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2-2017

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Sensoren Revival der

Sensoren Revival der analogen Technologie Verstärkte, rein analoge MEMS-Drucksensoren mit extrem gutem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) Bild 1: Gehäuse AG3 (SMD) und AP3 (THT) Die Drucksensoren der Serien AG3 und AP3 wurden ursprünglich für die hochgenaue Blutdruckmessung entwickelt. Nun hat sich gezeigt, dass der Sensor mit dem extrem rauscharmen analogen Ausgangssignal auch in anderen Anwendungen entscheidende Vorteile bringt, zum Beispiel in Medizintechnik-Applikationen wie Dialyse oder Thrombosen-Behandlung. Standard mit Grenzen Die meisten vergleichbaren Produkte auf dem Markt verwenden für die Signalkonditionierung einen ASIC eines renommierten Herstellers. In diesem Konzept wird das analoge Signal in ein digitales umgewandelt, bevor es im digitalen Signalprozessor (DSP) weiterverarbeitet wird – ein Prinzip, das unterdessen zu einem Quasi-Standard bei den MEMS- Drucksensoren geworden ist. In der analogen Version dieses Konzepts wird das digitale Signal dann wieder DA-gewandelt, in der digitalen Version direkt über eine SPI- oder I 2 C-Schnittstelle ausgegeben. Dieses Konzept hat absolut seine Berechtigung und ist für viele Anwendungen die richtige Lösung. Die Signalverarbeitung im DSP-Block des ASICs eröffnet mächtige Möglichkeiten, die allerdings wieder durch die Rechenleistung definiert bzw. begrenzt werden. Liegen die Kundenanforderungen jedoch über denen dieser Mainstream-Applikationen, stößt das Konzept an seine Grenzen. Entweder erfüllt die Lösung nur einen Teil der Spezifikation – oder sie wird äußerst kostspielig. Diese Lücke kann Fujikura nun mit der AG3/AP3-Serie schließen, die einen völlig anderen Ansatz verfolgt als die Produkte der Mitbewerber im Sensorherstellungsgeschäft (Bild 1). Back to the Roots Nicht immer ist die Digitalisierung besser. Manche altbewährten Konzepte haben weiterhin ihren Charme und bieten entscheidende Vorteile. Bei der AG3/AP3-Serie heißt das Zauber wort „voll analoge Signalkonditionierung“: Der ASIC von Fujikura verzichtet ganz auf die AD-/DA-Wandlung und somit auf eine digitale Signalverarbeitung. Nicht nur der ganze Signalpfad ist rein analog, sondern auch die Temperatur- und Kennlinienkorrektur. Durch den Einsatz neuester Analogtechnik wird eine herausragende Signalqualität erreicht. Im Gegensatz zum digital verarbeiteten Drucksignal sind am Ausgang keine Stufen zu sehen – die volle Auflösung kann weiterverarbeitet werden. AG3/AP3-Serie in Kombination mit einer externen AD-Wandlung bietet in vielen Applikationen entscheidende Vorteile. Das extrem rauscharme, stufenlose Analogsignal bietet die Grundlage für eine hohe Auflösung der Ausgangsspannung (bis zu 16 Bit); es kann aber auch sehr schnell abgetastet werden (bis zu 120 µs). Natürlich ist die resultierende Performance auch vom verwendeten AD-Wandler und somit vom Kunden-Design abhängig. Mit diesem Aufbau – Drucksensor mit verstärktem Analog-Ausgang und externer AD-Wandlung – bestimmt der Kunde die Kosten der Gesamtlösung maßgeblich mit (Güte der AD-Wandlung) bzw. kann diese nach seinen Anforderungen dimensionieren und optimieren. Einige Kunden von Pewatron benötigen zudem eine echte synchrone Abtastung mehrerer (bis zu fünf) Drucksensoren, was mit den markttypischen digitalen Drucksensoren nicht exakt durchführbar ist. Zwar lässt sich theoretisch ein quasisynchrones Auslesen über mehrere I 2 C/SPI- Busse realisieren, jedoch nicht exakt; echte äquidistante und synchrone Abtastwerte sind nicht möglich. Dafür müssten die verschiedenen Clocks der digitalen Drucksensoren bzw. ihrer digitalen Blöcke miteinander synchronisiert werden, was bei den genannten Sensoren nicht machbar ist – im Unterschied zum voll analogen Konzept mit der nachfolgenden AD-Wandlung, die der Kunde definiert und so nach seinen Anforderungen konzipieren kann. Der Markt hat dieses Prinzip der AG3/AP3-Serie gut aufgenommen. Der Mut von Fujikura, gegen den Trend auf ein voll analoges Konzept zu setzen, hat sich bereits ausgezahlt. Mit den AG3/AP3-Sensoren kann sich Fujikura von den anderen namhaften Sensorherstellern abheben und bietet für viele Anwendungen ein äußerst vorteilhaftes Verhältnis Signal-Rausch- Abstand (SNR) / Kosten («best SNR to Cost Ratio on the Pressure Sensor Market»). Pewatron AG infode@pewatron.com www.pewatron.com Bild 2: Voll analoges Konzept ohne digitale Signalverarbeitung im Signalpfad (AG3/AP3-Serie) 60 meditronic-journal 2/2017

Antriebe Wartungsfreier Servomotor Kompakter linearer Wellenmotor für hochdichte Anwendungen und hohe Auflösung Nippon Pulse Motor (NPM) (Vertrieb Dynetics) hat seine Serie der linearen Wellenmotoren um den L250SSS, eine extrem kompakte Version, erweitert. Dieser hochpräzise, zuverlässige, rastfreie bürstenlose Servomotor mit Direktantrieb ist wartungsfrei und zeichnet sich durch seine Einfachheit aus. Er arbeitet kontaktfrei und ist optimal für Applikationen geeignet, bei denen mehrere komplexe Bewegungen innerhalb eines kleinen Raumes wirtschaftlich mit hoher Reproduzierbarkeit durchgeführt werden müssen. Der Motor ist mit einem Durchmesser von 25 mm und 30 mm Länge sehr kompakt. Er eignet sich damit für die Implementierung in engen Räumen. Damit ist er laut Hersteller der kleinste verfügbare Forcer. Der Motor leistet eine höhere Schubkraft als herkömmliche Standard- Motoren, die auf dem Markt erhältlich sind. Der maximal nutzbare Hub der Welle erreicht in der Gesamtlänge mehr als zwei Meter. Die Motoren der Baureihe SS sind mit einem Wellendurchmesser von 25, 32 und 35 mm lieferbar. Sie können auch gemäß Kundenanforderungen in der gewünschten Länge gefertigt werden. Unterschiedliche Wicklungsvarianten Der Primärteil ist in unterschiedlichen Wicklungsvarianten erhältlich: Einzel-, Doppel-, Dreifach- oder Vierfach-Wickeloption. Sowohl der L250SSS als auch die anderen Motoren der SS- Serie sind ideal für z.B. Biowissenschaft und industrielle Anwendungen, bei denen mehrere Forcer auf einer einzigen Welle realisiert werden müssen. Der Motor hat einen sehr hohen Wirkungsgrad bei nur geringer Wärmeentwicklung. Damit eignet er sich optimal für hochempfindliche Applikationen, wie beispielsweise der Medizintechnik. Große Auswahl Nippon Pulse Motor bietet eine sehr große Auswahl an Linearmotoren mit mehr als 10.000 Standardkonfigurationen. Sollte die gewünschte Motorvariante nicht mit dabei sein, kann eine Variante an die speziellen Anforderungen des Kunden adaptiert werden. Dynetics GmbH info@dynetics.eu www.dynetics.eu Perfektes Finish von Oberflächen Mikro-Wirbelschliff-Technologie: maschinelles Entgraten und Hochglanzpolieren in der Medizintechnik. Perfekt für Titan, Edelstähle und additiv gefertigte Präzisionsteile Fragen Sie uns nach einer kostenlosen Musterbearbeitung! Weitere Informationen stehen unter http://www.dynetics.eu/brochurescatalogues/ zur Verfügung Industriestr. 6 • 71069 Sindelfingen info@maw-gmbh.de Tel. 07031 7376-0 www.mikrogleitschleifen.de meditronic-journal 2/2017 61

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel