| |уровень |питани|отклонен|(µV/V/mmHg|сопротив|полного |
| |давления|я |ие, mV |) |ление Ом|диапазона|
| | |(V dc)|(Max) | |(Max) | |
| |psi |кПа| | | | |(Min|(Max|
| | | | | | | |) |) |
|MPX2300DT1 |5.8 |40 |6.0 |0.75 |5.0 |330 |-2.0|2.0 |
Серии МРХ 7050, 7100, 7200
Датчики этих серий сочетают в себе все преимущества серии МРХ 2000
(температурная компенсация и калибрация на чипе) с высоким полным входным
сопротивлением (обычно 10 kОм), что делает их незаменимыми в переносных
устройствах, работающих на аккумуляторах. Эти датчики могут использоваться
в приборах, требующих точного определения давления при малом потреблении
энергии, таких как переносное медицинское оборудование и т.п.
МЕДИЦИНСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ (MEDICAL)
| |KPa | | | | | |
|Некомпенсированные |
|MPX10D |10 |75 |20 |35 |3.5 |-1.0 |1.0 |
|MPX50D |50 |200 |20 |60 |1.2 |-0.25 |0.25 |
|MPX700D |700 |2800 |20 |60 |0.086 |-0.50 |0.50 |
|Компенсированные и калиброванные |
|MPX2010D |10 |75 |+-1.0|25 |2.5 |-1.0 |1.0 |
|MPX2700A |700 |2800 |+-2.0|40 |0.057 |-1.0 |1.0 |
|MPX2700D |700 |2800 |+-1.0|40 |0.057 |-0.5 |0.5 |
|High Impedance (On-Chip) |
|MPX7050D |50 |200 |+-1.0|40 |0.8 |-0.25 |0.25 |
|MPX7200A |200 |400 |+-2.0|40 |0.2 |-1.0 |1.0 |
|MPX7200D |200 |400 |+-1.0|40 |0.2 |-0.25 |0.25 |
|Signal Conditioned (On-Chip) |
|MPX4100A |105 |400 |- |4.59 |54 |-1.8 |1.8 |
|MPX5700D |700 |2800 |- |4.5 |6.0 |-2.5 |2.5 |
|MPX5999D |1000 |4000 |- |4.7 |5.0 |-2.5 |2.5 |
|Compensated and Calibrated (On-Chip) Medical Grade |
|MPX2300DT1 |40 |- |0.75 |- |330 |-2.0 |2.0 |
5. Температурные датчики. Термисторы.
Одной из наиболее распространенных задач промышленной, бытовой и
медицинской автоматики, решаемых путем температурных измерений, является
задача выделения заданного значения температуры или диапазона температур, в
пределах которого контролируемые физические процессы протекают нормально, с
требуемыми параметрами. Это, в первую очередь, относится к приборам и
устройствам, работающим при температурах, определяемых условиями
жизнедеятельности человека и используемых им при этом приборов машин и
механизмов, т.е. –40є +100°С, например, кондиционирование температуры
жилых, складских и технологических помещений, контроль нагрева различных
двигателей, трансмиссий, тормозных устройств и т.п., системы пожарной
сигнализации, контроль температуры в медицине, биотехнологиях и сельском
хозяйстве и пр. В качестве чувствительных элементов таких систем в
последнее время широко используются полупроводниковые термосопротивления с
отрицательным температурным коэффициентом или термисторы (NTC-thermistors).
Однако, для решения задачи в целом, т.е. получения электрического сигнала,
возникающего при повышении или понижении температуры контролируемого
процесса до заданного значения, термистор должен быть снабжен
дополнительными электронными схемами, которые и осуществляют решение задачи
выделения заданного значения температуры. В Институте проблем управления
РАН совместно с фирмой VZ SENSOR Ltd., на основе полупроводниковых структур
с L-образной вольтамперной характеристикой были разработаны
интеллектуальные (функциональные) термисторы (Z-thermistors), которые
способны решать задачу выделения заданного значения температуры без
использования дополнительных электронных схем .
[pic]
Схема включения обычного термистора
Схема включения Z-термистора
Z-термисторы представляют собой полупроводниковую p-n структуру, включаемую
в прямом направлении (+ к p-области структуры) в цепь источника постоянного
напряжения. Структура обладает функцией перехода из одного устойчивого
состояния (с малым током) в другое устойчивое состояние (в 50 - 100 раз
большим током) при ее нагреве до заданного значения температуры. Установка
требуемого значения температуры срабатывания осуществляется простым
изменением напряжения питания. Длительность перехода структуры (Z-
термистора) из одного устойчивого состояния в другое 1 - 2 мкс. Схема
включения Z-термистора состоит из источника питания U и нагрузочного
резистора R, который одновременно служит ограничителем тока Z-термистора
при его переходе в состояние с большим током (рис.). Выходной сигнал
(бросок напряжения) может быть снят как с нагрузочного резистора R, так и с
самого Z-термистора, но с обратным знаком. Как уже было сказано, Z-
термистор может быть настроен на любое значение температуры в диапазоне –40
-+100°С путем изменения питающего напряжения U. При этом могут быть
изготовлены разные типы Z-термисторов, срабатывающие при одной и той же
температуре от разных напряжений питания. Для того, чтобы разделить Z-
термисторы по типам, было введено понятие базовой температуры. В качестве
базовой было принято значение комнатной температуры (room temperature)
+20°С. Принципиально Z-термисторы могут быть изготовлены на любые
напряжения срабатывания в пределах от 1 до 100 В при базовой температуре,
но для удобства пользователей мы ограничились рядом типовых значений
напряжения, чаще всего используемых в электронной технике, а именно: 1,5 В;
3 В; 4,5 В; 9 В; 12 В; 18 В; 24 В (см. таблицу).
Таблица - Технические характеристики Z-термисторов при температуре +20°C
и сопротивлении резистора R = 0.25 + 5 кОм
|Тип Z-термистора | |TZ-1 |TZ-3 |TZ-4 |TZ-12|TZ-1|TZ-24|
| | | | | | |8 | |
|Пороговое напряжение |Uth(B) |1,5 |>1,7 |>3 |>2,5 |>3 |>3,5 |
|Выходной сигнал |UR(B) |>0,5 |" |" |" |" |" |
| | |Uth | | | | | |
|Рассеиваемая мощность |P(mBт) |10 |" |" |>30 |" |" |
|участка 1 |C) | | | | | | |
|Чувствительность |S2(мВ/°|>20 |" |" |>60 |" |" |
|участка 2 |C) | | | | | | |
|Чувствительность |S3(мВ/°|>200 |" |" |>400 |" |" |
|участка 3 |C) | | | | | | |
|Быстродействие |Т(сек) |> 0,05 - 0,15 мкФ (рис.), что вызывает генерацию пилообразных
импульсов большой амплитуды (порядка 0,5 от питающего напряжения), частота
следования которых пропорциональна температуре.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) Z-термистора
Многолетние исследования не выявили каких-либо проявлений деградации или
дрейфа рабочих характеристик Z-термисторов. Более чем двукратный по
отношению к рабочему диапазону перегрев Z-термисторов не приводит к их
разрушению либо к изменению характеристик, что говорит об их весьма высокой
надежности (робастности). Z-термисторы не имеют аналогов в мировой практике
и технологией их производства не обладает ни один из западных
производителей электронных компонентов.
6. Датчики съема ЭКС.
Все устройства съема медицинской информации подразделяют на 2 группы:
электроды и датчики (преобразователи). Электроды используются для съема
электрического сигнала, реально существующего в организме, а датчик —
устройство съема, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие
измеряемой величины, а также осуществляющее преобразование этого
воздействия в форму, удобную для последующей обработки. Электроды для съема
биопотенциалов сердца принято называть электрокардиографическими (электроды
ЭКГ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и таким образом
замыкают электрическую цепь между генератором биопотенциалов и устройством
измерения.
Автоматический анализ электрокардиосигналов в кардиомониторах
предъявляет жесткие требования к устройствам съема — электродам ЭКГ. От
качества электродов зависит достоверность результатов анализа, и
следовательно, степень сложности средств, применяемых для обнаружения
сигнала на фоне помех. Низкое качество съема ЭКС практически не может быть
скомпенсировано никакими техническими решениями.
Требования, применяемые к электродам ЭКГ, соответствуют основным
требованиям к любым преобразователям биоэлектрических сигналов:
. по точности восприятия сигнала (минимальные потери полезного сигнала
на переходе электрод—кожа и сохранение частотной характеристики
сигнала);
. идентичность электрических и конструктивных параметров
(взаимозаменяемость, возможность компенсации электрических
параметров);
. постоянство во времени функций преобразования (стабильность
электрических параметров);
. низкому уровню шумов (обеспечение необходимого соотношения
сигнал—шум).
. малому влиянию характеристик электродов на измерительное устройство.
Как показало применение первых кардиомониторов, обычные пластинчатые
электроды ЭКГ, широко используемые в ЭКГ, не удовлетворяют требованиям
длительного непрерывного контроля ЭКС из-за большого уровня помех при
съеме.
Эхокардиографией называется метод изучения строения и движения структур
сердца с помощью отраженного ультразвука. Получаемое при регистрации
изображение сердца называется эхокардиограммой (ЭхоКГ). Впервые ЭхоКГ была
зарегистрирована в 1954 г. шведскими учеными Эдлером и Херцем; свое
современное название метод получил в 1965 г. по предложению Американского
института ультразвука в медицине.
Физические принципы метода основаны на том, что ультразвуковые волны
проникают в ткань и частично в виде эхосигнала отражаются от границ
различной плотности. Волны ультразвуковой частоты генерируются датчиком,
обладающим пьезоэлектрическим эффектом и устанавливаемым над областью
сердца, отраженные от структур сердца эхосигналы вновь превращаются
датчиком в электрический импульс, который усиливается, регистрируется и
анализируется на экране видеомонитора. Одновременно полученные результаты
могут фиксироваться на фотопленке, специально химически обработанной бумаге
или с помощью поляроидной камеры в виде фотоизображений. Частота
ультразвуковых волн, используемых в эхокардиографии, колеблется от 2 до 5
МГц, длина — 0,7-1,4 мм; они проникают в тело на глубину 20-25 см. Датчик
работает в импульсном режиме: 0,1% времени — как излучатель, 99,9% — как
приемник импульсов. Такое соотношение времени передачи и приема импульсов
позволяет вести непрерывное наблюдение на экране видеомонитора. Для
выделения отдельных фаз сердечного цикла синхронно с ЭхоКГ регистрируются
ЭКГ, ФКГ или сфигмограмма.
В настоящее время помимо одномерной эхокардиографии, позволяющей
анализировать строение и движение структур сердца — М-режим (от лат. motio
— движение), используется двумерная в реальном масштабе времени и
начинается применение трехмерной, объемной, эхокардиографии.
Фонокардиография представляет собой метод графической регистрации
звуковых процессов, возникающих при деятельности сердца.
Фонокардиограф является аппаратом, регистрирующим звуковые процессы
сердца. Обычно одновременно с фонокардиограммой (ФКГ) регистрируется ЭКГ,
позволяющая четко определить систолический и диастолический интервалы.
Фонокардиограф любого типа состоит из микрофона, электронного усилителя,
фильтров частот и регистрирующего устройства. Микрофон преобразует звуковую
энергию в электрические сигналы. Он должен обладать максимальной
чувствительностью, не вносить искажений в передаваемые сигналы и быть
маловосприимчивым к внешним шумам. По способу преобразования звуковой
энергии в электрические сигналы микрофоны фонокардиографов разделяются на
пьезоэлектрические и динамические.
Принцип действия пьезоэлектрического микрофона основан на
пьезоэлектрическом эффекте — возникновении разности при механической
деформации некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли и др.). Кристалл
устанавливается и закрепляется в корпусе микрофона, чтобы под действием
звуковых колебаний он подвергался деформации.
В настоящее время чаще используются динамические микрофоны. Принцип их
действия основан на явлении электромагнитной индукции: при движении
проводника в поле постоянного магнита в нем возникает э. д. с.,
пропорциональная скорости движения. На крышке микрофона наклеено кольцо из
эластичной резины, благодаря чему микрофон плотно накладывается на
поверхность грудной клетки. Через отверстия в крышке динамического
микрофона звук воздействует на мембрану, сделанную из тончайшей прочной
пленки. Соединенная с мембраной катушка перемещается в кольцевом зазоре
магнитной системы микрофона, вследствие чего появляется э. д. с.
Электрический сигнал подается на усилитель в задачу которого входит не
просто усилить все звуки в равной степени, а в большей мере усилить слабые
высокочастотные колебания, соответствующие сердечным шумам, и в меньшей
мере низкочастотные, соответствующие сердечным тонам. Поэтому весь спектр
разбивается на диапазоны низких, средних и высоких частот. В каждом таком
диапазоне обеспечивается необходимое усиление. Полную картину звуком сердца
получают при анализе ФКГ, полученных в каждом диапазоне частот.
В отечественных приборах используются следующие частотные характеристики
при записи ФКГ: А — аускультативная (номинальная частота 140(25 Гц), Н —
низкочастотная (35(10 Гц), С1 — среднечастотная-1 (70(15 Гц), С2 —
среднечастотная-2 (140(25 Гц), В — высокочастотная (250(50 Гц).
Для регистрации полученных сигналов используют регистрирующие системы,
имеющие малую инерцию (оптическую или струйную).
7. Заключение.
В данной работе была сделана попытка рассмотреть отдельные типы
медицинских датчиков, изучить физические принципы их работы, познакомиться
с конкретными марками и предприятиями-изготовителями. О трудностях,
встреченных при написании этой работы было уже указано выше (введение). В
процессе выполнения были получены навыки работы со справочной литературой,
периодическими изданиями, использовались и электронные виды информации
(internet).
8. Используемая литература.
1. Минкин Р. Б., Павлов Ю. Д. Электрокардиография и фонокардиография. —
Изд. 2-е, перераб. и дополн. — Л.: Медицина, 1988. — 256 с.
2. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение: Пер. с нем. — М. : Мир,
1989.
3. Бриндли К. Измерительные преобразователи./ Пер. с англ.- М.:
Энергоатомиздат, 1991.
4. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики.
5. А. Бондер, А. В. Алферов - «Измерительные приборы»
-----------------------
Выполнил
студент гр. МИД-199
Чирков К. В.
Проверил
преподаватель
Полушин П. А.
Рис. 3. Одномодовое (а) и многомодовое (б) оптическое волокно
Волоконно-оптический датчик антенного типа.
Страницы: 1, 2, 3, 4
