Teardown Tuesday: Пульсоксиметр
Пульсоксиметры пытаются неинвазивно определять процент оксигенированного гемоглобина в кровообращении в крови. Мы открываем его, чтобы узнать, что внутри.
Импульсный оксиметр, купленный для этой статьи, составляет $ 25 единиц фирменного Accurate. Внешне он кажется схожим, если не идентичным, с другими подразделениями, которые в настоящее время продаются компанией FaceLake, Santa Medical и многими другими. Если вы купите его для медицинского использования, пожалуйста, сосредоточьтесь на статусе одобрения FDA перед рассмотрением цены или нет у него других функций, таких как двухцветный дисплей или Bluetooth.
разборка
Твердо-мягкий пластиковый блок удерживает палец между верхним корпусом и нижним корпусом, которые соединены парой асимметричных шарнирных шарниров, которые соединяют отверстие сверху с щелью на дне. Нижний корпус содержит батареи и светодиод; верхний корпус содержит датчик освещенности, микропроцессор и дисплей.
Чтобы открыть верхний корпус, осторожно прижмите шов, чтобы отделить три механических крючка крышки от углублений на верхнем корпусе.
Чтобы отделить верхний корпус от нижнего корпуса, снимите штыревые штифты с клеем. Вставьте небольшой плоский предмет под краем штифтов и осторожно поднимите его. Пружины удаляются, нажимая их на дальний конец устройства (справа на рисунке выше).
В нижнем корпусе мало что можно разделить. Существует небольшая пластиковая крышка, которая может быть свободна, чтобы выявить соединители батареи и точки пайки для четырех проводов. Аккуратно вытащите мягкий пластик из твердого пластика, чтобы показать остальную часть печатной платы и светодиода.
См. Видео ниже, чтобы посмотреть разборку.
| Компонент | Описание | Стоимость | Больше информации |
|---|---|---|---|
| NANO102LC2AN | 32-разрядный микроконтроллер | $ 2 | Техническое справочное руководство |
| TSL237LF | Преобразователь света в частоту | $ 4 | Техническая спецификация |
| PDI-E833-ND * | Двунаправленный светодиод | <$ 1 | Техническая спецификация |
| 01531 * | 64x128 Bicolor OLED Display | $ 4 | Техническая спецификация |
* Положительная идентификация невозможна из-за отсутствия идентификационных меток. Эти части имеют одинаковую функциональность с частями внутри устройства.
Что происходит под пальцем?
В нижнем корпусе присутствует двухцветный светодиод. Микроконтроллер генерирует положительный импульс, за которым сразу следует отрицательный импульс. Это достигается с помощью цифровой коммутационной микросхемы, которая управляется микроконтроллером.
Видимый красный свет ~ 650 нм излучается светодиодом в течение одного импульса, а инфракрасный свет ~ 950 нм излучается светодиодом во время другого. Эти короткие импульсы разделяются только на несколько миллисекунд, поэтому, для человеческого глаза, свет выглядит так, как будто он постоянно излучается, а ваш палец светится слабо красным.
Захват осциллографа двунаправленного источника питания светодиодов
Что происходит в вашем пальце?
Инфракрасный и видимый свет от светодиода передаются в ваш палец, где свет поглощается гемоглобином и оксигемоглобином в крови. Процент насыщения кислородом рассчитывается микроконтроллером на основе уровней поглощения света от светодиода.
В этой статье объясняются уравнения и теория, используемые для определения процента насыщения кислородом, и это видео из New England Journal of Medicine объясняет, как работают импульсные оксиметры.
Что происходит над вашим пальцем?
TSL237LF
Над вашим пальцем находится TSL237, преобразователь интенсивности света в частоту, который выдает прямоугольную волну, частота которой прямо пропорциональна интенсивности света, который светит на фотодетекторе. TSL237 - это всего лишь один из датчиков, который производит AMS-TAOS. Они имеют полную линейку оптических датчиков, которые включают в себя свет, цвет, близость и обнаружение жестов.
Частотный выход TSL237 таков, что во время каждого импульса светодиода может возникать несколько десятков циклов. В пульсоксиметровой цепи TSL237 будет иметь изменяющийся выходной сигнал. На моем рабочем месте на частоту влияет окружающее освещение, которое затмевает свет от светодиода.
Белая трасса показывает мощность, подаваемую на двухцветный светодиод, а желтый - это сигнал, генерируемый светоиндикатором в искусственном освещении
Частота импульсов определяется количеством света, достигающего датчика
Выход TSL237 передается на микроконтроллер, который подсчитывает или время импульсов, когда он управляет светодиодом в нижнем корпусе. Затем микроконтроллер рассчитывает процент насыщения кислородом на основе этих значений.
Микроконтроллер NANO102LC2AN
Этот недорогой микроконтроллер построен на ARM Cortex-M0, 32-разрядном микропроцессоре с небольшими 56 инструкциями в своем наборе. Микропроцессор имеет всевозможную общую связь между чипами и кристаллами, имеет загрузчик флэш-памяти 4 кБ для In System Programming (ISP) и может работать при напряжении до 1.8 В с встроенным регулятором низких выпадений.
Микроконтроллер контролирует состояние светодиода, подсчитывает импульсы датчика освещенности, вычисляет насыщенность кислорода и управляет отображением.
Обзор NANO102LC2AN. Графическая любезность Nuvoton
Желтый синий 128x64 OLED-дисплей
В этом устройстве используется двухцветный OLED-дисплей от неизвестного производителя. На печатной плате есть несколько следов, которые соединяются с микроконтроллером и дисплеем, что предполагает последовательный (в отличие от параллельного) контроль. Однако, без зондирования, возможно, что на невидимом слое печатной платы есть следы.
Разное
На плате также есть несколько разных резисторов, конденсаторов и кристалла, чтобы обеспечить синхронизацию микроконтроллера.
Вывод
Импульсные оксиметры в форме пальцев - это неинвазивное и недорогое дополнение к больничным помещениям и достаточно недороги для домашнего медицинского набора. Прежде чем вы купите его, поговорите с врачом, чтобы определить, есть ли у вас какое-то условие, требующее его, а затем попросите вашего поставщика медицинских услуг научить вас, как его использовать.
Низкое показание может быть признаком того, что у кого-то, страдающего сердечным приступом, нужен дополнительный кислород, или это может просто означать, что у человека, носящего устройство, холодные руки или ногти с полировкой, и испуга достаточно, чтобы вызвать сердечный приступ. Наконец, если вы когда-либо сомневались в благосостоянии кого-то и были обеспокоены тем, что они не получают достаточного количества кислорода из-за состояния здоровья, немедленно звоните в службы экстренной помощи.
Спасибо за прочтение! Остановитесь на следующей неделе для следующего Teardown Tuesday!
Следующий Teardown: Amazon Echo Dot v2