- •Лабораторная работа №15 Первичные преобразователи медико-биологической информации (датчики)
- •Краткая теория
- •1.Типы первичных преобразователей и их характеристики
- •Структурная схема измерения неэлектрической величины электрическими методами
- •Схемы включения генераторных датчиков в измерительную цепь: а) термопара, б) пьезодатчик
- •В измерительную цепь
- •Мост постоянного тока мост переменного тока
- •Неравновесная мостовая схема включения параметрического датчика
- •2. Датчики температуры тела
- •Зависимость сопротивления от температуры:
- •1. Проволочного резистора;
- •2. Термистора
- •Датчик для измерения температуры поверхности тела
- •3. Датчики параметров сердечно-сосудистой системы
- •Прямой пьезоэффект кварца
- •Пьезоэлектрический датчик артериального пульса
- •Зависимость сопротивления Rфоторезистора от освещенности е
- •Фоторезистор
- •Фотодатчик пульса
- •Микрофонные датчики: а – динамический микрофон,
- •Индуктивный (а) и емкостной( б) датчики для регистрации давления
- •Проволочный (а) и полупроводниковый (б) тензорезисторы
- •Емкостной датчик для плетизмографии
- •4. Датчики параметров системы дыхания
- •Фотометрический датчик
- •Порядок выполнения работы
Схемы включения генераторных датчиков в измерительную цепь: а) термопара, б) пьезодатчик
/ О принципе работы упомянутых датчиков смотрите ниже/.
Параметрические датчики включаются в измерительные цепи с внешним источником питания, как постоянного (U=), так и переменного (U~) напряжения. Простейшей такой измерительной схемой является цепь последовательного включения датчика, которая изображена на рис. 3.
Рис. 3.
Схема последовательного включения параметрического датчика
В измерительную цепь
При воздействии входной величины на параметрический датчик будет изменяться его параметр (R, LилиС), вследствие чего будет изменяться и его сопротивление – активноеR(для термо-, тензо- или фоторезисторов) и реактивноеZ(- для индуктивного и- для емкостных датчиков,- частота переменного тока). Это приведет к регистрируемому изменению тока в цепи.
Однако наиболее распространенной измерительной цепью для параметрических датчиков является неравновесная мостовая схема (рис. 4а и б), где датчик включается в качестве одного из плеч моста. Предварительно перед началом измерения при отсутствии входной величины (Х=0) мост нужно уравновесить, т.е. добиться того, чтобыUвых=0. Для моста постоянного тока (рис. 4а), например, равновесие достигается при условии:
, (1)
где Rд– активное сопротивление датчика,
R1, R2, R3 – активное сопротивление остальных плеч моста.
Равновесие для моста переменного тока (рис. 4б) соблюдается при выполнении двух подобных равенств – соответственно для активных и реактивных составляющих полных сопротивлений Zд,Z1, Z2, Z3 плеч моста. Из равенства (1) видно, что состояние равновесия моста может быть достигнуто, например, регулировкой сопротивления одного из плеч моста (на рис. 4а -R1, б - Z1). При воздействии измеряемой входной величины будет изменяться сопротивлениеZдпараметрического датчика (Rд, XL =илиXC =), что приведет к нарушению равновесия моста и появлению регистрируемого выходного напряженияUвых ≠ 0.
а б
Мост постоянного тока мост переменного тока
Рис. 4.
Неравновесная мостовая схема включения параметрического датчика
Независимо от видов датчиков, они должны обеспечивать получение устойчивого с минимальными искажениями полезного сигнала, удобство размещения в необходимом месте, максимальную помехозащищенность, отсутствие побочного, раздражающего или другого, действия на организм, возможность стерилизации без изменения характеристик и многократного использования.
Рассмотрим основные виды датчиков: датчики температуры, параметров системы дыхания и сердечно-сосудистой системы.
2. Датчики температуры тела
Для измерения температуры тела человека или животного чаще всего используются находящиеся с ним в теплообмене проволочные или полупроводниковые терморезисторы. Эти датчики относятся к классу параметрических, т.к. с их помощью изменение температуры тела преобразуется в эквивалентное изменение электрического сопротивления терморезисторов (его параметра).
Различают два типа терморезисторов – проволочные (металлические) и полупроводниковые (называемые термисторами). Сопротивление проволочных терморезисторов увеличивается при повышении температуры (рис. 5, кривая 1), т.к. при этом усиливается тепловое колебательное движение ионов металла в узлах кристаллической решетки, затрудняя тем самым упорядоченное движение свободных электронов, концентрация которых практически не меняется при изменении температуры.
Рис. 5.