Генераторні – це датчики, які під дією електр овимірю-

вальної величини безпосередньо генерують сигнал електро- магнітної природи. Основними типами цих датчиків є п’єзо- електричні, термоелектричні, індукційні, фотоелектричні.

Параметричні – це датчики, в яких під дією вимірюваної величини змінюється деякий параметр. Основні їх типи: ємнісні, індуктивні, омічні.

Датчик характеризується функцією перетворення, тобто функціональною залежністю вихідної величини Y від вхідної X, яка задається або аналітично Y = f (X), або графічно.

Чутливість датчика показує, в якій мірі вихідна величина реагує на зміни вхідної:

Z = Y/ X.

Суттєву роль відіграє інерційність датчика, яка обумов- лена тривалістю фізичного процесу, що відбувається в датчику й призводить до запізнення змін вихідної величини відносно змін вхідної.

Електроди – це провідники, що з’єднують біологічну систему з вимірювальним колом або колом, за допомогою яко- го подається електромагнітний сигнал на біооб’єкт.

Електроди мають задовольняти цілому ряду вимог. Вони повинні легко зніматись і закріплюватись, мати стабільні елек- тричні параметри, не створювати шумів, не подразнювати біологічну тканину.

Структурна схема кола для одерження, передачі і реєстрації медико-біологічної інформації

Структурна схема кола для одерження, передачі і реєстра- ції медико-біологічної інформації зображена на мал. 4.51.

Мал. 4.51.

Припустимо, що Х – деякий параметр біологічної системи, який

потрібно визначити; Y – величина, яка отримується на реєструючому пристрої. Для обчислення повинна бути відомою залежність Y = f (X), а також значення коефіцієнта підсилення k за даних умов.

Завдання для перевірки кінцевого рівня знань

1.Визначити ціну поділки приладів (в А/поділку і В/поділку) для різних меж вимірювання: 5 А, 2 мА, 10 мкА, 1 кВ, 2 мВ. Прилад має 20 поділок.

2.Визначити максимальну відносну похибку для цих приладів, якщо клас точності: а) 1; б) 2.

3.Амперметр має 25 поділок і розрахований на вимірювання сили струму 5 мА. Клас точності 1. Знайти відносну похибку, якщо стрілка вказує на 5, 15, 20 поділок. Зробити висновок.

4.Чому дорівнює невідомий опір в схемі, зображеній на мал. 4.44, якщо r1 = 2 Ом, r2 = 3 Ом, r3 = 6 Ом?

5.Назвіть основні блоки осцилографа.

6.Яким вимогам повинна задовольняти напруга, що подається на Х-пластини осцилографа і чому?

7.Що таке калібрувальний сигнал і для чого він використовується?

8.На які пластини осцилографа подається досліджувана напруга?

9.Які електричні величини можна виміряти за допомогою осцилографа?

10.Що таке чутливість приладу?

11.За якими параметрами оцінюють підсилювач?

12.Що таке дільник напруги і де він використовується?

13.Знайти потенціал поля, створеного диполем р = 2 10–9 Кл м, в точці, віддаленій на відстань r = 25 мм в напрямку під кутом = 30 відносно напрямку р. Середовище – кров ( = 95).

14.Через поперечний переріз провідника проходять електрони зі швидкістю υ

=1.5 см/c. Концентрація електронів n = 1019 см–3. Знайти густину струму. Знайти силу струму, створеного цими зарядами, якщо переріз провідника S

=0.3 мм2.

15.Який максимальний момент сили діє на молекулу води в електричному полі з напруженістю Е = 20 кВ/м, якщо для молекул води дипольний момент p = 1.84 Дебая?

16.Знайти максимальне значення ЕРС, яка індукується в рамці площею S = 400 см2, якщо магнітна індукція має максимальне значення В = 10–2 Тл і зміню ється за гармонічним законом з періодом Т = 0.1 с.

17.Знайти напруженість магнітного поля в центрі півкільця радіусом 2 м, по якому тече струм силою 5 А.

18.В однорідному магнітному полі з індукцією В = 0.25 Тл знахо - диться прямолінійний провідник завдовжки 1.4 м, на який діє сила 2.1 Н. Визначити кут між напрямком струму в провіднику і напрямком магнітного поля, якщо сила струму в провіднику 12 А.

19.На відстані 3 см від прямолінійного нескінченно довгого про - відника зі струмом індукція магнітного поля дорівнює 10 Тл. Знайти силу струму в провіднику.

20.Соленоїд завдовжки 60 см має три шари витків по 120 витків в кожному шарі. Знайти силу струму, котрий живить соленоїд, якщо індукція поля на осі соленоїда 0.6 Тл.

21.Потік протонів, прискорених різницею потенціалів 2 105 В, влітає в однорідне магнітне поле напруженістю 1.59 10–8 А/м. Швид кість частинок перпендикулярна до напрямку магнітного поля. Знайти силу, що діє на кожний із протонів.

4.1. ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

4.7.1. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 “Визначення вели- чини артеріального тиску за допомогою ємнісного датчика”

Мета роботи: оволодіти методом вимірювання і реєстра- ції тиску крові за допомогою ємнісного датчика (сфігмо- манометра).

Прилади і матеріали: сфігмопристрій з приймачем пульсу, манжетка з манометром, реєструючий пристрій (осцилограф, самописець чи векторкардіоскоп).

Контрольні питання для підготовки до лабораторної ро- боти

1.Датчики, їх основні види і типи.

2.Вільні електричні коливання. Коливальний контур. Власна частота коливань.

3.Ємність. Конденсатори, їх види і способи з’єднання.

4.Вимушені електричні коливання.

5.Кінематика плину рідини.

6.Пульсові хвилі. Сфігмографія.

Додаткова література

1.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1992.

2.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 370–373; 204–210; 171–174; 323–326.

3.Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Ч. 1, с. 242–249.

Детектор виділяє зміну напруги U, величина якої залежить відC, а значить і від P. Тобто має місце такий ланцюжок перетв о- рень: P V C U. Ці зміни напруги U подаються на Y-пластини осцилографа і реєструються. За їх величиною і знаходять зміни тиску P.

Технічні характеристики:

1.Максимальна різниця тисків у камерах I і II датчика – 5 мм рт.ст.

2.Верхня межа компресивного тиску в камерах (при одночасній його подачі) – 200 мм рт.ст.

3.Чутливість – не менше 5 мВ/мм рт.ст.

4.Нелінійність амплітудної характеристики – 10–15%.

Режими роботи:

Вих. I, III – (камери I і II з’єднані між собою і патрубком 1) – вихідна позиція.

П I, П II – камери I, II і патрубок 1 роз’єднані (якщо приймач пульсу ПП під’єднаний до патрубка 2, то зміна тиску в ПП надходить в камеру II) – робочий режим.

Вих. II – камери I і II з’єднані між собою, патрубок 1 – від’єднаний (режим вирівнювання тиску в камерах, застосовується при реєстрації пульсових хвиль у венах).

П III – камера I роз’єднана з камерою II, і камера II з’єд нана з патрубком 1 (застосовується для визначення синхронної різниці пульсових тисків у різних ділянках судини).

Хід роботи

Підключити сфігмопристрій до осцилографа. Перевірити на- явність приймача і манжетки з манометром.

Завдання 1. Реєстрація артеріальних пульсацій.

1.Зафіксуйте приймач пульсу на плечовій артерії.

2.Поставте перемикач ПР в положення I.

3.Під’єднайте до штуцера II гумовий трубопровід приймача пуль-

су.

4.Переведіть кран у положення П I, П II.

5.Налагодьте осцилограф на необхідну чутливість для візуально- го спостереження сфігмоколивань.

6.Замалюйте коливання, які спостерігаєте.

7.Кран поверніть у початкове положення Вих. I, III.

Завдання 2. Визначення систолічного артеріального тис-

ку.

1.Одягніть манжетку на передпліччя руки, на якій закріп- лено приймач пульсу.

2.Отримайте стійке зображення пульсової хвилі в проме- невій артерії на екрані осцилографа.

3.Виконайте повільне нагнітання повітря в манжетку, спостерігаючи за амплітудою пульсацій. Визначте величину тиску в манжетці, коли пульсації зникнуть. Величина тиску в манжетці дорівнює систолічному артеріальному тиску (Рсис =

Рм).

4. Поверніть кран у початкове положення Вих. І, ІІІ.

Завдання 3. Реєстрація об’ємного пульсу передпліччя.

1.Поставте перемикач ПР в Вих. І, ІІІ.

2.Під’єднайте до штуцера ІІ трубку манжетки.

3.Під’єднайте до штуцера І ручний насос з манометром.

4.Здійсніть повільне нагнітання повітря в систему до тис- ку 30 мм рт.ст.

5.Переведіть перемикач ПР у положення П І і П II.

6.Підберіть необхідну чутливість осцилографа для сп о- стережень змін об’ємного пульсу передпліччя.

7.Замалюйте криву, яка спостерігається, в зошит.

8.Зменшіть тиск до нуля, відкривши вентиль манометра.

9.Кран переведіть у положення Вих. І, ІІІ.

Завдання 4. Реєстрація залежності амплітуди об’ємного пульсу від тиску в манжетці.

Схема комутації пристрою, манжетки і манометра ана- логічна, як і при виконані завдання 3.

1.Здійсніть повільне нагнітання повітря в манжетку до тиску, який перевищує систолічний на 10 мм рт.ст.

2.Переведіть кран ПР в П І, П II. Переконайтесь у від- сутності пульсових коливань на екрані (повинні спосте- рігатись пульсації тиску, які викликані змінами об’єму ман- жетки в проксимальній ділянці).

Виміряйте величину пульсацій. Поставте ПР в Вих. І, ІІІ.

Таблиця. Залежність амплітуди пульсових коливань від тиску в манжетці

Контрольні питання

1.Назвіть значення основних параметрів, якими характеризується датчик (чутливість, функція перетворення).

2.Як зміниться власна частота коливального контура, якщо відстань між пластинами плоского конденсатора збільшити у два рази?

3.Знайти зміну частоти коливального контуру при збільшенні

відстані між пластинами плоского конденсатора від d1 = 4 мм до d2 = 12 мм, площа пластин S = 4 см2, індуктивність котушки L = 2

мГн.

4.Визначити, у скільки разів сума поперечних перерізів судинно- капілярної ділянки більша, ніж поперечний переріз аорти, якщо об’ємна швидкість течії в аорті 5.6 л/хв, її діаметр 3.0 см. Середня лінійна швидкість течії крові в капілярі υсер = 0.5 мм/с.

5.Порівняти величину густин кінетичної та потенціальної енергії

потоку крові в аорті, якщо Раорт = 90 мм рт. ст., хвилинний об’єм 5.6 л/хв, частота пульсу 70 уд/хв, діаметр аорти 3 см.

4.7.2. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 “Напівпровідниковий діод”

Мета роботи: вивчення принципу дії напівпровідникового діода й одержання його вольт-амперної характеристики.

Прилади та матеріали: германієвий діод, міліамперметр, мікроамперметр, два вольтмет- ри, джерело ЕРС, перемикач, з’єдну вальні провідники.

Контрольні питання для підготовки до лабо- раторної роботи

1.Види провідності в напівпровідниках (електронна та діркова, власна і домішкова).

2.Напівпровідники n- та p-типу.

3.Контактні явища в напівпровідниках.

Додаткова література

1.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1992.

2.Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1974. – С. 279–283.

3.Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Ч. 1, с. 242–249.