由此可以得出整個量程中兩極板之間的電容量隨位移x的變化規律。