Drucksensoren von Infineon Kein Hals- und Beinbruch

Nach einem Sturz zählt jede Minute, besonders bei gefährdeten Personen.
Nach einem Sturz zählt jede Minute, besonders bei gefährdeten Personen.

Stürze sind die zweithäufigste Ursache für tödliche Unfälle weltweit, dies geht aus einer Studie der WHO hervor. Darum muss auf einen Sturz schnell reagiert werden, auch wenn die betroffene Person dazu selbst nicht in der Lage ist. Präzise Drucksensoren können dabei helfen.

Jährlich kommen fast 650.000 Menschen bei Stürzen zu Tode, während über 37 Millionen eine medizinische Behandlung benötigen. Gerade Personen über 65 Jahre sind laut der World Health Organisation (WHO) überdurchschnittlich oft betroffen. Dies ist mit viel Leid für die Betroffenen, aber auch mit enormen Kosten verbunden. Daher sind nicht nur Präventionsmaßnamen erforderlich, sondern auch die sichere und genaue Erfassung von Stürzen, um entsprechende Hilfsmaßnahmen unverzüglich einleiten zu können.

Eine sichere, zuverlässige Überwachung ist wünschenswert, mit modernen, mobilen Geräten, die die Personen nicht einschränken und außerdem die Pri­vatsphäre schützen. Hochpräzise und extrem kompakte barometrische Drucksensoren ermöglichen derartige Ap­plikationen und kommen verstärkt in Sturzmeldern zum Einsatz. Diese können in einem Armband, Anhänger oder in eine Uhr integriert werden.

Richtig reagieren nach einem Sturz

Wie sieht nun das grundsätzliche Arbeitsprinzip für eine derartige automatische Sturz-Erkennung aus? Wenn die Person stürzt, wird der Fall bzw. die Höhenänderung sowie die Aktivität nach dem Sturz über den Drucksensor erfasst. Steht die Person innerhalb einer definierten Zeitspanne, zum Beispiel 20 s, wieder auf, wird der Alarm aufgehoben, der zuvor durch die abrupte Druckänderung ausgelöst wurde.

Bleibt der Träger jedoch liegen, dann vibriert oder blinkt das entsprechende Gerät. Wird vom Träger kein »OK«-Zeichen gegeben, etwa via Knopfdruck, sendet das Endgerät nach einer wei­teren Zeitspanne ein Alarmsignal an einen Notempfang oder ein Familienmitglied. Auch eine Verbindung mit einem »Smart Speaker« ist denkbar. Dieser kann die betroffene Person nach weiteren Schritten fragen, beispielsweise, ob eine bestimmte Person angerufen werden soll.

Anforderungen und Technologien

Für Drucksensoren, besonders im medizinischen Bereich, gelten hohe Anforderungen:

  • eine hohe Auflösung, um einen Sturz sicher erkennen zu können und auch die anschließende Aktivität zu bewerten
  • eine schnelle Auslesegeschwindigkeit, um zeitnah auf Stürze reagieren zu können
  • eine geringe Leistungsaufnahme
  • eine hohe Empfindlichkeit
  • mechanische Robustheit, da der Drucksensor in Alltagsgegenständen wie Smartphones oder Wearables verbaut wird
  • eine flexible Systemarchitektur
  • ein einfacher Applikationseinsatz

Viele MEMS-basierte Drucksensoren arbeiten mit piezoresistiven Elementen. Diese sind jedoch empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und benötigen eine aufwendige Kalibrierung. Außerdem erfordert die resistive Messung relativ viel Strom.

Ein kapazitiver Drucksensor dagegen überwindet die Einschränkungen piezoresistiver Sensoren wie auch deren Empfindlichkeit gegenüber Gravitationseinflüssen und mechanischen Vibrationen sowie dem relativ großen Phasenrauschen. Die maximale Stromaufnahme kann mit der kapazitiven Technologie nahezu halbiert werden. Darum entschied sich Infineon beim Design des DPS310, dass der Drucksensor auf einer kapazitiven Auslesung basiert.