Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Марта 2013 в 20:04, реферат
Исторически, внимание исследователей на начальном этапе развития электроники было обращено на процессы переноса электронов в вакууме и в газах. На основе этих исследований были созданы электровакуумные приборы - электронные лампы, которые могли решать задачи усиления и генерирования электрических сигналов. Простейшая электронная лампа состоит из стеклянного корпуса (баллона), в котором в вакууме расположены катод, сетка и анод.
Введение…………………………………………………………………………..3
Общая схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации……………………………………………………………...…5
Электроды для съема биологической информации………………..….....6
Датчики медико-биологической информации. Название и классификация датчиков, характеристики датчиков. Погрешности датчиков…………………………………………………………………….8
Аналоговые регистрирующие устройства. Различные виды регистрации непрерывной информации и их эксплуатационные характеристики…14
Литература…………………………………………………………………...…..19
Метрологические параметры датчиков.
1. Чувствительность - это
изменение выходной величины
датчика ∆у при изменении
Чувствительность Z датчика измеряется, например, в микроамперах на нанометр мкА/нм, в милливольтах на Кельвин мВ/К, в миллиамперах на грамм мА/г и т.д.
2. Порог чувствительности датчика - минимальное значение входной величины, которое можно обнаружить с помощью датчика.
3. Динамический диапазон
датчика - диапазон частот и
амплитуд входного сигнала,
4. Погрешность измерений
- максимальная разность между
результатом измерений и
5. Время реакции (инерционность)
- минимальный промежуток
Виды биоуправляемых датчиков.
По типу преобразуемых
величин датчики могут подразде
Рассмотрим некоторые виды примеры. Пример 1.Механоэлектрический пьезодатчик (рис.9), основан на явлении пьезоэффекта. В пьезодатчике возникает напряжение Uпри воздействии на пьезокристалл К силой F. Эта разность потенциалов пропорциональна деформирующей силе или деформации кристалла.
U = kF, где k - чувствительность датчика.
Входной величиной для этого датчика является сила или абсолютная деформация, выходной - напряжение на гранях кристалла. Пьезодатчик применяется для снятия сфигмограммы, в автоматических измерителях артериального давления по методу Короткова, где он встраивается в манжету и дает сигнал о начале и конце колебаний стенок сосуда.
Пример 2. Механоэлектрические индукционные датчики разных модификаций применяются в различных областях диагностики. Например, при регистрации фонокардиограммы, изменений диаметра крупных сосудов при прохождении пульсовой волны, изменения давления в сосудах и т.д
В датчике, рис.10, перемещение магнитного сердечника относительно катушки приводит к возникновению ЭДС индукции ε.
Скорость изменения магнитного потока Ф, пересекающего витки катушки, пропорциональна относительной скорости Vперемещения магнитного сердечника и катушки. Поэтому генерируемая ЭДС индукции пропорциональна скорости V.
где k - чувствительность
датчика. Входной величиной такого датчика является скорость V, а выходной
– ЭДС индукции ε.
Пример 3. Термоэлектрический датчик или термопара, рис.11. В таких датчиках за счет тепловой энергии объекта нагревается контакт разнородных металлов или полупроводников, что приводит к возникновению термозлектродвижушей силы:
где α- коэффициент
пропорциональности-
Рис.11
Рассмотрим некоторые виды параметрических датчиков.
Механоэлектрический емкостной датчик, рис.12. При изменении расстояния между пластинами конденсатора в процессе измерения некоторого размера изменяется емкость датчика С~1/d
Соответственно изменяется его емкостное сопротивление Хс =1/ωС и, как следствие, переменный ток в измерительной цепи с источником питания ε. Измерительное устройство показывающего типа на рис. 12- 14.представлено условно. Чаще используется записывающее устройство.
Механоэлектрический индуктивный датчик перемещения, рис.13.
Рис.12
ЭДС электромагнитной индукции в измерительной катушке 2 пропорциональна скорости изменения тока в первичной катушке 1
Поэтому, при передвижении стального конического сердечника, проходящего через обе катушки, изменяется коэффициент взаимной индукции М катушек питания 1, в которую включен источник переменного тока εi и измерительной 2, в которой возникает ЭДС взаимной индукции ε2. Соответственно перемещению сердечника изменяется ток в измерительной катушке 2.
Механоэлектрический тензодатчик, рис.14. применяется, например, при исследовании деформационных свойств костей, мягких тканей, стенок сосудов. При удлинении за счет силы Fпроводникадлиной l, по которому течетток, уменьшается площадь сечения проводника S. Оба эти фактора приводят к увеличению сопротивления проводника где ρ - удельное сопротивление материала проводника. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в измерительной цепи, которое пропорционально силе F.
Существуют и более
Рис.15
Пояс одевается на пациента. При дыхании резина деформируется в такт вдоху и выдоху, что ведет к изменению ее сопротивления. Соответственно, изменяется и ток в измерительной цепи.
При работе с датчиками следует учитывать возможные, специфические для них, погрешности. Причинами погрешностей могутбыть следующие факторы:
1) температурная зависимость функции преобразования;
2) гистерезис — запаздывание
у от х даже при медленном
изменении входной величины, происходящее
в результате необратимых
3) непостоянство функции преобразования во времени;
4) обратное воздействие датчика на биологическую систему, приводящее к изменению показаний;
5) инерционность датчика (пренебрежение его временными характеристиками) и др.
В заключение отметим, что датчики являются техническими аналогами рецепторов биологических систем.
4.Аналоговые регистрирующие устройства
Конечным элементом
Под устройством отображения понимают устройство, которое временно представляет информацию, при появлении новой информации прежняя информация бесследно исчезает. Такими являются, в частности, стрелочные приборы: амперметр, вольтметр и др. Стрелочный амперметр, например, показывает силу тока в данный момент и не фиксирует ее. При изменении силы тока в цепи информация о прежнем значении безвозвратно утрачивается. Для запоминания информации, отображаемой такими устройствами, необходимо специально ее фиксировать, что, например, и делают студенты в физической лаборатории, снимая показания приборов. Медико-биологическое применение устройств отображения достаточно мало: электротермометр сопротивления, частотомер пульса и др.
Значительно большее распространение
в медицинской электронике
Отображающие и регистрирующие приборы подразделяют на аналоговые — непрерывные, дискретные и комбинированные, сочетающие возможности аналоговых и дискретных.
Рассмотрим подробнее
наиболее распространенные в практике
медико-биологических
В медицине, биологии и физиологии в основном используются следующие способы регистрации информации на носителе:
а) нанесение слоя вещества (красителя):
б) изменение состояния вещества носителя: фоторегистрация, электрохимическая, электрофотографическая (ксерография) и магнитная запись;
в) снятие слоя вещества с носителя: закопченная поверхность, тепловаязапись.
Простейшим самописцем, находящим и сегодня применение в физиологическом эксперименте, является кимограф (рис. 16), работающий от заведенной пружины, или электрокимограф, равномерное вращение барабана которого осуществляется электродвигателем.
Идея кимографа — равномерное
вращение или перемещение поверхности
носителя сохраняется в подавляющем
большинстве современных
Рис. 16
Равномерное перемещение носителя (бумага, фотопленка) означает, что абсцисса прямо пропорциональна времени £ В результате полученная кривая отражает зависимость у — /<).
Самопишущие приборы, используемые
в медицинской аппаратуре, преобразуют
электрический сигнал в механическое
перемещение. Физически они являются
гальванометрами —
С подвижной частью соединен пишущий элемент, оставляющий след на движущемся носителе записи: специальное капиллярное перо, либо стеклянный капилляр с соплом в струйном самописце, либо зеркальце, отражающее луч света или что-то другое.
В качестве примера на рис. 18 схематически изображен струйный самописец. Здесь 1 — электромагнит, через обмотки которого проходит регистрируемый электрический сигнал; 2 — постоянный магнит в форме цилиндра, он жестко связан со стеклянным капилляром 3. Из сопла капилляра 4 П°Д давлением вылетают чернила, оставляя след у, пропорциональ-ньвй отклонению постоянного магнита и, следовательно, силе тока в электромагните.
Рис.19
Важной характеристикой
самописца является диапазон частот
колебаний, которые они успевают
регистрировать. Чем больше момент
инерции подвижной части
В самопишущих устройствах наряду с обычными погрешностями измерительных приборов возникают также погрешности, обусловленные записью.
Причинами погрешности записи могут быть неточность работы механизма перемещения бумаги или фотопленки, запаздывание, вызванное инерцией пишущей системы прибора, изменение размеров бумаги под влиянием влажности воздуха, неточность отметки времени и др.
Кроме однокоординатных самописцев,
фиксирующих временную
Наряду с аналоговыми регистрирующими приборами в медицинской практике для фиксирования информации используются и такие безынерционные комбинированные устройства, как электронно-лучевые трубки. Так, например, в портативном вектор-кардиоскопе ( рис.20) электронно-лучевая трубка является основным элементом, который отображает, а при дополнительном фотографировании и регистрирует электро- и вектор-кардиограммы.
Рис.20
Электронно-лучевая трубка относится к группе комбинированных устройств, так как может отображать (при дополнительном фотографировании — регистрировать) выходную информацию не только в аналоговой, но и в дискретной форме (цифры, буквы).
Биоэлектрические потенциалы
являются существенным диагностическим
показателем многих заболеваний. Поэтому
очень важно, во-первых, правильно
регистрировать эти потенциалы, а
во-вторых, уметь извлекать из измерений
необходимую медицинскую
Структурная схема медицинских приборов, регистрирующих биопотенциалы, изображена на рис.21. Она является частным случаем общей схемы рис.2.
В клинической практике биопотенциалы отводят поверхностными накожными электродами, запись осуществляется аналоговыми регистрирующими устройствами. Переход от одних отведений к другим осуществляется специальным переключателем. Так как биопотенциалы сравнительно медленно изменяются со временем, то в приборах обычно используют усилители постоянного тока.
Биопотенциалы, применяемые
в электрокардиографии, имеют величины
порядка нескольких милливольт, в
электроэнцефалографии –
Информация о работе Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации