0 引言
微量注射泵是臨床醫(yī)療和生命科學研究中一種經(jīng)常使用的，長時問進行均勻微量注射的儀器?，F(xiàn)今國內(nèi)外微量注射泵面臨的難點是精度不夠和成本比較高。國內(nèi)同類產(chǎn)品采用軟件控制注射的精度，這導致儀器容錯性很差，并且只能使用單一廠家的注射器。而國外同類產(chǎn)品采用電位計控制注射的精度，要達到相對高的精度則對電位計的要求很高。
傳感器是一種能感受或響應規(guī)定的被測量物理量，并按一定規(guī)律轉換成可用信號輸出的器件或裝置，它可將輸入變量轉換成可供檢測的電信號，并將各種參量送入計算機系統(tǒng)，進行智能監(jiān)測、控制，是測量系統(tǒng)中的一種前置部件。近年來，傳感器的應用正朝著兩個方向發(fā)展，一是單一功能傳感器朝著多用途傳感器的綜合應用發(fā)展；二是傳感器與微處理機接口，既改進傳感器的測量精度和可靠性，又提高微處理機的運算精度，二者相輔相成。當前，傳感器已廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、宇宙空間、資源開發(fā)、環(huán)境保護、自然災害預報、醫(yī)療保健以及癌癥診斷等各個領域。
本文研究了幾種傳感器在測量中的應用，選取了容柵傳感器等傳感器用于微量注射泵系統(tǒng)的設計，成功地提高了注射精度，并兼容多個廠家的注射器，增強了微量注射泵的功能。本文將闡述這些傳感器在微量注射泵中的應用。
1 容柵傳感器
容柵傳感器是一種基于變面積工作原理，可測量大位移的電容式數(shù)字傳感器，與其它數(shù)字式位移傳感器，如光柵、感應同步器等相比，具有體積小、結構簡單、分辨率和準確度高、測量速度快、功耗小、成本低、對使用環(huán)境要求不高等突出的特點，因此在電子測量技術中占有十分重要的地位。隨著測量技術向精密化、高速化、自動化、集成化、智能化、經(jīng)濟化、非接觸化和多功能化方向的發(fā)展，容柵傳感器的應用越來越廣泛。
本系統(tǒng)中主要是對直線位移的測量，所以采用直線型容柵傳感器。容柵傳感器的結構非常類似于平行板電容器，它是由一組排列成柵狀結構的平行板電容器并聯(lián)而成的，如果把隨時間變化的周期信號，通過電子電路的控制，在同一瞬間以不同的相位分布，分別加載于順序排列的柵狀電容器各個柵極上，則在另一公共極板上，任一瞬間產(chǎn)生的感應信號將與該瞬間加載的激勵信號具有相同的相位分布。
容柵傳感器動柵、定柵各極板之間形成的電容的等效電路如圖1所示，設C1(x)，C2(x)，C3(x)……C8(x)為動柵上48塊極板與定柵上相應極板所構成的電容量，它是位移x的函數(shù)，假設小發(fā)射極板與反射極板完全覆蓋時兩者之間的電容為C0，每一塊小發(fā)射極板的寬度為w，則由圖可知，當0≤x≤w 時，C 8(x)=C 0(x)／w，C 1(x)=C 2(x)=C 3(x)=C 0，C 4(x)=C 0(1-x／w)，c5(x)=c6(x)=c7(x)=0。由此可以得出整個量程中兩極板之間的電容量隨位移x的變化規(guī)律。
由圖1可以看出，在x為任何值時，動柵上的48塊極板中總有一部分與“地”(屏蔽板)形成電容，相應的輸入信號源直接接入“地”，對傳感器的輸出信號不產(chǎn)生影響，可是為了導出φ(x)(φ(x)為傳感器的輸出信號相對于某一驅動信號的相位移)隨位移量x連續(xù)變化的統(tǒng)一公式，在推導中不考慮這些極板對“地” 形成電容，而仍把它們看作對定柵板形成電容，只不過此時它們的電容量為零而已。由于這些電容量為零，則其阻抗為無窮大。相應的信號源全部落在這些電容上，同樣，對傳感器的輸出信號無影響。
如果給容柵傳感器每組發(fā)射極板上所加的發(fā)射電壓V1~V8為8路頻率、幅值相同而相鄰小極板間相位相差為π／4的正弦交變電壓，則在發(fā)射極上有電壓Vf，在接收極上有電壓Vr。應用交流電路理論及基爾霍夫電流定律，解讀圖l的等效電路，如下：
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