Датчики параметров системы дыхания

При обследовании системы дыхания врача интересуют как количественные характеристики - частота дыхания, объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, - так и качественные характеристики: содержание газов в выдыхаемом воздухе, насыщение крови кислородом.

Рассмотрим резистивный датчик частоты дыхания. Состоит из резиновой эластичной трубки, наполненной угольным порошком, в торцах трубки выставлены электроды. К концам трубки крепится опоясывающий грудную клетку ремень. При вдохе резиновая трубка растягивается, контакт между частичками угля ухудшается, сопротивление цепи меняется и ток изменяется, по изменению тока судят о частоте дыхания.

В другом резистивном датчике используется токопроводящая резина. Растяжение резины при вдохе приводит к увеличению сопротивления, которое преобразуется в импульсы тока.

Пневматический датчик частоты дыхания представляет собой гофрированную трубку из резины, герметично закрытую с торцов. При растяжении объем трубки увеличивается и давление воздуха внутри падает. Изменение давления внутри фиксирует датчик.

Объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха позволяет определять турбинный датчик. Он представляет собой полый цилиндр, изготовленный из оргстекла с фланцами для крепления к дыхательной маске и к трубке подачи газовой смеси.

Газовому потоку с помощью направляющих придается вращательное движение. На пути газового потока расположена на оси плоская пластинка. К торцам пластинки крепятся отражательные плоскости. Движение газовой струи вызывает вращение пластики со скоростью, пропорциональной скорости движения этой струи. Число оборотов фиксируется фотодатчиком. На выходе преобразователя мы будем иметь последовательность электрических импульсов, частота следования которых будет пропорциональна количеству прошедшей через датчик газовой смеси.

Контроль эффективности дыхания можно осуществлять путем фотометрического измерения процентного содержания оксигемоглобина в периферической артериальной крови.

Метод измерения основан на отличии спектральных характеристик поглощения света восстановительным гемоглобином - Нв и оксигемоглобином НвО₂. Для  = 620-680 нм коэффициент поглощения для Нв в несколько раз выше, чем НвО₂, что может быть использовано.

Датчик для такого измерения выполнен в виде клипсы и надевается на мочку уха таким образом, чтобы с одной стороны ее располагался осветитель - лампочка со светофильтром для получения монохроматического света, а с другой стороны - фотосопротивление. Изменение светового потока может быть вызвано изменением степени поглощения света за счет изменения толщины ткани, вариаций её кровенаполнения и содержания оксигемоглобина в крови. Вводя в измерительную систему соответствующую компенсацию на толщину ткани, можно фиксировать процентное содержание оксигемоглобина в крови.

Датчики параметров сердечно-сосудистой системы

Для оценки деятельности сердечно-сосудистой системы используются такие характеристики: частота сокращений сердечной мышцы, давление, тоны, шумы сердца, импеданс тканей и др.

Для регистрации частоты периодического пульса получили распространение пьезоэлектрические преобразователи, использующие пьезоэффект.

Пьезоэффект состоит в возникновении электрических зарядов разных знаков на противоположных поверхностях некоторых кристаллических тел при их механических деформациях (растяжении, сжатии, изгибе) (кварц, турмалин, сегнетова соль).

Датчики, работающие на основе пьезоэлектрического эффекта, относятся к числу активных биоуправляемых датчиков.

Конструктивно они обычно выполняются в виде таблеток. Внутри корпуса расположен пьезоэлемент, работающий на сжатие или изгиб.

Для исследования токов и шумов сердца и записи фонокардиограмм применяют электродинамические и пьезоэлектрические микрофоны (активные генераторные датчики).

Принцип работы: акустические колебания воздействуют на эластичную мембрану, которая по своей окружности крепится к корпусу микрофона. На жестком основании цилиндра, закрепленном в центре мембраны, крепятся витки провода катушки. Под действием звуковых волн катушка движется в сильном магнитном поле, образованном кольцевым магнитным сердечником. В результате такого движения в катушке индуцируется ЭДС звуковой частоты.

Электродинамические микрофоны постепенно вытесняются пьезоэлектрическими.

К корпусу крепится упругая мембрана. Колебания мембраны через недеформирующуюся стойку передаются к пьезоэлементу.

В настоящее время для измерения абсолютного давления широко используются емкостные и индуктивные датчики.

Индуктивный датчик содержит:

1. Кольцо.

2. Внутри в эластичной основе расположена катушка индуктивности.

3. Одна поверхность кольца имеет отверстие, в котором помещается сердечник.

Если такой датчик прижать к стенке кровеносного сосуда или глаза так, чтобы стенка полости, соприкасающаяся с датчиком, стала плоской, и сердечник всей плоскостью прилегал к этой стенке, то датчик будет воспринимать давление внутри полости.

В основу работы емкостного датчика положено изменение его емкости при воздействии на него измеряемой величины давления.

Емкость плоского конденсатора ,

где s – площадь пластин конденсатора, d – толщина диэлектрика,  - относительна диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Для измерения давления чаще всего пользуются изменением ёмкости С при изменении расстояния между пластинами конденсатора.

Практически выполнить:

Лабораторная работа:	Электрические методы измерения неэлектрических величин.
Цель работы:	Определить зависимость сопротивления полупроводникового термистора от температуры в интервале 20-800С и рассчитать температурный коэффициент сопротивления для температуры 500С.
Оборудование и принадлежности:	термистор, ртутный термометр, колориметрический сосуд с водой, электрическая плитка, реостатный датчик, ключ на два положения, вольтметр универсальный В7-16