Ein Sensor kommt nur noch selten allein

Auf dem Weg zu immer kleineren und tragbaren Geräten waren bis vor Kurzem die Sensoren eine echte Herausforderung: Die mechanisch-analogen Komponenten hatten mit der Entwicklung der digital orientierten Anzeige- und Kommunikationstechnologien in Geräten für den Massenmarkt nicht Schritt gehalten. Doch heute ermöglichen Platz sparende Sensoren und kompakte Gehäuse sowie neue Montageoptionen den Konstrukteuren, ihre Entwürfe kleiner und und kostengünstiger zu gestalten. In einem Gehäuse kombinierte Sensoren ließen sich in einigen Fällen sogar im Inneren von chirurgischen Instrumenten unterbringen.

Auch Sensorplattformen, die verschiedene Optionen für mechanische Schnittstellen, Montage, Gehäuse und I/O-Anschlüsse bieten, verschaffen Designern mehr Gestaltungsfreiheit. Drucksensoren beispielsweise lassen sich auf unterschiedliche Arten anschließen, montieren und mit analogen oder digitalen Ausgängen an die Anwendungen anpassen.

Zu den beliebtesten Platzspar-Komponenten für Konstruktionen in Medizin und Industrie gehören sicher die Sensoren mit Gehäusen, die sich zur Plattenmontage eignen. Sie ermöglichen es, die Sensoren in unmittelbarer Nähe zum Patienten und/oder zu flüssigen Medien wie Blut, Chemikalien oder Wasser anzubringen. So lassen sich Blutdruck- oder Blutfluss gut erfassen, was zum Beispiel in Dialysegeräten von Bedeutung ist: Dort müssen Dialysat- und Venendruck genau gemessen werden, um die Sicherheit und den Komfort des Patienten zu gewährleisten – denn Über- oder Unterdruck können Blutgefäße verletzen oder zur Bildung von Luftbläschen in der Dialysat-Zuleitung führen. Je näher der Drucksensor am Geschehen ist, desto genauer sind seine Messungen und desto kürzer ist die Reaktionszeit, wenn Änderungen im System erforderlich sind. Hier ist ein leiterplattenmontage-taugliches Gehäuse von Vorteil, da es die gewünschte Nähe ermöglicht. Darüber hinaus lassen sich solche Sensoren mithilfe automatischer Ausrüstung schnell montieren. Verschiedene Gehäuseversionen bieten viele Optionen zur unterschiedlichen Ausrichtung der integrierten Anschlüsse, so dass der Weg für die Schläuche frei bleiben kann.

Gehäuseoptionen, die den Sensoranschluss und eine vorintegrierte Anschlussleitung miteinander kombinieren, können bei einigen Anwendungen zusätzlich Platz sparen. Weil Schläuche und Verbindungsteile zwischen der Sensor-/Anschlussbaugruppe und dem Zielmedium wegfallen, wird eine einfachere und kompaktere Bauweise möglich. Beim Gehäuse mit integrierter Anschlussleitung entfallen auch viele Stellen, an denen bei herkömmlichen Konstruktionen Verstopfungen, Lecks und andere Ausfallursachen entstehen können. Da die Anschlussleitung optimiert geliefert wird, fällt für den Anwender die Phase mit „Versuch und Irrtum“ bei der Optimierung der Anschlussleitung weg, was den Entwicklungszeitraum stark verkürzen kann.

Vorteile lassen sich auch erzielen, wenn mehr Funktionalität und Intelligenz in eine Sensorbaugruppe integriert ist. So lässt sich beispielsweise durch Sensoren mit vollständiger Kalibrierung, Temperaturkompensation und Verstärkung die Anzahl der auf der Platine erforderlichen Bauteile senken. Das verringert sowohl die Größe als auch die Kosten. Typischerweise entfallen bei derartigen Designs externe Komponenten wie Widerstände und Verstärker, die sonst benötigt werden, um von den Sensoren stammende Signale zu kalibrieren und zu kompensieren.

Ein Beispiel für vorintegrierte Sensorlösungen ist die Tru-Stability-Familie von Honeywell. In eine vorgefertigte Sensorplattform ist das Sensorelement mit verschiedenen Anschlusstypen, Montagetypen, Spannungen und digitalen oder analogen Ausgängen integriert. Einige Varianten sind vollständig kompensiert, kalibriert und verstärkt.

Viele Tru-Stability-Sensorplattformen können durch ihre Konfiguration an die Anforderungen eines medizinischen Geräts angepasst werden. Wenn keine einsatzbereite Lösung zur Verfügung steht, können die Honeywell-Konstruktionsteams auch maßgeschneiderte Mehrwert-Baugruppen aus Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeitsprodukten erstellen. Diese umfassen kombinierte Sensoren, integrierte Baugruppen, kundenspezifische Schnittstellenpakete, vom Standard abweichende Anschlüsse und Wärmemanagementlösungen.

Konstruktionen mit flüssigkeitskompatiblen Sensoren sind zwar ein kompliziertes Sachgebiet. Doch auch unter diesen anspruchsvollen Bedingungen sind kompakte Konstruktionen mittlerweile möglich. In Anwendungen wie dem oben erwähnten Dialysegerät kommen die Sensoren in direkten Kontakt mit der Dialysat-Lösung. So können sie der Pumpensteuerung Druckwerte senden, während das Dialysat für den Patienten gefiltert wird. Die grundlegende Sensorplattform dafür ist in verschiedenen Konfigurationen erhältlich: Die angebotenen Anschlussoptionen und Gehäusedesigns wurden speziell für Hersteller von Dialysegeräten entwickelt wurden. Damit können Konstrukteure kompakte und leistungsstarke medizinische Geräte entwickeln und profitieren so von einem geringeren Konstruktionsrisiko und einem vereinheitlichten Entwicklungsansatz.

Bryan Hovey Honeywell Sensing and Control, Golden Valley, MN/USA

Weitere Informationen Über die Sensorlösungen, die Honeywell für die Medizintechnik entwickelt: http://sensing.honeywell.com/industries/medical

Viele medizinische Geräte profitieren von integrierten Sensorlösungen, die mehrere Funktionen wie die Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit oder Temperatur und Druck miteinander kombinieren. Mehrere Sensorelemente können hierfür in einem Gehäuse kombiniert werden – oder die Sensoren sind zwar in getrennten Gehäusen, aber einer kompakten Oberbaugruppe angeordnet.

Die so vereinfachte Gerätekonstruktion senkt die Fertigungskosten und vereinfacht die Prozesse zur Konstruktionsvalidierung. Da es bei Mehrfachsensoren weniger defektanfällige Teile und Anschlussstellen – und damit potenzielle Ausfallursachen – gibt, steigen Patientenkomfort und Sicherheit. Die höhere Zuverlässigkeit und Leistung der Mehrfachsensor-Komponenten senken darüber hinaus die Gesamtbetriebskosten.