Sensoren Sensorik in der
Sensoren Sensorik in der Medizintechnik Moderne Sensoren und Messsysteme sichern medizinische Eingriffe, automatisieren die Forschung und tragen zur Ergonomie medizinischer Geräte bei. Füllstandsmessung in Mikrotitern Innenaufbau eines Seilzugsensors. Feinpositionierung eines OP-Mikroskops Zum einen sind das die kapazitiven Wegsensoren. Bei der kapazitiven Messung bilden Sensor und Messobjekt die Elektroden eines elektrischen Kondensators. Durchfließt sie ein konstanter Wechselstrom, so ist die Amplitude der Wechselspannung proportional zum Abstand zwischen dem Sensor und dem Messobjekt. Kapazitive Sensoren sind extrem stabil und lösen nanometergenau auf, daher werden sie besonders für hochpräzise Autor Dipl.-Phys. Johann Salzberger Geschäftsführer Marketing bei Micro-Epsilon Messtechnik Anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel bei chirurgischen Eingriffen, wenn eine perfekte Sicht auf den Operationsbereich unabdingbar ist. An dieser Stelle wird der Arzt häufig durch ein Operationsmikroskop unterstützt. Die Optik des Mikroskops ist an langen Armen eines Stativs befestigt. Um den Sichtbereich des Mikroskops für den Arzt stabil zu halten, ist eine ständige Korrektur der Drehgelenke erforderlich. Dazu wird beispielsweise der kapazitive Sensor capaNCDT eingesetzt. Das System misst den Abstand zur Referenzfläche, die die Bewegung des Stativarmes im Drehgelenk widerspiegelt. Ist die Auslenkung der Referenz zu groß, bringt die Steuerung den Stativarm in seine ursprüngliche Position zurück. Kompakte Bauweise und leichte Integration des Systems in die vorhandene Konstruktion sind wesentliche Vorteile dieser Lösung. Dem Chirurg liefert sie während der gesamten Operation ein klares Bild. In manchen Fällen ermöglicht die Sensorik gar den Übergang von den manuellen Vorgängen zu den automatischen, z.B. im Medizinlabor. Hier werden Wirkstoffe für Testserien in Mikrotiter-Gefäße manuell angefüllt. Die exakte Menge des jeweiligen Wirkstoffes ist wichtig, stellt aber eine Herausforderung dar. Werden die Mikrotiter automatisch befüllt, wird die Füllmenge ebenfalls automatisch kontrolliert. Die in der Medizin typischen Kleinserien werden allerdings manuell pipettiert. Üblicherweise werden dafür Stichproben gewogen. Doch für die 100%-Qualitätsprüfung reicht das nicht aus. Für derartige Anwendungen stellt die konfokale Abstandsmesstechnik eine geeignete Lösung dar. Beim konfokal-chromatischen Messverfahren wird weißes Licht über Linsen in verschiedene Spektren aufgespaltet und senkrecht auf ein Objekt fokussiert. Das reflektierte Licht wird über ein Spektrometer auf die CCD- Zeile geleitet: jede Position auf der CCD-Zeile entspricht nun genau einer Wellenlänge und somit der Entfernung des Messobjektes vom Sensor. Diese Technologie ermöglicht Messungen mit der Auflösung im Nanometerbereich. Die Sensoren confocalDT “tasten“ die Mikrotiter in der Palette nacheinander ab und führen Abstandsmessungen vom Sensor zur Flüssigkeit mikrometergenau aus. Konfokale Standardsensoren können verkippt werden und arbeiten daher auch bei großem Meniskus der Flüssigkeit zuverlässig. confocalDT erlaubt Messung auf sämtliche Flüssigkeiten. Miniatur-Sensoren mit einem Durchmesser ab 4 mm können in einer Linie angeordnet werden und so über die gesamte Breite der Mikrotiterpalette abtasten. Positionierung vom Operationstisch Für die bestmögliche Positionierung des Patienten auf dem OP-Tisch sorgen die Seilzugsensoren wireSENSOR. Das Seil des Sensors ist auf der einen Seite auf die Trommel gewickelt und auf der anderen Seite am bewegten Objekt befestigt. Die durch das Ausziehen des Seils entstandene Bewegung wird über einen Drehgeber in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein OP-Tisch ist modu- 18 meditronic-journal 2/2013
Sensoren Konfokal-chromatischer Sensor tastet das Füllniveau der Mikrotiter ab. Messprinzip eines kapazitiven Sensors. lar aufgebaut und bietet viele Verstellmöglichkeiten zur bestmöglichen Positionierung der Patienten während der Operation: Höhe des Tisches, Horizontalposition und mehrere Winkelfunktionen z.B. für Kopf, Rumpf und Beine. Um die Positionen der einzelnen verstellbaren Elemente zu erfassen wird Messtechnik benötigt. Besonders eignen sich hier Seilzugsensoren mit kleiner Bauform, hoher Genauigkeit und Lebensdauer. In der Regel werden bis zu fünf Seilzugsensoren an einem OP-Tisch verbaut. Neben Standard-Sensoren mit einem Seil aus Stahl werden Modelle mit Kunststoffseil und -Seilanschluss angeboten. So entstehen keine Störungen bei Röntgenoder MRT-Aufnahmen. Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co.KG www.micro-epsilon.de Genau, genauer, konfokal Micro-Epsilon stellt eine neue Serie der konfokal-chromatischen Sensoren confocalDT IFS 2405 vor. Die Sensoren sind für präzise Weg- und Dickenmessung konzipiert. Sie weisen eine höhere Empfindlichkeit auf und haben somit einen deutlichen Vorteil beim Messen auf dunklen Targets. Für einen möglichst flexiblen Einsatz bieten die neuen Sensoren Grundabstände von bis 100 mm. Auch der realisierbare Verkippungswinkel wurde vergrößert. Die Sensoren werden mit dem Controller neuer Generation confocalDT 2451/2471 angeboten. Dieser hat ein hervorragendes Signal-Rausch-Verhältnis und erreicht Messraten von 10 kHz (LED) bzw. 70 kHz (Xenon-Lichtquelle). Die innovative Hochleistungs-CCD-Zeile ermöglicht aktive Oberflächenkompensation bei Messprozessen auf unterschiedlichen Materialien. Die aufeinander abgestimmten Komponenten des Messsystems liefern höhere Genauigkeit pro Messkanal. Das konfokal-chromatische Messprinzip ist berührungslos, wartungsfrei, langzeitstabil und daher auf die hochpräzisen Anwendungen zugeschnitten. Die Serie confocalDT IFS 2405 kann, über die gängigen Messaufgaben hinaus, für die einseitige Dickenmessung von transparentem Material eingesetzt werden. Somit eignen sich die neuen Sensoren für die Display- und Glasherstellung, Medizintechnik und den Einsatz in der Forschung & Entwicklung. Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG info@micro-epsilon.de www.micro-epsilon.de meditronic-journal 2/2013 19
