Conexión insensible a la flexión o cable muy flexible/delgado

Quiero conectar varios registradores de datos de acelerómetros a diferentes partes del cuerpo humano (es decir, el mío, no será un producto comercial). Las unidades individuales guardan sus datos en la tarjeta SD, por lo que son en su mayoría autónomas. Sin embargo, quiero cablearlos para centralizar el suministro de energía (un banco de energía portátil comercial montado en mi cinturón) y probablemente poder sincronizarlos regularmente si los relojes individuales se desvían demasiado. Entonces, lo más probable es que sean 2 o 3, pero nunca más de 4 cables.

Como las extremidades se mueven mucho (como cuando estoy corriendo), los cables también se doblarán mucho. Por lo tanto, si los cables tienen casi la mínima rigidez a la flexión, ejercerán fuerzas adicionales en los acelerómetros, lo que distorsionará las mediciones. También me preocupa porque si termino haciendo el experimento con mucha frecuencia, los cables se romperán en poco tiempo. Finalmente, me preocupa que el cableado sea muy incómodo y engorroso de usar si los cables son rígidos (por ejemplo, conectar 2-3 cables rígidos a una sola pata no suena muy divertido).

Entonces, ¿hay alguna aplicación común que requiera cables de varios hilos con un diámetro muy pequeño (con muy pequeño me refiero a menos de 2 mm para un cable de 3 o 4 hilos) o un alto cumplimiento mecánico, que podría abusar para mi propósito? ¿Hay otra forma bien establecida de hacer conexiones de cables a dispositivos electrónicos que deben ser insensibles a la flexión frecuente (probablemente suene divertido, pero: contactos de limpiaparabrisas o algo así?)

Notas al margen:

Hay varias razones por las que no quiero alimentar las unidades individualmente: 1) Las baterías LiPo son pequeñas, pero son un riesgo de seguridad inherente cuando se montan en el cuerpo humano (multiplicado por el número de baterías por el tiempo de medición); No quiero actuar como hombre en llamas... 2) las unidades individuales deben ser lo más ligeras posible para que su propia inercia no estropee las medidas (no puedo clavar las unidades en los huesos...) 3) con baterías LiPo de tamaño pequeño, el tiempo de funcionamiento es bastante limitado.

La capacitancia de los cables no juega un papel dominante porque la sincronización (poco frecuente) en el rango de milisegundos es totalmente suficiente. Además, la resistencia de los cables no es tan importante porque los registradores de datos consumen muy poca corriente.

Mi diseño de los registradores de datos ya está terminado (y las primeras placas prototipo grabadas), por lo que dudaría en cambiarlo. Sin embargo, si aparece alguna sugerencia alternativa con ventajas extraordinarias, podría cambiar de opinión en cuanto a cambiar el diseño.

Googlewearable computing
@jsotola: mi búsqueda arrojó muchos resultados muy generales. ¿Conoces algún término más específico relacionado con mi problema específico?
Busque cables con aislamiento de silicona con un alto número de hilos. También puede buscar un cable que cumpla con la norma ISO 10993-10 que aborda la irritación de la piel.

Respuestas (4)

El cable de micrófono Lavelier suena como lo que desea, es el cable que normalmente se usa entre la cabeza y el paquete del transmisor en los sistemas de radio corporales que se usan en presentaciones en vivo.

Por lo general, tiene dos núcleos más una pantalla general, es altamente flexible y razonablemente robusto, pero puede ser un poco difícil de terminar.

Aquí https://www.canford.co.uk/MOGAMI-LAVALIER-MIC-CABLE hay una variedad de 2,5 mm de diámetro externo, probablemente pueda encontrar variantes más pequeñas.

Y aquí https://www.hhb.co.uk/product/mogami-miniature-balanced-lavalier-microphone-cable-(2901)/2379/ hay una variante de 2,16 mm.

Es poco probable que encuentre una solución lista para usar. Fabrican cables kapton flex en multiconductor, que están disponibles en el mercado (en digikey), estos requieren conectores en cada extremo y pueden no ser adecuados para la tensión ejercida en el extremo del cable.

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

Este es un ejemplo de integración de un dispositivo SMT en un cable flexible plano

ingrese la descripción de la imagen aquí

ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: http://www.mech.utah.edu/~wil/tutorials/flexCirc_soldering_tutorial/Flex_circuit_Soldering_Tutorial.html

Otra opción es desechar el conector por completo e ir directamente de la placa de circuito impreso al cable (y tal vez de regreso a la placa de circuito impreso)

ingrese la descripción de la imagen aquíFuente: https://blog.epectec.com/flex-circuit-polyimide-coverlay-solder-mask-considerations

Debe preocuparse por el alivio de tensión y el radio de curvatura, independientemente de lo que haga. Los cables flexibles suelen tener un radio de curvatura de 1/2", y si se excede, el cable se romperá. Puede encontrar información con el fabricante del cable, pero hay algunas lecturas interesantes aquí:

Guía de diseño flexible de MINCO
Guía de diseño flexible de EPEC

Gracias por las fotos interesantes (y los enlaces, por supuesto). Ya he considerado el cable plano común, pero la poliimida es otra sugerencia interesante. Sin embargo, esto será muy inflexible en el plano principal, e incluso si mi cuerpo ya no es tan flexible, me preocupa que cualquier ligero movimiento de torsión cause sensaciones bastante incómodas durante el experimento. Pero lo tendré en cuenta.

Sea cual sea el cable que elija por su flexibilidad, resistencia y diámetro, tenga en cuenta por qué se rompen tantos cables de auriculares y por qué los conectores USB y algunos enchufes de 3,5 mm son más robustos que otros.

Mis observaciones y orientación me dicen que las conexiones más débiles requieren un sustrato rígido, una manga o un cable de tensión que sea de 5 a 10 veces más fuerte que la conexión más débil, de modo que el radio de curvatura sea >5 a 10 veces el diámetro del cable con un alivio de tensión de gradiente. Esto se puede hacer con tubos moldeados o termorretráctiles o compuesto de poliuretano (PL400) o, como en los cables coaxiales y de rejilla CATV, un cable guía o cubierta más resistente que soporta peso.

La funda ideal para la flexibilidad radial pero la rigidez axial es un tejido trenzado de plástico sobre los alambres trenzados débiles y elásticos con una terminación perfecta. Entonces, los hilos pueden ser no solo AWG40 sino AWG 56. Esto puede producir la mejor relación tensión/deformación en la masa y el diámetro más bajos.

En la industria, esta solución es un cable plano de policarbonato con un movimiento axial en espiral, también conocido como cinta Kapton o cable FPC que tiene estas cualidades, por ejemplo, FPC puede moverse hacia atrás y adelante 1e9 veces sin fallar en la curva axial que se mueve en la dirección de la curva (axial) utilizada para mover la cabeza R/ Las señales W en las unidades de disco son muy rápidas. El cable trenzado con forro de PU también puede hacerlo si se enruta correctamente.

El cable Levelier es una excelente opción en AWG40 = 0,08 mm, pero si es importante, alguien puede tener incluso mejor.

Conclusión: tenga en cuenta el enrutamiento del cable y minimice la tensión en el eje más débil, pero elija un cable con características de flexibilidad pero con una alta relación tensión/deformación, lo que significa que puede doblarse pero no estirarse.

PD
Tenga en cuenta que en los hospitales, los sensores de EKG sensibles siempre están bien pegados al cuerpo para realizar este alivio de tensión.

Muy buen punto en cuanto a sensores EKG, enrutamiento de cables y alivio de tensión. Para ser honesto, esperaba una solución tipo "simplemente ponte mi traje de superhéroe" que no necesita un cableado calibrado a mano. Pero tengo la impresión de que el ejemplo de la unidad de disco es la solución perfecta: solo dos torceduras adicionales para obtener cumplimiento lateral y longitudinal al mismo tiempo, más algo de alivio de tensión en la entrada del registrador de datos. Creo que seguiré ese camino.
El alivio de tensión es tan crítico que el movimiento debe ser una curva axial

Reconsideraría si la rigidez del cable será un problema. ¿Qué tipo de aceleraciones estás tratando de medir? A menos que se trate de vibraciones, o si está tratando de integrar el movimiento en distancias milimétricas, el acelerómetro se quedará más o menos donde está unido a su cuerpo (a menos que lo cosa en una tela suelta o algo así). Dudo que el cable tenga mucho efecto.

Simplemente compraría algunos cables de extensión USB delgados y los cortaría. Tienen suficientes conductores y están construidos para ser flexibles. Incluso podría dejar el conector en el extremo del banco de energía y usarlo como desconexión.

Si quieres ponerte realmente serio, súbete a digikey. Tienen prácticamente todas las configuraciones de cable que puedas imaginar.

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

Agradezco su objeción sobre la rigidez. Quizás tengas razón. Pero creo que el problema con este argumento es que los efectos de rigidez inducen una limitación de ancho de banda (utilizable) incluso si quiero medir el movimiento inercial: tendría que filtrar esas resonancias o anti-resonancias y esto suavizaría mis curvas de movimiento. a menos que las (anti-) resonancias estén muy por encima de ~ 100 Hz (que no creo que sea el caso). Tal vez solo tendré que probarlo...
He inspeccionado Digikey en busca de cables ahora. Si bien su máscara de búsqueda es muy útil cuando se trata de encontrar diámetros, lo es menos para las rigideces de flexión, desafortunadamente. Aunque muchas gracias.
Conexión insensible a la flexión o cable muy flexible/delgado
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