Вопрос 82. Датчики медико-биологической информации.

Многие медицинские параметры являются неэлектрическими, поэтому их нельзя снять с помощью электродов. Тем не менее, эги па­раметры необходимо регистрировать и обрабатывать с целью диагно­стики и лечения. Для этих целей служат датчики медико-биологической информации.

Датчики - специальные устройства, преобразующие неэлек­трические сигналы в электрические на уровне, необходимом для ре­гистрации. В общем случае датчик состоит из воспринимающего элемента и преобразователя.

ЧЭ - чувствительный элемент, ПС - преобразователь сигнала.

Классификация датчиков

Датчики
Техническая классификация: (по техническому принципу преобразо­вания параметра в электрический сигнал)	Генераторные (активные) Изменение регистрируемого сигнала ведет к возникновению или измене­нию ЭДС (не требу­ют внешнего источника питания)	Параметрические (пассивные) Изменение регистрируемого сигнала ведет к измене­нию параметров (требу­ют внешнего источника питания)	Энергетические (активные и пассивные). Сами активно воздей­ствуют на органы и ткани. Эти датчики создают немодулированный энергетический поток, который моду­лируется измеряемым па­раметром
Физическая классификация: (по физическому закону, на котором основаны преобразования)	1. Термоэлектри­ческий 2. Пьезоэлектрический З. Индукционный	1. Термисторный 2. Емкостной 3. Тензорезисторный 4. Индуктивный.	1. Фотоэлектрический 2. Ультразвуковой
Медицинская классификация (по применению датчика)	1. Датчики температуры тела 2. Датчики параметров системы дыхания 3. Датчики параметров системы кровообращения 4. Датчики параметров системы тканевого обмена

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с.370-371; лек­ции.

Вопрос 83. Физические принципы работы термисторных, термоэлектрических, пьезоэлектрических, тензорезисторных, ин­дуктивных, емкостных и индукционных датчиков.

Термисторные датчики применяются для измерения температуры человеческого тела. В качестве датчиков применяются проволочные и полупроводниковые терморезисторы. В основу работы терморезисторов положена зави­симость их сопротивления от температуры. Эта зависимость характе­ризуется величиной температурного коэффициента сопротивления (ТКС). При положительном ТКС с возрастанием температуры воз­растает сопротивление, при отрицательном ТКС зависимость обрат­ная.

В основе работы термоэлектрических датчиков лежит принцип возникновения термоЭДС между двумя спаями разнородных металлов, если они находятся при различных температурах. Такое соединение носит название термопара. Например, железо и константан.

В основе принципа работы пьезоэлектрических датчиков лежит явление прямого пьезоэлектрического эффекта, состоящего в возникновении электрических зарядов разных знаков на поверхности кристалла при его механической деформации. Обратный пьезоэлектрический эффект - возникновение деформации тела при изменении разности потенциалов между его поверхностями. Таким свойством обладают кварц, турмалин (природные материалы) и синтетические - титанат бария, сегнетова соль.

В основе работы тензорезисторных датчиков лежит свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление вследствие их механической деформа­ции. Датчики бывают проволочные, полупроводниковые. При изменении их размеров под действием внешней силы меняется величина их сопротивления.

Принцип работы емкостных датчиков заключается в изменении их емкости при воздействии внешней силы. Конструктивно их выполняют в виде конденсатора. При изменении расстояния между об­кладками конденсатора меняется его емкость. Если включить такой датчик в цепь переменного тока, то изменение емкости приведет к изменению и емкостного сопротивления: Хс = 1/(  С) где  - циклическая частота, С - электроемкость.

Датчики индуктивного типа преобразовывают изменение пере­мещения или давления в изменение индуктивности. Изменение ин­дуктивности приводит к изменению индуктивного сопротивления: Х_L =   L.

Принцип действия индукционных датчиков основан на явлении электро­магнитной индукции. Конструктивно такие датчики представляют катушку с намагниченным ферромагнитным сердечником. При перемещении сердечника внутри катушки (или катушки относительно сердечника) в ней генерируется ЭДС, пропорциональная скорости изменения магнитного потока: ЭДС = - ΔФ / Δt.

Литература: лекции.