Biegeunempfindliche Verbindung oder hochflexibles/dünnes Kabel

Ich möchte mehrere Beschleunigungsmesser-Datenlogger an verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers anbringen (dh an meinem eigenen, es wird kein kommerzielles Produkt sein). Die einzelnen Einheiten speichern ihre Daten auf einer SD-Karte, sodass sie weitgehend autonom sind. Trotzdem möchte ich sie verkabeln, um die Stromversorgung zu zentralisieren (eine handelsübliche tragbare Powerbank am Hüftgurt) und wahrscheinlich regelmäßig synchronisieren zu können, wenn die einzelnen Uhren zu stark driften. Also höchstwahrscheinlich 2 oder 3, aber nie mehr als 4 Drähte.

Da sich die Gliedmaßen viel bewegen (wie beim Laufen), werden die Kabel auch stark gebogen. Wenn die Kabel also alle bis auf die kleinste Biegesteifigkeit aufweisen, üben sie zusätzliche Kräfte auf die Beschleunigungsmesser aus, die die Messungen verfälschen. Ich mache mir auch Sorgen, denn wenn ich das Experiment sehr oft durchführe, brechen die Drähte in kürzester Zeit. Schließlich mache ich mir Sorgen, dass die Verkabelung sehr unbequem und umständlich zu verwenden ist, wenn die Kabel steif sind (z. B. das Anbringen von 2-3 steifen Kabeln an einem Bein allein klingt nicht nach viel Spaß).

Gibt es also gängige Anwendungen, die mehradrige Kabel mit sehr kleinem Durchmesser (mit sehr klein meine ich weniger als 2 mm für ein 3- oder 4-adriges Kabel) oder hoher mechanischer Nachgiebigkeit erfordern, die ich für meinen Zweck missbrauchen könnte? Gibt es eine andere etablierte Möglichkeit, Kabelverbindungen zu elektronischen Geräten herzustellen, die gegen häufiges Biegen unempfindlich sein müssen (klingt wahrscheinlich komisch, aber: Schleifkontakte oder so?)

Randnotizen:

Es gibt mehrere Gründe, warum ich die Einheiten nicht einzeln mit Strom versorgen möchte: 1) LiPo-Akkus sind klein, stellen aber ein inhärentes Sicherheitsrisiko dar, wenn sie am menschlichen Körper befestigt werden (multipliziert mit der Anzahl der Akkus mal der Messzeit); Ich will nicht als Burning Man auftreten... 2) die einzelnen Einheiten sollten möglichst leicht sein, damit ihre eigene Trägheit die Maße nicht verdirbt (ich kann die Einheiten nicht an die Knochen nageln...) 3) Bei kleinen LiPo-Akkus ist die Betriebszeit eher begrenzt.

Die Kapazität der Kabel spielt keine dominante Rolle, da eine (seltene) Synchronisation im Millisekundenbereich vollkommen ausreicht. Auch der Widerstand der Leitungen ist nicht so wichtig, da die Datenlogger nur sehr wenig Strom verbrauchen.

Mein Design der Datenlogger ist bereits fertig (und erste Prototypenplatinen geätzt), daher würde ich zögern, es zu ändern. Sollten dennoch alternative Vorschläge mit außergewöhnlichen Vorteilen auftauchen, könnte ich meine Meinung über eine Änderung des Designs ändern.

Googlewearable computing
@jsotola: Meine Suche brachte viele sehr allgemeine Ergebnisse. Kennen Sie spezifischere Begriffe, die sich auf mein spezifisches Problem beziehen?
Suchen Sie nach silikonisoliertem Draht mit hoher Litzenzahl. Sie können auch nach Draht suchen, der ISO 10993-10 entspricht, der Hautreizungen behandelt.

Antworten (4)

Lavelier-Mikrofonkabel hört sich nach Ihren Wünschen an, es ist das Kabel, das normalerweise zwischen dem Kopf und dem Senderpaket bei am Körper getragenen Funksystemen verwendet wird, die bei Live-Auftritten verwendet werden.

Normalerweise hat es zwei Kerne plus einen Gesamtbildschirm, es ist hochflexibel und einigermaßen robust, kann aber ein bisschen wie ein Schwein sein, um es zu terminieren.

Hier https://www.canford.co.uk/MOGAMI-LAVALIER-MIC-CABLE ist eine Variante mit 2,5 mm Außendurchmesser, Sie können wahrscheinlich kleinere Varianten finden.

Und hier https://www.hhb.co.uk/product/mogami-miniature-balanced-lavalier-microphone-cable-(2901)/2379/ ist eine 2,16-mm-Variante.

Es ist unwahrscheinlich, dass Sie eine Lösung von der Stange finden werden. Sie stellen Kapton-Flexkabel mit mehreren Leitern her, die ab Lager (bei digikey) erhältlich sind. Diese erfordern Anschlüsse an jedem Ende und sind möglicherweise nicht für die Belastung geeignet, die auf das Ende des Kabels ausgeübt wird.

You can actually integrate the sensors on a flex cable, or there are even processes that integrate PCB's and flex cables.

Dies ist ein Beispiel für die Integration eines SMT-Geräts in ein Flachbandkabel

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einQuelle: http://www.mech.utah.edu/~wil/tutorials/flexCirc_soldering_tutorial/Flex_circuit_Soldering_Tutorial.html

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Stecker ganz wegzuwerfen und direkt von der Leiterplatte zum Kabel (und möglicherweise zurück zur Leiterplatte) zu gehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einQuelle: https://blog.epectec.com/flex-circuit-polyimide-coverlay-solder-mask-considerations

Sie müssen sich Gedanken über die Zugentlastung und den Biegeradius machen, egal was Sie tun. Flexkabel haben typischerweise einen Biegeradius von 1/2", und wenn dieser überschritten wird, bricht das Kabel. Informationen finden Sie beim Kabelhersteller, aber hier gibt es einige interessante Lektüre:

MINCO Flex-Designleitfaden
EPEC Flex-Designleitfaden

Danke für die interessanten Bilder (und natürlich die Links). Ich habe bereits normale Flachkabel in Betracht gezogen, aber Polyimid ist ein weiterer interessanter Vorschlag. Dies wird jedoch in der Hauptebene sehr unflexibel sein, und selbst wenn mein Körper nicht mehr so ​​flexibel ist, mache ich mir Sorgen über jede leichte Torsionsbewegung, die während des Experiments ziemlich unangenehme Empfindungen verursacht. Aber ich werde es im Hinterkopf behalten.

Unabhängig davon, welches Kabel Sie aufgrund von Flexibilität, Stärke und Durchmesser wählen, sollten Sie bedenken, warum so viele Kopfhörerdrähte brechen und warum USB-Anschlüsse und einige 3,5-mm-Stecker robuster sind als andere.

Meine Beobachtungen und Anleitungen sagen mir, dass die schwächsten Verbindungen ein starres Substrat, eine Hülse oder einen Spanndraht erfordern, der 5- bis 10-mal stärker ist als die schwächste Verbindung, sodass der Biegeradius > 5- bis 10-mal so groß ist wie der Drahtdurchmesser mit einer Gradienten-Zugentlastung. Dies kann mit Form- oder Schrumpfschläuchen oder einer Polyurethanverbindung (PL400) oder wie bei CATV-Koax- und Gitterdrähten mit einem stärkeren, gewichtstragenden Führungsdraht oder einer Ummantelung erfolgen.

Der ideale Mantel für radiale Flexibilität und dennoch axiale Steifigkeit ist ein Kunststoffgeflecht über den dehnbaren, schwachen geflochtenen Drähten mit perfektem Abschluss. Dann können Litzen nicht nur AWG40, sondern AWG 56 sein. Dies kann das beste Verhältnis von Spannung/Dehnung bei geringster Masse und Durchmesser ergeben.

In der Industrie ist diese Lösung ein Polycarbonat-Flachkabel mit spiralförmiger axialer Bewegung, auch bekannt als Kaptonband oder FPC-Kabel, die diese Eigenschaften haben, z. W signalisiert auf Festplatten sehr schnell. Litzendraht mit PU-Mantel kann dies auch, wenn er richtig verlegt wird.

Levelier-Kabel ist eine ausgezeichnete Wahl bei AWG40 = 0,08 mm, aber wenn es darauf ankommt, hat jemand vielleicht noch bessere.

Fazit —- Denken Sie an die Kabelführung und minimieren Sie die Spannung in der schwächsten Achse, aber wählen Sie ein Kabel mit Flexibilität, aber mit einem hohen Spannungs-/Dehnungsverhältnis, was bedeutet, dass es sich biegen, aber nicht dehnen wird.

PS
Beachten Sie, dass in Krankenhäusern empfindliche EKG-Sensoren immer gut am Körper befestigt werden, um diese Zugentlastung durchzuführen.

Sehr guter Hinweis bezüglich EKG-Sensoren, Kabelführung und Zugentlastung. Um ehrlich zu sein, hatte ich auf eine Lösung vom Typ "Einfach in meinen Superhelden-Anzug schlüpfen" gehofft, die keine handkalibrierte Verkabelung benötigt. Aber ich habe den Eindruck, dass das Beispiel des Festplattenlaufwerks die perfekte Lösung ist: nur zwei zusätzliche Knicke, um gleichzeitig seitliche und längsgerichtete Nachgiebigkeit zu erhalten, plus etwas Zugentlastung am Einlass des Datenloggers. Ich denke, ich werde diesen Weg gehen.
Die Zugentlastung ist so kritisch, dass die Bewegung eine axiale Kurve sein sollte

Ich würde nochmal überlegen, ob die Steifigkeit des Kabels ein Problem sein wird. Welche Art von Beschleunigungen versuchst du zu messen? Wenn es sich nicht um Vibrationen handelt oder Sie versuchen, Bewegungen über mm-Abstände zu integrieren, bleibt der Beschleunigungsmesser mehr oder weniger dort, wo er an Ihrem Körper befestigt ist (es sei denn, Sie nähen ihn auf losen Stoff oder ähnliches). Ich bezweifle, dass das Kabel viel Wirkung haben wird.

Ich würde einfach ein paar dünne USB-Verlängerungskabel kaufen und sie zerschneiden. Sie haben genügend Leiter und sind flexibel gebaut. Sie könnten sogar den Stecker am Powerbank-Ende belassen und diesen als Trennung verwenden.

Wenn Sie es wirklich ernst meinen, steigen Sie auf digikey. Sie haben so ziemlich jede Kabelkonfiguration, die Sie sich vorstellen können.

https://www.digikey.com/products/en/cables-wires/multiple-conductor-cables/473?k=cable&k=&pkeyword=cable&FV=4f00002%2Cffe001d9&quantity=0&ColumnSort=413&page=1&stock=1&pageSize=25

Ich weiß Ihren Einwand zur Steifheit zu schätzen. Vielleicht hast du Recht. Aber ich denke, das Problem bei diesem Argument ist, dass die Steifigkeitseffekte eine (nutzbare) Bandbreitenbegrenzung bewirken, selbst wenn ich Trägheitsbewegungen messen möchte: Ich müsste solche Resonanzen oder Antiresonanzen herausfiltern, und dies würde meine Bewegungskurven glätten es sei denn, die (Anti-) Resonanzen liegen weit über ~ 100 Hz (was meiner Meinung nach nicht der Fall ist). Vielleicht muss ich es einfach mal testen...
Ich habe digikey jetzt nach Kabeln durchforstet. Während deren Suchmaske beim Auffinden von Durchmessern sehr praktisch ist, ist dies bei Biegesteifigkeiten leider weniger der Fall. Vielen Dank aber.
Biegeunempfindliche Verbindung oder hochflexibles/dünnes Kabel
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