
- •Фгбоу впо «Уфимский государственный авиационный технический университет»
- •Расчетно-пояснительная записка к выпускной квалификационной работе
- •Фгбоу впо «уфимский государственный авиационный технический университет»
- •Задание по подготовке выпускной квалификационной работы _____Низамова Захара Дмитриевича________________
- •Фгбоу впо «уфимский государственный авиационный технический университет»
- •Календарный план работы над выпускной квалификационной работой
- •Памятка дипломнику
- •Введение.
- •Обзор существующих методов и устройств для определения параметров дыхания.
- •1.1 Методы и устройства для определения параметров дыхания
- •Дыхательный аппарат человека составляют:
- •Cпирометрия
- •Спирография
- •Вентиляция
- •Пикфлоуметрия
- •Сопротивление воздухоносных путей.
- •Капнограф
- •Пневмотахограф
- •1.2 Патентные исследования
- •1.3 Выбор и обоснование структурной схемы
- •2Проектирование и расчет электрической принципиальной cхемы
- •2.1 Турбинный преобразователь расхода
- •2.2 Формирователь импульсов
- •2.3 Схема «и»
- •2.4 Регистратор
- •2.5 Блок выделения времени выдоха
- •2.6 Блок управления
- •2.7 Источник питания с батарейкой
- •3Метрологическая часть
- •3.1 Погрешность пороговой схемы
- •3.2 Погрешность операционного усилителя
- •4. Анализ надежности разрабатываемого устройства
- •4.1 Ориентировочный расчет надежности
- •5. Технологическая часть
- •5.1 Технологический процесс производства печатных плат
- •5.1.1 Химический способ изготовления печатных плат
- •5.1.2 Электрохимический способ получения печатных плат
- •5.2 Технологический процесс сборки печатных плат
- •6.Организационно-экономическое обоснование целесообразности инженерной разработки и внедрения результатов дипломного проектирования
- •6.1.Обоснование актуальности разработки
- •6.2.Функционально-стоимостной анализ. Выбор и оценка показателей качества
- •Построение функциональной схемы и определение значимостей функций.
- •Выбор варианта реализации каждой функции.
- •Построение функционально-стоимостных диаграмм(фсд).
- •Определение экономической целесообразности
- •7 Безопасность и экологичность проекта Обеспечение безопасных условий труда на стадии изготовления устройства измерения параметров дыхания
- •7.1 Идентификация и анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте.
- •7.1.1 Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека
- •7.1.2 Повышенный уровень запыленности и загазованности рабочей зоны
- •7.1.3Повышенный уровень шума
- •7.1.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны
- •7.2 Мероприятия по обеспечению электро безопасности при пайке
- •7.3 Расчет защитного заземления
- •7.4 Расчет местной вентиляции
- •Заключение
- •Список литературы
- •Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Приложение г
- •Приложение д
- •Приложение е
- •Приложение ж
- •Приложение з
- •Приложение и Определение издержек при эксплуатации
1.3 Выбор и обоснование структурной схемы
На рисунке 1 приведена структурная схема разрабатываемого устройства для определения параметров дыхания. Устройство состоит из блока турбинного преобразователя расхода, формирователя импульсов, схемы «И», регистратора, блока выделения времени выдоха и блока управления.
Воздух, выдыхаемый пациентом, попадает в проточный корпус турбинного преобразователя расхода воздуха, состоящий из датчика расхода воздуха и датчика частоты вращения. Датчик расхода воздуха турбинного преобразователя расхода служит для первичного преобразования измеряемой объемной скорости (расхода) воздушного потока при дыхании во вращение турбины преобразователя расхода. В датчике частоты вращения турбины преобразователя происходит вторичное преобразование параметров вращения турбины в серию электрических импульсов. Далее сигнал идет на формирователь импульсов, служащий для преобразования сигнала со светочувствительного элемента датчика частоты в информационные импульсы прямоугольной формы и постоянной амплитуды. После формирователя сигнал поступает на схему "И". Схема "И" выполняет роль ключа, пропускающего информационные импульсы в заданном частотном диапазоне. Также на схему "И" поступает из блока выделения времени выдоха сигнал разрешения, а из схемы "И" появляются информационные сигналы. Сигнал со схемы "И" и блока управления, поступают в регистратор, который служит для нормирования, подсчета и индикации измеренных и пронормированных параметров выдоха, обеспечивает индикацию результатов измерения полного объема дыханияи и объема дыхания за первую секунду. Блок выделения времени выхода служит для задания пороговой частоты fmin пропускания счетных импульсов, формируемых при выдохе, и их блокировки по окончании выдоха. Этот блок состоит из узла фильтрации, служащий для задания частотного окна на прохождение через схему "И" информационных импульсов с частотой выше минимальной
пороговой частоты следования импульсов fmin, и узла блокировки - для формирования управляющих сигналов при поступлении на вход узла блокировки сигнала с выхода узла фильтрации. Блок управления выдает сигнал о необходимости замены батареи источника питания в случае ее разряда, генерирует опорный сигнал, одиночного секундного импульса и формирует импульс автоматического сброса в нуль делителя импульсов и узлов памяти регистратора. Питание устройства осуществляется при помощи источника питания с батарейкой.
Рисунок 1. Структурная схема устройства для определения параметров дыхания.
2Проектирование и расчет электрической принципиальной cхемы
2.1 Турбинный преобразователь расхода
Прибор должен быть предельно простым в конструктивном исполнении и эксплуатации, обладать минимальными массогабаритными характеристиками. Очевидно, что для таких исполнений наиболее целесообразно применение турбинных преобразователей расхода.
Датчик расхода воздуха турбинного преобразователя расхода служит для первичного преобразования измеряемой объемной скорости (расхода) воздушного потока при дыхании во вращение турбины (на чертежах не показана) преобразователя расхода с углом, пропорциональным объему поступающего воздуха, и частотой вращения турбины, пропорциональной расходу (скорости) воздуха.
Параметры турбинного преобразователя:
Сопротивление дыханию 25-50 Па∙с/л;
Объем «мертвого пространства»- до 100мл;
Порог реагирования в пределах 0,03 л/с:
Частота вращения турбины 500 Гц.
Датчик частоты вращения турбины преобразователя служит для вторичного преобразования параметров вращения турбины в серию электрических импульсов, несущих информацию об измеряемых параметрах воздушного потока при дыхании. Конструктивно датчик частоты вращения турбины совмещен с датчиком расхода воздуха. Датчик частоты вращения турбины может быть выполнен в виде оптопары.
Оптопара- оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприемник, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически.
Выберем транзисторные оптопару (рисунок 2.1). Она применяется главным образом в целях передачи цифровых информационных сигналов, находят применение в схемах согласования датчиков с измерительными блоками. Транзисторные оптопары рядом своих свойств выгодно отличаются от других видов оптронов. Это прежде всего схемотехническая гибкость, проявляющаяся в том, что коллекторным током можно управлять как по цепи светодиода (оптически), так и по базовой цепи (электрически), а также в том, что выходная цепь может работать и в линейном и в ключевом режиме. Механизм внутреннего усиления обеспечивает получение больших значений коэффициента передачи тока Кi, так что последующие усилительные каскады не всегда необходимы. Важно, что при этом инерционность оптопары не очень велика и для многих случаев вполне допустима. Выходные токи фототранзисторов значительно выше, чем, например, у фотодиодов, что делает их пригодными для коммутации широкого круга электрических цепей. Наконец, следует отметить, что все это достигается при относительной технологической простоте транзисторных оптопар. Выбираем оптопару малой мощности АОТ123А. Между базой и эмиттером подключен резистор R1=100кОм. Приведем некоторые параметры оптопары[16]:
Входное
обратное напряжение 0,5В
Выходной ток 10мА
Напряжение изоляции 100В
Сопротивление изоляции 109 Ом
Рисунок 2.1
Так
как оптопара имеет токовый выход мы
используем резисторR2
как преобразователь ток-напряжение.
Выходной ток оптопары АО123А
Выходной ток оптопары Iвых=10мА
Напряжение U=10 В, то тогда R2 будет равен
(2.1)
R2=1 кОм.
В блоке турбинного преобразователя использовались следующие элементы:
VU1- АОТ123;
R1- C2-29В-0,125-100 кОм±0,5%
R2- C2-29В-0,125-1 kОм±0,5%