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4-2020

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Sensoren Bild 3:

Sensoren Bild 3: Beispiel einer ES1-HCHO-TB600-Lösung, die kleinste nachweisbare HCHO-Konzentrationen von unter 10 ppb ermöglicht. und geschichteten Struktur auf die Keramik aufgebracht werden. NO 2 ist ein starker Elektronenakzeptor. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die chemischen Eigenschaften des Elektrolyts über die polymere Elektrolytschicht eines Sensors hinweg und auch zwischen den Sensoren einer Charge homogen sind. Die Siebdrucktechnologie ist zwar für die Massenproduktion gut geeignet, die polymere Elektrolytschicht bleibt jedoch der Schlüsselfaktor, um auch bei großen Produktionsvolumen Uniformität zu erreichen. Polymermatrix Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Polymermatrix, in die der Elektrolyt eingebettet ist. Die Polymerschicht kann kein aktiver Teil der Elektronik sein, nur der Elektrolyt ist aktiv. Die vollständige Reaktion im NO 2 -Sensor ist bekannt: NO 2 → NO + ½ O 2 die dazwischenliegenden Reaktionen auf der Arbeits- und der Gegenelektrode (welche die Bildung von Wasser beinhalten) sind komplex und müssen durch die Konzentration und den pH-Wert des sauren Elektrolyts gut abgestimmt werden. Ein zu starker Elektrolyt kann die Lebenszeit des Sensors verkürzen oder ihn destabilisieren, wenn er über lange Zeit NO 2 ausgesetzt ist. Hohe Nullpunktstabilität Der NO 2 -Sensor ES1 zeichnet sich durch eine hervorragende Betriebsdauer (> 3 Jahre) und Nullpunktstabilität (Nullpunktdrift < 0,1 ppm) aus. In Tests zur Langzeitstabilität bei konstanter Temperatur, aber unterschiedlicher relativer Feuchte (0 bis 95 % rF) wurden mit hochauflösender Elektronik, Rauschfilterung und Mittelung 6-Sigma-Grenzen für die Stabilität unter 0,1 ppm bestimmt. Der Sensor ist für einen breiten Temperaturbereich geeignet (–40 °C bis 50 °C), Gleiches gilt für Feuchte (10 % bis 95 % rF) und Druck (800 hPa bis 1200 hPa). Selbst bei sehr niedrigen Temperaturen von ca. -40 °C entspricht die Sensorsensitivität immer noch mindestens einem Drittel des entsprechenden Wertes bei Normaltemperaturen von mehr als 0 °C. Die Querempfindlichkeit gegenüber anderen Gasen, beispielsweise NO, CO und CO 2 , geht gegen Null. Rauscharme Elektronik Das Modul ES1-TB600 (Bild 3) wurde entwickelt, um einen beliebigen ES1-Sensor mit rauscharmer Elektronik zu kombinieren, die den vom Sensor abführenden Stromfluss regelt. Die TB600-Elektronik gibt über eine serielle 16-Bit-Schnittstelle mit UART digitale Signale aus, wodurch der Endkunde das Modul ES1-TB600 beliebig mit Standardleistungselektronik für Steuerungen und Maschinenschnittstellen kombinieren kann. Jedes ES1-TB600-Modul wird individuell kalibriert. Die Kalibrationsdaten werden auf der TB600-Elektronik gespeichert. Jede Sekunde stellt das Modul ein Ausgabesignal zur Verfügung. Durch die hohe und stabile Signalauflösung des Sensormoduls ES1-TB600 lassen sich beispielsweise kleinste nachweisbare Konzentrationen von < 100 ppb für Standardgase und < 10 ppb für Spezialgase wie HCHO feststellen, bei denen der zeitgewichtete Durchschnittswert für die maximale Arbeitsplatzkonzentration (TVL-TWA) sehr niedrig ist. Messbereiche Das NO 2 -Gassensormodul ES1-TB600 ist für drei unterschiedliche Messbereiche verfügbar. Die Messbereiche von 0 bis 50 ppm und von 0 bis 100 ppm werden für die städtische Abgasüberwachung mit mehreren Messpunkten (z. B. in Parkhäusern) sowie für andere Anwendungen mit begrenzten Platzverhältnissen wie die Atemluftanalyse genutzt. Die Version von 0 bis 1000 ppm kommt zumeist bei der industriellen Sicherheitsüberwachung, beispielsweise bei der Stromerzeugung, zum Einsatz, die einen Schwerpunktbereich für die Überschreitung der NO 2 -Grenzwerte darstellt. Typische Anwendungsbeispiele Aufgrund der Chemie und der Fähigkeit, die Elektronen von den Gasmolekülen zu trennen, lassen sich SPE-basierte Gassensoren den Bedürfnissen zahlreicher verschiedener Gase anpassen. Sie eignen sich deshalb für unterschiedlichste Anwendungen. Ein VOC-Sensor (auch All-Gas-Sensor genannt) kann beispielsweise zusammen mit einem CO 2 -Sensor für die Messung der Gasqualität in Innenräumen eingesetzt werden – eine Anwendung, die zunehmend an Bedeutung gewinnt. Neben Sensoren in einem Netzwerk kommen hier auch Sensorausführungen zum Einsatz, bei denen Smartphones, Tablets oder andere Drahtlosgeräte als Plattform für die Messung der Luftqualität dienen. Die Hauptkriterien für Sensoren zur Messung der Luftqualität in Innenräumen sind Stabilität und niedrige Drift. Beide Kriterien erfüllt das VOC- Sensormodul ES1-TB600. Des Weiteren eignet sich das Sensormodul bestens für die Atemluftanalyse bei medizinischen oder anderen Anwendungen. Seine Reaktionszeit kann so gestaltet werden, dass eine sehr schnelle Erkennung von Geruchsbildung, Düften oder Alkohol möglich ist. Ausblick Da die Schichten jeweils auf ein Trägersubstrat gedruckt werden, ist die SPE-Technologie gut für die Massenproduktion geeignet. Diese für die Gassensorbranche neue Technologie ermöglicht zusätzliche Anwendungen, beispielsweise in Haushaltsgeräten und als besonderes Beispiel in intelligenten Klima anlagen für die Viehhaltung, wo NH 3 - und H 2 S-Konzentrationen so tief wie möglich gehalten werden müssen. Mit dem neuen Konzept ist der Stromverbrauch zudem so niedrig, dass für Produktentwicklungen auf Basis des SPE-Gassensormoduls ES1-TB600 der Batteriebetrieb sowie Remote-Anwendungen, für die eine lange Batterie laufzeit gewährleistet sein muss, kein Problem mehr darstellen. Weil sich die Technologie einfach auf hohe Volumina aufskalieren lässt, kann sich die ES1-TB600-Plattform auch preislich problemlos mit anderen Gassensortechnologien (beispielsweise MOS-Gassensoren) messen. ◄ 28 meditronic-journal 4/2020

Antriebe Reduzierte Entwicklungszeit mit dem Commander-Motion Controller Dynetics GmbH Info@dynetics.eu www.dynetics.eu Der neu Commander-Motion-Controller (im Vertrieb von Dynetics) von NPM, ein vier-Achsen-Hybrid-IC, schließt die Lücke zwischen Standard- Controller und komplett von Grund auf neu zu entwickelndem kundenspezifischem Controller. Der Commander ist zuverlässig, flexibel, kostengünstig und lässt sich vom Prototyp bis zur Produktion einfach skalieren – auch für schwierige Anwendungen. Die erweiterten Funktionen des Commander-Kerns umfassen dank seiner 100 Pufferregister Linear-, Bogen-, Kreis-, Helix- und Tangentialinterpolation sowie koordinierte Bewegung und kontinuierliche gepufferte Bewegungen. Außerdem kann der Benutzer zwischen Trapez- oder S-Kurvenbeschleunigung / -verzögerung und absoluter oder inkrementeller Positionierung wählen. Änderungen können auch im laufenden Betrieb vorgenommen werden, wobei entweder die Geschwindigkeit oder Zielposition während des Betriebs nach Wunsch verschoben werden. Kompakte intelligente Motion-Control-Lösung Zusammen mit der Hybrid-IC- Version ARCUS-SVX-CR der TITAN Servomotor-Technologie können auf einer Platine eine sehr kompakte intelligente Motion-Control- Lösung mit bis zu vier Achsen realisiert werden. Der ARCUS-Treiber ist vielseitig einsetzbar, beispielsweise für Zweiphasen-Schrittmotoren, dreiphasige BLDC-Motoren(rotierend und Linear) und Voice-Coil-Motoren. Der integrierte ARCUS-Software- Assistent erkennt ohne externe Sensoren automatisch die Motorparameter und ermöglicht somit eine einfache Inbetriebnahme. Intelligenter Echtzeitalgorithmus In einem kompakten Gehäuse mit innovativer Motion Analytics (2ndSight), ist der TITAN Servomotor-Controller-Core mit einer Motorantriebsschaltung einschließlich der Leistungs-FETs und allen Softwarefunktionen ausgestattet. 2ndSight ist basiert auf einem datengesteuerten intelligenten Echtzeitalgorithmus, der hinsichtlich Effizienz und Reaktionszeit optimiert wurde. Ein Entwicklungsset basierend auf dem Commander-Kern ist verfügbar. Damit kann schnell eine einfache Vier- Achsen-Bewegungssteuerung entwickelt werden. Das Entwicklungsset enthält ein vollständiges Softwarepaket. ◄ Piezomotoren in der Medizintechnik Die zahlreichen Vorteile von Piezo motoren sind ideal für medizinische Anwendungen. In manchen Anwendungen der Diagnostik und vor allem in Verbindung mit Magnet resonanztomographen (MRT) sind sie alternativlos. Das schwedische Unternehmen Piezo- Motor hat sich auf die besonderen Antriebe spezialisiert. Anwender schätzen die Nanometer-Positioniergenauigkeit der Motoren, die exakte und reproduzierbare Ergebnisse mit ultrahoher Auflösung bieten. So sorgt ein linearer und mit Piezoelektrizität betriebener Motor beispielsweise in einer Dosierpumpe für die gewünschte Genauigkeit im Nanoliter-Bereich. Bei Bedarf sind die Miniaturmotoren auch unmagnetisch, was sie für den Einsatz in MRT besonders qualifiziert. Das Worcester Polytechnic Institute (WPI) hat mithilfe von Piezo motoren einen MRT-Operations roboter entwickelt, der auch unter Einfluss des mehrere Tesla starken Magnetfeldes störungsfrei arbeitet. Der Roboter ermöglicht nun beispielsweise Präzisions-Thermo ablation bei Gehirntumoren, die Positionierung von Elektroden für die tiefe Hirnstimulation zur Behandlung von Parkinson und auch MRT-geführte Biopsie bei Prostatakrebs. Die Experten von PiezoMotor stehen den Entwicklern mit Know-How und Innovationsstärke zur Seite. Gemeinsam werden Bedarf und Optionen geprüft und nach geeigneten Lösungen gesucht. PiezoMotor Uppsala AB www.piezomotor.com meditronic-journal 4/2020 29

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