15. Устройство и принцип действия датчиков температуры (термисторный и термо­электрический датчики). Их преимущества и недостатки. Температурный коэффициент сопротивления термисторных датчиков.

Для регистрации температуры биологических объектов используются дат­чики термоэлектрических и термисторных систем. Существуют датчики темпе­ратуры ядра (сердцевинные) и температуры кожи (поверхностные). У датчиков температуры ядра более достоверные показания, а показания датчиков темпера­туры кожи зависят от многих условий окружающей среды (влажности, одежды, волосяного покрова, кровоснабжения кожи и т.д.).

Для измерения температуры тела человека применяются пассивные датчи­ки (терморезисторы) и активные датчики (термопары).

Обычно, датчик на основе термосопротивления включается в цепь в соответст­вии с рисунком, приведенным ниже.

Е - источник питания;

R₁, R₂, R₃, R₄ - измерительный мост;

G - гальванометр;

R₄ - резистор балансировки моста;

R₂- термосопротивление.

Схема термисторного датчика.

Мост сбалансирован при условии равенства сопротивлений R₁ и R₃. R₄ и R₂ соответственно. В этом случае электрический ток через гальванометр не протекает. При изменении температуры нарушается балансировка моста и че­рез гальванометр (G) протекает ток Y_G, пропорциональный величине темпера­туры. Прибор можно проградуировать в градусах, и отсчет будет производиться непосредственно в градусах.

1 - железо,

2 – константан

Схема термоэлектрического датчика.

Величина ЭДС термопары (Е) может быть определена согласно выраже­нию:

E = λ(t₂ – t₁)

где λ - удельная ЭДС, t₁ и t₂ - температуры сред, где находятся термопа­ры.

Если собрать электрическую цепь согласно рисунку, то в цепи потечет электрический ток, прямо пропорциональный разности температур.

Термисторные датчики - дешевые, имеют малое время реакции (5 - 50 с), но обладают значительной нелинейностью.

Термоэлектрические датчики - дорогие, имеют малое время реакции и большой динамический диапазон, высокую линейность.

16. Устройство и принцип действия датчиков параметров сердечно-сосудистой системы (пьезодатчик, микрофонный датчик, датчик для измерения давления в периферических артериях, датчик для прямого изме­рения давления крови).

Для оценки деятельности сердечно-сосудистой системы используются та­кие характеристики, как пульс, систолическое и диастолическое давление, тоны и шумы сердца, импеданс ткани, различные показатели циркуляции крови и другие.

Для регистрации частоты периферического пульса получили распростра­нение пьезоэлектрические и электродинамические датчики.

а) Пьезоэлектрический датчик артериального пульса. Прямой пьезо­электрический эффект состоит в возникновении электрических зарядов разных знаков на противоположных поверхностях некоторых кристаллических тел (пьезоэлектриков) при их механических деформациях (растяжении, сжатии, из­гибе и т.д.).

Схема пьезоэлектрического датчика.

При деформации в элементе возникает прямой пьезоэлектрический эффект - на противоположных поверхностях кристалла из гита нага бария появляется разность потенциалов, причем частота изменения этой ЭДС совпадает с часто­той пульса.

б) Микрофонный датчик. Этот датчик является тоже генераторным и часто используется для определения частоты пульса, тонов и шумов сердца.

Схема микрофонного датчика.

Устройство и принцип действия датчиков - параметров сердечно-сосудистой системы (датчик для измерения давления в периферических артериях; датчик для прямого измерения давления крови)

Различают датчики непосредственного и косвенного измерения артериаль­ного давления.

Косвенный метод: метод измерения артериального давления в перифери­ческих артериях.

Рассмотрим принцип этого метода на примере измерения давления на пальце руки с применением фотодатчика кровенаполнения. Манжета для пережима сосудов пальца располагается в области проксимальной фаланги пальца, а фотодатчик - на ногтевой фаланге. Мри отсутствии давления в сдавли­вающей манжете автоматически регистрируется амплитуда пульсового сигнала, снимаемого с фотодатчика, и величина его запоминается. В процессе измерения давление в манжете повышается до какой-то величины P_m (момент времени t₁), заведомо больше, чем систолическое давление крови. Затем давление в манжете начинает линейно уменьшаться. Величина давления, при которой появляется первый импульс с фотодатчика (момент времени t₂), соответствует систоличе­скому давлению Р_с. По мере дальнейшего снижения давления в манжете ампли­туда импульсов с фотодатчика растёт и в момент времени t₃ достигает своего максимального значения.

Схема датчика для измерения давления крови в периферической артерии, питающей фалангу пальца.

Величина давления в манжете в момент времени t₃ характеризует диасто­лическое давление P_d. Датчик является энергетическим, так как световой по­ток, попадающий на фотоприёмник датчика, модулируется давлением крови в периферической артерии.

Датчик для прямого измерения давления крови

Датчик имеет форму катетера с чувствительной мембраной на конце. Внутри катетера расположены два световода. По одному из них свет от лампочки попадает на мембрану, а по другому световоду отражённый свет по­падает на фотоприёмник. При измерении давления, приложенного к мембране, величина отраженного светового потока меняется, что и фиксируется с помо­щью фотоприёмника, в качестве которого используются либо фотосопротивле­ние, либо фотоэлемент. При этом датчик вводится непосредственно в крове­носный сосуд.

Диапазон измерения давления: от - 50 до + 200 mm Hg. Датчик является энергетическим, так как величина отражённого светового потока модулируется приложенным к мембране давлением крови.

Схема датчика для прямого измерения давления крови