АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Метрологические параметры датчиков

1. Чувствительность - это изменение выходной величины датчика ∆у при изменении входной ∆х на единицу.

Чувствительность Z датчика измеряется, например, в микроамперах на нанометр мкА/нм, в милливольтах на Кельвин мВ/К, в миллиамперах на грамм мА/г и т.д.

2. Порог чувствительности датчика - минимальное значение входной величины, которое можно обнаружить с помощью датчика.

3. Динамический диапазон датчика - диапазон частот и амплитуд входного сигнала, измеряемый без заметных погрешностей.

4. Погрешность измерений - максимальная разность между результатом измерений и действительным значением измеряемой величины.

5. Время реакции (инерционность) - минимальный промежуток времени, в течение которого выходная величина принимает значение, соответствующее входной. Дело в том, что процессы в датчиках происходят не мгновенно и это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с входной. Поэтому регистрация результатов измерений с помощью датчика должна производиться с учетом промежутка времени, соответствующего времени реакции прибора

83. Виды датчиков: пьезо, индукционные, термоэлектрические, емкостные, индуктивные, тензодатчики, и резистивные датчики дыхания.Механоэлектрический пьезодатчик (рис.) основан на явлении пьезоэффекта. В пьезодатчике возникает напряжение U при воздействии на пьезокристалл К силой F. Эта разность потенциалов пропорциональна деформирующей силе или деформации кристалла.

U = kF, где k - чувствительность датчика.

Входной величиной для этого датчика явля­ется сила или абсолютная деформация, выходной - напряжение на гранях кристалла. Пьезодатчик применяется для снятия сфигмограммы, в автоматических измерителях артериального давления по методу Короткова, где он встраивается в манжету и дает сигнал о начале и конце колебаний стенок сосуда.

Механоэлектрические индукционные датчики разных модификаций применяются в различных областях диагностики. Например, при регистрации фонокардиограммы, изменений диаметра крупных сосудов при прохождении пульсовой волны, изменения давления в сосудах и т.д

В датчике перемещение магнитного сердечника относительно катушки приводит к возникновению ЭДС индукции ε.

Скорость изменения магнитного потока Ф, пересекающего витки катушки, пропорциональна относительной скорости V перемещения магнитного сердечника и катушки. Поэтому генерируемая ЭДС индукции пропорциональна скорости V.

ε =kV, где k - чувствительность датчика. Входной величиной такого датчика является скорость V, а выходной – ЭДС индукции ε.

Термоэлектрический датчик или термопара. В таких датчиках за счет тепловой энергии объекта нагревается контакт разнородных металлов или полупроводников, что приводит к возникновению термозлектродвижушей силы: ε=α∆Т, где α- коэффициент пропорциональности - чувствительность термопары. Входной величиной датчика является разность температур между нагретым и холодным контактами ∆Т=Т_н-Т_х, выходной - термоэлектродвижущая сила ε. Термопара может применяться для измерения температуры тела.

Механоэлектрический емкостной датчик(рис). При изменении расстояния между пластинами конденсатора в процессе измерения некоторого размера изменяется емкость датчика С~1/d

Соответственно изменяется его емкостное сопротивление Х_с =1/ωС и, как следствие, переменный ток в измерительной цепи с источником питания ε.

Механоэлектрический индуктивный датчик перемещения (рис).

ЭДС электромагнитной индукции в измерительной катушке 2 пропорциональна скорости изменения тока в первичной катушке 1

Поэтому, при передвижении стального конического сердечника, проходящего через обе катушки, изменяется коэффициент взаимной индукции М катушек питания 1, в которую включен источник переменного тока ε_i и измерительной 2, в которой возникает ЭДС взаимной индукции ε₂. Соответственно перемещению сердечника изменяется ток в измери­тельной катушке 2.

Механоэлектрический тензодатчик применяется, например, при исследовании деформационных свойств костей, мягких тканей, стенок сосудов. При удлинении за счет силы F проводника длиной l, по которому течет ток, уменьшается площадь сечения проводника S. Оба эти фактора приводят к увеличению сопротивления проводника

Резистивный датчик дыхания. Этот датчик выполнен в виде резиновой трубки, которая заполнена мелким угольным порошком. С торцов труб­ки вмонтированы электроды. Через уголь можно пропускать ток от внешнего источника.

При растяжении трубки увеличивается длина и уменьшается площадь сечения столбика угля и согласно формуле увеличи­вается сопротивление

R = рl/S,

где р — удельное сопротивление угольного порошка.

Таким образом, если трубкой опоясать грудную клетку или, как это обычно делается, прикрепить к концам трубки ремень и охватить им грудную клетку, то при вдохе трубка растягивается, а при выдохе — сокращается. Сила тока в цепи будет изменяться с частотой дыхания, что можно зафиксировать, используя соот­ветствующую измерительную схему.

В заключение отметим, что датчики являются техническими аналогами рецепторов биологических систем.

85. Генераторы и их использование в медицине.Генераторами колебаний различной формы являются устройства производящие их неопределенно долго за счет энергии постороннего источника. Рассмотрим генераторы гармонических колебаний. Одним из основных элементов является колебательный контур.

Контур состоит из емкости - С, индуктивности - L и активного сопротивления (резистора) - R. Ключ К, (в левом положении) подключает емкость к источнику постоянного тока E, при этом она заряжается до напряжения источника тока. При переключении ключа К в правое положение емкость С разряжается на цепь R - L и возникают гармонические колебания с периодом: .

Эти колебания затухают по амплитуде, т.к. происходит потеря энергии на активном сопротивлении R.Уменьшение амплитуды в е - раз происходит за время t= R C. Чтобы создать на основе колебательного контура генератор, необходимо компенсировать потерю энергии. Это может быть осуществлено с использованием слудующей блок - схемы.Она состоит из регулятора, который осуществляет компенсацию потерь энергии в колебательном контуре синфазно с колебательным процессом. Синфазность обеспечивает обратная связь (положительная). Энергия поступает от постороннего источника. В результате реализуется форма колебаний, показанная на рисунке.

Постоянство амплитуды колебаний является следствием полной компенсации потерь. Пример импульсного генератора - релаксационный генератор на неоновой лампе. Схема генератора и форма его колебаний представлены на рисунке.

Генератор состоит из неоновой лампы Л, конденсатора С и сопротивления R. Питание подается от источника постоянного тока к "+" и "-". При подаче напряжения конденсатор С заряжается через сопротивление R. Напряжение на конденсаторе растет по экспоненте до величины U_з (точка А на графике). При этом напряжении зажигается неоновая лампа, ее сопротивление падает и конденсатор разряжается через лампу (участок А - В на графике) до напряжения U_r. При этом напряжении лампа гаснет и опять начинается заряд конденсатора. Процесс повторяется неограниченное число раз. В результате работы такого генератора на выходе создаются колебания пилообразной формы.

Генераторы используются во многих медицинских электронных приборах: в физиотерапевтической аппаратуре. приборах функциональной диагностики, лабораторной технике и других.

84. Электронные усилители. Коэффициент усиления и полоса пропускания усилителя. Особенности усиления биоэлектрических сигналов.Усилитель электрического сигнала - это устройство, усиливающее входной сигнал по напряжению, току или мощности за счет энергии постороннего источника (источника питания). Входной (подлежащий усилению) сигнал подают на вход усилителя, на выходе снимают усиленный в "К" раз сигнал. "К" - это коэффициент усиления усилителя. В зависимости от того, с каким усилителем мы имеем дело, коэффициент усиления определяется как отношение приращения напряжения (тока, мощности) на выходе усилителя к соответствующему приращению напряжения (тока, мощности) на входе усилителя. Коэффициент усиления является основной характеристикой усилителя. Для обеспечения усиления электрических сигналов без искажений требуется, чтобы коэффициент усиления был величиной постоянной. Для обеспечения постоянства коэффициента усиления принимается ряд технических мер, так, например, вводится температурная компенсация, стабилизируются источники питания.

Зависимость коэффициента усиления от частоты входного сигнала называется частотной характеристикой усилителя. Частота υ и циклическая чистота ω связаны так: ω = 2πυ

В области частот от ω₂ до ω₃ коэффициент усиления практически не зависит от частоты. Правее и левее этой области коэффициент усиления уменьшается. Область, где коэффициент усиления падает не более, чем до 0,707 от максимального значения называется полосой пропускания усилителя от ω₁ до ω₄. Обычно усилитель проектируют таким образом, чтобы весь спектр частот, подлежащий усилению, размещался между ω₁ и ω₄, лучше между ω₂ и ω₃.

Процесс усиления биоэлектрических сигналов имеет следующие особенности: высокое выходное сопротивление биологической системы, малая величина сигнала, малая скорость изменения сигнала. Высокое выходное сопротивление обусловлено, в первую очередь, высоким переходным сопротивлением кожа-электрод. Для усиления в этом случае необходимо использовать усилители с высоким входным сопротивлением. Малая величина сигнала требует использования усилителей с высоким коэффициентом усиления, что создает трудности в плане помехозащищенности и усилении без искажений. Малая скорость изменения сигнала требует использования усилителей постоянного тока. Используются как собственно усилители постоянного тока, так и преобразование постоянного тока в переменный, усиление переменного тока и обратное преобразование.

86. Устройства регистрации и отображения информации.
Устройства регистрации информации производят запись информации на какой-либо носитель. Устройства отображения информации осуществляют показ информации, в условиях, когда она может непрерывно обновляться.

Эти устройства подразделяются на аналоговые, которые непрерывно, в соответствии с изменением параметров исследуемого объекта, отображают или регистрируют информацию, дискретные, которые регистрируют или отображают информацию периодически, через определенные промежутки времени, и комбинированные. Дискретные устройства регистрируют или отображают информацию периодически через определенные промежутки времени. К дискретным устройствам обычно относятся различные цифро-печатающие устройства (ЦПУ) и цифроиндикаторы приборов, например, носимых мониторов артериального давления. К аналоговым регистрирующим устройствам относятся светочувствительные, самопишущие и показывающие устройства. Светочувствительные устройства – это, прежде всего, устройства, использующие фотобумагу, например, шлейфные осциллографы. В рентгенографии широко применяется фотопленка. Регистратор - шлейф не имеет трущихся частей, обладает широким частотным диапазоном, т.е. может записывать колебательные процессы частотой до 10⁴ Гц. Основной частью шлейфа, является металлическая нить в виде петли, растянутой пружинкой. На петле укреплено зеркальце со стороной примерно 1 мм. Петля установлена между полюсами магнита. Если на нить подать исследуемое напряжение U_исс, то по ней будет течь соответствующий ток и петля, как рамка с током, будет поворачиваться в магнитном поле.Луч света, отраженный от зеркальца, создаст на фотобумаге, находящейся в лентопротяжном механизме, скрытое изображение графика процесса. Самопишущие приборы, используемые в медицинской аппара­туре, преобразуют электрический сигнал в механическое переме­щение. Физически они являются гальванометрами — высокочув­ствительными электроизмерительными приборами, реагирующи­ми на достаточно малую силу тока. В этих приборах ток, проходящий по катушкам, проволочной рамке или по петле, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. В ре­зультате этого взаимодействия подвижная часть (магнит, прово­лочная рамка или части петли) отклоняется пропорционально си­ле тока, т. е. пропорционально электрическому сигналу.

Самопишущие приборы делятся на перьевые, струйные, магнитные и тепловые. В магнитныех самописцах используется магнитная запись информации. Магнитное поле, создаваемое в зазоре магнитопровода и изменяющееся в соответствии с исследуемым напряжением U_исс, создает на движущейся ленте, покрытой ферромагнитным мате­риалом, магнитную запись информации..

87. Электронный осциллограф: устройство, принцип работы и возможности применения Осциллограф это прибор для визуального наблюдения и (или) записи переменных электрических сигналов. Основная часть электронного осциллографа это электроннолучевая трубка. Буквой П обозначена электронная пушка, О - отклоняющая система, Б – стеклянный баллон трубки, Э - экран, на котором можно наблюдать электрический сигнал. Электронный луч эмитируется электронной пушкой, включающий катод - источник электронов, формируется и направляется на экран системой электродов, имеющих различный положительный потенциал по отношению к катоду. Отклонение луча (обеспечение попадания его в заданную точку экрана) осуществляется посредством отклоняющей системы: на горизонтальные и вертикальные пластины подаются определенные потенциалы, которые и обеспечивают попадание луча в требуемую точку.

Электронный осциллограф является основой всех медицинских мониторов и других устройств, требующих визуализации различных процессов.

88. Радиотелеметрия. Эндорадиозондирование.

Радиотелеметрией называется способ связи между устройством съема информации и регистрирующим прибором по радио.

Применяется, например, в спортивной и космической медицине, а так же для эндорадиозондирования пищеварительного тракта.

При эндорадиозондировании, с помощью эндорадиозондов, проводят измерение кислотности в желудочно-кишечном тракте, обнаруживают кровотечения. Информация передается по радио изнутри организма для ее регистрации. Эндорадиозонды - это небольшие устройства в виде капсул, которые проглатываются пациентом и передают информацию о состоянии пищеварительного тракта.

Эндорадиозонды бывают активные и пассивные. В активных эндорадиозондах имеется источник питания и передатчик. Пассивные эндорадиозонды возбуждаются извне.

89. Электробезопасность при работе с медицинской аппаратурой. Заземление.Основное требование к медицинской аппаратуре - недоступность для касания частей аппаратуры, находящихся под напряжением.

Корпус прибора должен быть заземлен, т.е. иметь электрическую связь с землей. Если в результате повреждения прибора, между корпусом прибора и землей возникает разность потенциалов, то появляющийся ток утечки I_ут должен течь через сопротивление провода заземления R_з, а не через человека. Так как сопротивление человека по линии рука - нога R_ч > 1000 Ом, тосопротивление заземления должно быть много меньше.

Обычно сопротивление заземления R_з < 0,1 Ом.

Заземление - это преднамеренное соединение частей электроустановки с заземляющим устройством; заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель - проводник или группа соединенных проводников, соприкасающихся с землей. К естественным заземлителям относятся: металлические конструкции зданий и сооружений, которые соединены с землей, а также проложенные в земле неизолированные металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей или взрывчатых газов). Искусственные заземлители - вертикально забитые в землю стальные трубы, угловая сталь, металлические стержни.

Дата добавления: 2015-02-02 | Просмотры: 1095 | Нарушение авторских прав