Вопросы для самоподготовки

- по базисным знаниям:

• пьезоэлектрический эффект

• термоэлектродвижущая сила

• электромагнитная индукция

• характеристики электрического поля

- по данной теме:

• фотоэлектрические датчики

• пьезоэлектрические датчики

• резистивные датчики

• индуктивные датчики

• усилители

• устройства отображения информации

• устройства регистрации информации

К раткая теория

1.СИСТЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (ПРИБОРЫ). Информация от изучаемого объекта (пациента П) поступает на прибор (Рис.1) и далее преобразуется в форму удобную для восприятия исследователем (доктором Д).

2. СИСТЕМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ (АППАРАТЫ). Исследователь (доктор) устанавливает параметры воздействия аппарата на объект (пациента).

3. КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ. Информация от медико-биологического объекта (пациента) поступает на систему, обрабатывается ЭВМ, которая меняет параметры воздействия на объект в зависимости от программы, определяемой исследователем (доктором).

СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Блок-схема системы получения медико-биологической информации (МБИ) состоит из нескольких основных блоков: устройства съема, усилителя и устройства отображения (регистрации) информации (Рис.2). При значительном расстоянии между изучаемым объектом и и

сследователем используют еще ряд блоков: передатчик, канал связи и приемник. Устройство съема(УС) предназначено для получения информации непосредственно с биообъекта. Измеряемый сигнал (X) поступает либо на электрод, либо на датчик. Электроды могут быть плоскими или игольчатыми. Датчики бывают генераторными или параметрическими. Получаемые с УС сигналы обычно имеют незначительную величину. Поэтому после устройства съема используется блок усиления тока или напряжения. У

силенный сигнал отображается или регистрируется соответствующим блоком.

Электрод для съема информации – это проводник, передающий электрический сигнал от биосистемы к усилителю. Широкое распространение получили пластинчатые электроды (Рис. 3). Такое устройство представляет собой пластину (ПЛ), на которой установлена клемма (КЛ) для подключения соединительного провода.

Э

квивалентная электрическая схема контура съема МБИ показана на рис 4. Источник ЭДС представлен как генератор напряженияU с соответствующим внутренним сопротивлением r. Согласно закону Ома для полной цепи I=U:(R_ЭСК+R_У+r) увеличить амплитуду тока в условиях измерения можно только за счет уменьшения переходного сопротивления электрод, среда, кожа R_ЭСК. Причем амплитуда передаваемого сигнала и вносимые искажения зависят главным образом от особенностей среды. Для увеличения проводимости используются пасты или салфетки, смоченные физиологическим раствором. Производится также обезжиривание спиртом или гелем участков кожи, на которые устанавливают электроды. Входное сопротивление усилителя R_УС является техническим параметром используемого устройства.

Г

енераторный фотоэлектрический датчик получается, если на медную пластину , покрытую слоем закиси меди, напылить небольшой прозрачный слойзолота (Рис 5). Воздействие квантов света на полупроводникприводит к образованиюЭДС между и. ВозникающаяЭДС по соединительным проводам подается на цифровой вольтметр (дискретное устройство отображения информации).

Г

енераторный пьезоэлектрический датчик представляет собой кварцевую пластину КП, на противоположные грани которой нанесен слой металла СМ (Рис.6). Соединительные провода передают напряжение на стрелочный вольтметр (аналоговое устройство отображения информации). При сжатии пластины на ее гранях появляется напряжение пропорциональное степени воздействия. Явление возникновения положительной ЭДС на гранях кварцевой пластины при ее сжатии и отрицательной ЭДС при ее растяжении получило название: прямой пьезоэффект.

Параметрический резистивный датчик выполнен в виде резиновой трубки , которая заполнена мелким угольным порошком(Рис.7). С торцов трубки вмонтированы электроды. Устройство съема содержит также источник энергиии аналоговое устройство регистрации информации.состоит из магнитной катушки, железной пластиныЖП на одном конце стержня и пишущего пера ПП на другом конце стержня.

Е

сли охватить грудную клетку трубкой, то сопротивление угольного резистора будет изменяться. При вдохе трубка растягивается. Увеличивается длинаl и уменьшается площадь сечения S резистора. Согласно формуле возрастает сопротивление угольного столбика. Сила тока в цепи уменьшается, что ослабляет действие на железную пластину. Стержень поворачивается вокруг оси. След от пера смещается в сторону.

При выдохе сила тока в цепи возрастает. Действие усиливается, след от пера смещается в другую сторону.

Параметрический индуктивный датчик трансформирует, например, перемещение в частоту (Рис.8). Это свойство используется при измерении давления. Нагнетание воздуха в манжету приводит к перемещению ее п

оверхности. Манжета соединена с железным стержнемЖС. Чем глубже стержень входит в катушку l , тем больше величина индуктивности L. Колебательный контур, состоящий из катушки L и емкости C, соединен с источником энергии ИЭ и измерителем частоты ИЧ. Согласно формуле возрастание индуктивностиприводит к уменьшению частоты. Измерительный прибор проградуирован в единицах давления. Функцией преобразования такого устройства является зависимость. Она представлена на рис 8. Из него видно, что устройство реагирует на изменение входной величины только в определенном интервале отдо. Интервал изменения входной величины, которая приводит к изменению выходной величины, называется динамическим диапазоном датчика. Она является важным параметром любого устройства съема медико-биологической информации.

У

силительувеличивает на выходе амплитуду сигнала, который поступает на его вход (Рис 9). Степень увеличения определяется коэффициентом усиления. Данный коэффициент рассчитывается как отношение амплитуды сигнала на выходе устройства к амплитуде сигнала на входе. Для усилителя напряжения . Коэффициент усиления определяется на фиксированной частоте. При изменении частоты изменяется и величина(Рис.10). Поэтому более информативной характеристикой рассматриваемого устройства является график зависимости. Считается, что усилитель хорошо выполняет свои функции, если его коэффициент усиления падает не ниже, чем 0,7 от максимального значения. Диапазон частот, в пределах которогоназывается полосой пропускания усилителя.

О

трицательная обратная связь используется при конструировании любого усилителя. Она позволяет уменьшить негативное влияние помех, которые поступают на вход устройства вместе с полезным сигналом. Кроме того, повышается устойчивость системы, что не позволяет ей в процессе работы превратиться в генератор синусоидального сигнала.

Обратная связь имеет место, как в неживой, так и в живой природе. Она проявляет себя во всех случаях, когда выход системы оказывает влияние на ее вход. В зависимости от знака воздействия ОС бывает положительной или отрицательной.

На рис.9 показано, что напряжение с выхода усилителя проходит через инвертер и поступает на вход системы. Отрицательный знак обратной связи получается потому, что входное напряжение и инвертированное напряжениеизменяются в противофазе.

Устройство отображения (регистрации) информации является конечным элементом системы получения МБИ. Блок отображения отличается от блока регистрации тем, что во втором случае информация фиксируется на любом носителе. В первом случае отображение новых данных приводит к удалению данных, полученных ранее. В конечном блоке рассматриваемой системы выходной сигнал (Y) может быть представлен в аналоговой или цифровой форме. Соответствующие устройства называются аналоговыми или дискретными. В схеме, показанной на рис 6, используется стрелочный амперметр, который является типичным представителем аналогового устройства отображения информации (АУОИ). Если вместо стрелочного прибора использовать цифровой амперметр (Рис 5), тогда мы будем работать с дискретным устройством отображения информации (ДУОИ).

Протокол

Лабораторная работа

Изучение системы получения медико-биологической информации

Цель работы

1. Определить рабочий участок параметрического индуктивного датчика давления.

2. Дать рекомендации по его использованию в приборах для измерения артериального давления крови человека

Приборы и оборудование:

1. Индуктивный датчик давления.

2. Преобразователь Индуктивность→Частота.

3. Регистратор – частотомер.

4. Эталонный манометр для контроля давления.

5. Манжета

6. Груша для нагнетания воздуха в манжету