Курсовая: Медицинские датчики - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Медицинские датчики

Банк рефератов / Медицина и здоровье

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 1547 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

10 Министерство образования РФ. Владимирский Государственный Университ ет. Кафедра РТ и РС. Курсовая работа на тему : « Медицинские датчики » по курсу : « Медицинские преобразователи и электроды ». Влади мир 2002. Содержание : 1. Введение. 2. Волоконно-оптические датчики. 3. Датчики потока. 4. Датчики давления. 5. Температурные датчики . Термисторы. 6. Датчики ЭКГ. 7. Заключение. 8. Используемая литература. 1. Введ ение. Различные преобразователи неэлектрических величин в электрические прочно зан я ли свое место во многих областях человеческого знания , и уж тем более в медицине . Трудно представить современного врача , занимающегося диагностикой различных заб о леваний и их лечением , не опирающегося на огромное число достижений таких наук , как радиоэлектроника , микроэлектроника , метрология , материаловедение . И хотя , датчики являются одной из самых медленно развивающихся областей медицинской электроники , да и всей электрон и ки в целом , но подавляющее большинство диагностических и терапе в тических приборов и систем прямо или косвенно содержат множество самых разных пр е образователей и электродов , без которых , подчас немыслима работа этой системы . Вот о некоторых типах датчиков я и попытаюсь рассказать в представленной работе . Опред е ленная сложность , повторюсь , заключается в огромнейшем номенклатурном разнообразии медицинских датчиков , а также в довольно малом количестве публикаций , касающихся этой темы , хотя , быть может просто пл охо искал. 2. Волоконно-оптические датчики. Оптоэлектроника — это довольно новая область науки и техники , которая появ и лась на стыке оптики и электроники . Следует заметить , что в развитии радиотехники с с а мого начала ХХ века постоянно прослеживалась тенде нция освоения электромагнитных волн все более высокой частоты . Важным моментом в развитии оптоэлектроники является создание оптических волокон . Особенно интенсивными исследования стали в конце 1960-x годов , а разработка в 1970 г . американской фирмой "Корн и нг " кварцевого волокна с м а лым затуханием (20 дБ /км ) явилась эпохальным событием и послужила стимулом для увеличения темпов исследований и разработок на все 1970-е годы . Оптическое волокно обычно бывает одного из двух типов : одномодовое , в котором распрост раняется только одна мода (тип распределения передаваемого электромагнитного поля ), и многомодовое — с передачей множества (около сотни ) мод . Конструктивно эти типы волокон различ а ются только диаметром сердечника — световедущей части , внутри которой коэффи циент преломления чуть выше , чем в периферийной части — оболочке . В медицинской технике используются как многомодовые , так и одномодовые оптические волокна . Многомодовые волокна имеют большой (примерно 50 мкм ) диаметр сердечника , что облегчает их соед и нени е друг с другом . Но поскольку групповая скорость света для каждой моды различна , то при передаче узкого светового импульса происходит его расширение (увеличение ди с персии ). По сравнению с многомодовыми у одномодовых волокон преимущества и нед о статки меняют ся местами : дисперсия уменьшается , но малый (5...10 мкм ) диаметр серде ч ника значительно затрудняет соединение волокон этого типа и введение в них светового луча лазера. Вследствие этого одномодовые оптические волокна нашли преим у щественное применение в линиях связи , требующих высокой скорости пер е дачи информации (линии верхнего ранга в иера р хической структуре л и ний связи ), а многомод о вые чаще всего и с пол ь зуются в линиях св я зи со сравнительно невысокой скоростью передачи и н формации . Имеются так называ е мые когерентные волоконно-оптические линии связи , где пригодны только одн о модовые волокна . В многомодовом оптическом волокне ко герентность пр и нимаемых св е товых волн падает , поэтому его использование в когерентных линиях связи непрактично , что и предопределило применение в подобных линиях только одномодовых оптических вол о кон . Напротив , хотя при использовании оптических волокон для датчиков вышеук а занные факторы тоже имеют место , но во многих случаях их роль уже иная . В частности , при и с пользовании оптических волокон для когерентных измерений , когда из этих вол о кон формируется интерферометр , важным преимуществом одномодовых вол о кон является возможность передачи информации о фазе оптической волны , что неосущ е ствимо с п о мощью многомодовых волокон . Следовательно , в данном случае необходимо только о д номодовое оптическое волокно , как и в когерентных линиях связи . Тем не менее , на пра к тике применение одномодового оптического волокна при измерении нетипично из-за н е большой его дисперсии . Короче говоря , в сенсорной оптоэлектронике , за искл ю чением датчиков-интерферометров , используются многомодовые оптические волокна . Это обст о ятельство объясн яется еще и тем , что в датчиках длина используемых оптич е ских волокон значительно меньше , чем в системах оптической связи . Необходимо отметить общие достоинства оптических волокон : · широкополосность (предполагается до нескольких десятков терагерц ); · м алые потери (минимальные 0,154 дБ /км ); · малый (около 125 мкм ) диаметр ; · малая (приблизительно 30 г /км ) масса ; · эластичность (минимальный радиус изгиба 2 MM); · механическая прочность (выдерживает нагрузку на разрыв примерно 7 кг ); · отсутствие взаи мной интерференции (перекрестных помех типа известных в т е лефонии "переходных разговоров "); · безындукционность (практически отсутствует влияние электромагнитной инду к ции , а следовательно , и отрицательные явления , связанные с грозовыми разряд а ми , близость ю к линии электропередачи , импульсами тока в силовой сети ); · взрывобезопасность (гарантируется абсолютной неспособностью волокна быть причиной искры ); · высокая электроизоляционная прочность (например , волокно длиной 20 см в ы держивает напряжение до 1000 0 B); · высокая коррозионная стойкость , особенно к химическим растворителям , ма с лам , воде. В практике использования волоконно-оптических датчиков имеют наибольшее значение последние четыре свойства . Достаточно полезны и такие свойства , как эласти ч ность , м алые диаметр и масса . Широкополосность же и малые потери значительно пов ы шают возможности оптических волокон , но далеко не всегда эти преимущества осознаю т ся разработчиками датчиков . Однако , с современной точки зрения , по мере расширения функциональных воз можностей волоконно-оптических датчиков в ближайшем будущем эта ситуация понемногу исправится. Как будет показано ниже , в волоконно-оптических датчиках оптическое волокно может быть применено просто в качестве линии передачи , а может играть роль самого чув ствительного элемента датчика . В последнем случае используются чувствительность волокна к электрическому полю (эффект Керра ), магнитному полю (эффект Фарадея ), к вибрации , температуре , давлению , деформациям (например , к изгибу ). Многие из этих эффектов в о птических системах связи оцениваются как недостатки , в датчиках же их п о явление считается скорее преимуществом , которое следует развивать. Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все . Например , давление , температуру , расстояние , п оложение в пространстве , скорость вр а щения , скорость линейного перемещения , ускорение , колебания , массу , звуковые волны , уровень жидкости , деформацию , коэффициент преломления , электрическое поле , эле к трический ток , магнитное поле , концентрацию газа , дозу р адиационного излучения , на использовании пучков таких волокон основывается вся техника эндоскопии. Если классифицировать волоконно-оптические датчики с точки зрения применения в них оптического волокна , то , их можно грубо разделить на датчики , в которых оп тич е ское волокно используется в качестве линии передачи , и датчики , в которых оно испол ь зуется в качестве чувствительного элемента . В датчиках типа "линии передачи " испол ь зуются в основном многомодовые оптические волокна , а в датчиках сенсорного типа чаще всего — одномодовые. С помощью волоконно-оптических датчиков с оптоволокном в качестве линии п е редач можно измерять следующие физические величины : 1) датчиком проходящего типа : температуру (на основе измерения изменения п о стоянной люминесценции в многомодо вых волокнах , в диапазоне 0...70 С с точностью 0,04 С ); 2) датчиком отражательного типа : концентрацию кислорода в крови (происходит изменение спектральной характе ристики , детектируется интенсивность отр а женного света , оптоволокно – пучковое , с доступом через катетер ). Если же оптическое волокно в датчике использовать в качестве чувствительного эл е мента , то возможны следующие применения : 1) интерферометр Майкельсона позволяет измерять пульс , скорость кровотока : используя эффект Доплера можем детектировать частоту биений – использую т ся как одномодовое , так и многомодовое волокна ; диапазон измерений : 10 -4 … 10 8 м /с. 2) на основе неинтерферометричекой структуры возможно построить датчик , по з воляющий определять дозу ионизирующего излучения , используемое физич е ское явления – формирование центра окрашивания , детектируемая величина – интенсивность пропускаемого света. Волоко н но-опти ческий датчик проход я щего типа. Волоконно-оптический датчик отражательного типа. Подводя некоторый итог , надо сказать , что основными элементами волоконно-оптического датчика , являются : оптическое волокно , светоизлучающие (исто чник света ) и светоприемные устройства , оптический чувствительный элемент . Кроме того , специал ь ные линии необходимы для связи между этими элементами или для формирования изм е рительной системы с датчиком . Далее , для практического внедрения волоконно-оптичес ких датчиков необходимы элементы системной техники , которые в совокупности с вышеуказанными элементами и линией связи образуют измерительную систему. Классификация осно в ных структур волок о н но-опти ческих датч и ков : а ) с изменением хара к теристик волокна (в том числе специальных в о локон ) б ) с изменением пар а метров передаваемого света в ) с чувствительным элементом на торце в о локна 3. Датчики потока. Ультразвуковые датчики эффективно исп ользуются для измерения потока во многих медико-биологических и промышленных применениях . Основным элементом ко н струкции ультразвукового датчика является пьезоэлектрический излучатель коротких п о сылок акустических (упругих ) волн . Для измерения потока испол ьзуются частоты , леж а щие за пределами слышимого акустического диапазона - в ультразвуковой области . Раб о та ультразвуковых датчиков потока основана на одном из двух физических принципов . В датчиках первого типа (измерение времени прохождения сигнала ) исполь зуется тот факт , что скорость звука , распространяющегося в движущейся среде , равна скорости относ и тельно этой среды плюс скорость движения самой среды . В датчиках второго типа и с пользуется изменение (доплеровский сдвиг ) частоты ультразвуковой волны при ее рассе я нии движущейся средой . В ультразвуковых измерителях потока используются электроакустические прео б разователи из пьезоэлектрических материалов , осуществляющие преобразование электр и ческой мощности в акустические колебания . Идеальным пьезоэлектрическим материалом для электроакустического преобразователя является такой материал , который обеспечив а ет низкий уровень шума , высокую эффективность преобразования и позволяет создать преобразователь с высокой добротностью . Чаще всего в электроакустических преобр аз о вателях используется цирконат – титанат свинца (ЦТС ). Преимущество этого материала - очень высокая эффективность электроакустического преобразования и высокая темпер а тура Кюри (приблизительно 300 o C); последнее уменьшает вероятность деполяризации матери ала в процессе припаивания выводов преобразователя. Можно изготовить ультразвуковой преобразователь любой формы посредством расплавления материала и последующей его формовки . Пьезоэлектрические кристаллы подвергаются искусственной поляризации путем помещен ия их в сильное электрическое поле при высокой температуре и охлаждения в этом поле ниже температуры Кюри . Обы ч но формируются преобразователи в виде дисков , на противоположные плоские поверхн о сти которых наносятся металлические электроды . Через эти электро ды генератор колеб а ний возбуждает кристалл-излучатель . Электроды кристалла-приемника присоединены к высокочастотному усилителю . Для обеспечения максимальной эффективности толщина кристалла обычно выбирается равной половине длины ультразвуковой волны. Выбор рабочей частоты преобразователя определяется фундаментальными физ и ческими факторами . Конечное значение диаметра преобразователя обуславливает наличие дифракционного распределения интенсивности ультразвуковой волны по аналогии с апе р турной дифракцией в опт ике . В области ближнего поля пучок имеет практически цили н дрическую форму , соответствующую геометрии излучателя , и его уширение мало . Однако распределение интенсивности в пучке неоднородно , поскольку здесь возникают мног о численные интерференционные максиму мы и минимумы . В области дальнего поля пучок расходится , причем интенсивность ультразвуковой волны в пучке изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от преобразователя . Эффект расходимости пучка ухудшает пространственное разрешение , поэтому о б ласть дальнего поля использовать не рекомендуется . Для обеспечения работы в области ближнего поля нужны большие прео б разователи и высокие рабочие частоты . В промышленных применениях пространственное разрешение при измерении потока можно получить , выбирая р абочую частоту и размер преобразователя таким образом , чтобы размер области ближнего поля приближенно соо т ветствовал диаметру потокопровода (кровеносного сосуда , например ). Правильный выбор рабочей частоты очень важен для измерителей потока крови . Для пучк а с постоянным поперечным сечением мощность ультразвуковой волны эксп о ненциально спадает с расстоянием из-за ее поглощения в ткани . С этой точки зрения предпочтительнее низкие рабочие частоты , поскольку коэффициент поглощения ультр а звука квазилинейным обр азом возрастает с увеличением частоты . С другой стороны , наиболее распространенные ультразвуковые измерители потока - доплеровские датчики потока - работают на принципе детектирования мощности ультразвуковой волны , рассе и ваемой движущимися красными кровяны ми тельцами , причем рассеиваемая мощность пропорциональна четвертой степени частоты . Таким образом , в этих измерителях потока для увеличения детектируемой мощности необходимо увеличивать рабочую частоту . Компромисс достигается при выборе рабочей частоты в диапазоне от 2 до 10 M Гц. Датчик потока , работающий на принципе измерения времени прохождения си г нала - один из простейших ультразвуковых измерителей потока . Он широко используется в промышленности и пригоден также для респираторных измерений и измерений п отока крови . Возможен способ расположения , заключающийся в возможности закреплять пр е образователи на внешней поверхности трубы или кровеносного сосуда , что исключает ограничение потока Преимущества таких датчиков (измерителей ) потока заключается в след ующем : 1) с их помощью можно измерять потоки самых различных жидкостей и газов , поскольку для проведения измерений не требуется наличие в текучей среде частиц , отражающих ультразвук ; 2) они позволяют определять направление потока ; 3) их показания сравн и тел ьно нечувствительны к изменениям вязкости , температуры и плотностей текучей cр е ды ; 4) из всех серийно выпускаемых измерителей потока промышленные устройства этого типа обеспечивают наивысшую точность измерений. Ультразвуковые измерители потока были опробов аны в качестве пневмотахоме т ров - для измерения мгновенного значения объемного расхода вдыхаемого или выдыха е мого газа . Ультразвуковые пневмотахометры имеют следующие теоретические преим у щества : 1) высокое быстродействие ; 2) широкий динамический диапазон ; 3) отсутствие движущихся частей ; 4) пренебрежимо малое влияние на поток ; 5) естественную двун а правленность ; 6) легкость очистки и стерилизации . В настоящее время ультразвуковые пневмотахометры находятся все еще в стадии разработки . Есть несколько проблем , пр е пятствующих успешному внедрению этих устройств : 1) низкая акустическая эффекти в ность передачи ультразвука через газы ; 2) широкий диапазон изменений состава , темпер а туры и влажности газа ; 3) неудовлетворительное понимание природы ультразвукового п о ля и х арактера его взаимодействия с движущимся газом. В доплеровских измерителях потока непрерывного действия используется и з вестный эффект изменения (понижения ) частоты звука , детектируемого движущимся пр и емником , удаляющимся от неподвижного источника звука (эф фект Доплера ). Если изл у чатель и приемник неподвижны , а движется объект (частица в текучей среде ), отража ю щий ультразвуковую волну , то обусловленный эффектом Доплера сдвиг частоты при симметричном расположении преобразователей по отношению к аксиально-симм етричному потоку рассчитывается по формуле , где f d - доплеровский сдвиг частоты ; f 0 - частота излучаемой ультразвуковой во л ны ; u - скорость объекта (частицы в текучей среде ); c - скорость звука ; - угол между направлением излучения (приема ) ультразвуковой волны и осью трубы или кровеносного сосуда . Если поток не имеет аксиальной симметрии или преобразователи расположены несимметрично , то в формулу нужно вводить дополнительный тригонометрический к о эффициент. Самое важное преимущество доплеровского измерителя потока непрерывного действия - возможность измерения кровотока с помощью преобразователей , расположе н ных на поверхности тела с одной с тороны кровеносного сосуда . Измерители потока этого типа могут работать с жидкостями , содержащими включения газов или твердых тел . Можно указать и ряд других преимуществ этих устройств : 1) временные задержки сигнала в них минимальны и определяются главным образом характеристиками фильтров ; 2) при измерении кровотока помехи от сигнала электрокардиограммы (ЭКГ ) незначительны ; 3) такие устройства можно устанавливать в дешевых регуляторах потока. При использовании доплеровского измерителя потока непрерывного де йствия для получения сигнала доплеровского сдвига необходимо наличие в текучей среде каких-либо частиц . Сигнал доплеровского сдвига не является одночастотным гармоническим сигн а лом , что обусловлено рядом причин : 1. Профиль распределения скорости по попереч ному сечению потока (профиль потока ) неоднороден . Частицы движутся с различными скоростями , генерируя различные по частоте доплеровские сдвиги. 2. Частица отражает ультразвуковую волну в течении короткого промежутка вр е мени. 3. Хаотическое вращение ча стиц и турбулентность вызывают различные допл е ровские сдвиги. Два других недостатка доплеровского измерителя потока непрерывного действия - практически полное отсутствие информации о профиле потока и невозможность опред е ления направления потока без дополни тельной обработки сигнала. Импульсный доплеровский измеритель потока работает в радарном режиме и в ы дает информацию о профиле потока текучей среды . Преобразователь возбуждается коро т кими посылками сигнала несущей частоты от генератора . Этот преобразователь выполн я ет функции излучателя и приемника ; отражаемый сигнал с доплеровским сдвигом прин и мается с некоторой временной задержкой относительно момента излучения первичного сигнала . Временный интервал между моментами излучения и приема сигнала является непоср едственным указателем расстояния до отражающей частицы (дальности ). Следов а тельно , можно получить полную “развертку” отражений сигнала поперек трубы или кр о веносного сосуда . Профиль скорости в поперечном сечении кровеносного сосуда получ а ется в результате регистрации доплеровского сдвига сигнала при различных временных задержках . С помощью импульсного доплеровского измерителя потока можно оценить диаметр кровеносного сосуда . Принимаемые сигналы А и С обусловлены отражениями от ближней и дальней стенок сосу д а соответственно . Расстояние между точками , где прои с ходят эти отражения , непосредственно связано через простые геометрические соотнош е ния с диаметром сосуда. Аналогичный принцип измерения лежит в основе метода ультразвукового скан и рования в амплитудном ре жиме (А-режиме ) и метода эхо-кардиографии . Ультразвуковой преобразователь устанавливается напротив участка тела или органа , подлежащего скан и рованию . Этот преобразователь излучает ультразвуковой сигнал , испытывающий отраж е ние на любой неоднородности ткани вдоль направления сканирования . Задержка между временем излучения и приема сигнала может быть использована для определения места локализации этой неоднородности вдоль определенного пути сканирования. Длительность излучаемого импульса является важным фактор ом при использов а нии импульсного доплеровского измерителя для регистрации кровотока . В идеале это должен быть очень короткий импульс , чтобы получить хорошее разрешение по рассто я нию . С другой стороны , для достижения достаточно высокого значения отношения с и г нал /шум и хорошего разрешения по скорости длительность этого импульса должна быть достаточно велика . Типичный компромиссный вариант - использование импульсов с ч а стотой повторения 8 МГц и длительностью 1 мкс. Доплеровским измерительным системам , работающ им в импульсном режиме , присуще внутреннее ограничение . Оно выражается в том , что при заданной дальности ограничен диапазон измеряемых скоростей . Это вынуждает использовать импульсы с меньшей частотой повторения f r Это означает , что нельзя измерить высокие скорости при больших расстояниях до отражающего объекта . Спектральное уширение , которое может привести к появлению в сигнале спектральных составляющих с частотами , превышающ и ми несущую частоту , а также неидеальность характеристик фильтров нижних частот , и с пользуемых для исключения эффекта наложения спектров , приводит к еще более жестким ограничениями. В импульсных доплеровских системах преобразователи имеют более сложную конструкцию , чем в доплеровских системах непрерывного действия . Любой кристаллич е ский преобразователь характеризуется высокой добротностью Q (узкой частотной хара к теристикой ) и поэтому после окончания возбуждающего электрического сигнала довольно долго осциллирует на своей резонансной частоте . Импульсный доплеровский преобраз о ватель модифиц ируется путем добавления к нему спереди или сзади массивного демпф е ра , что обеспечивает уменьшение (уширение частотной характеристики ) кристалла . Т и пичные значения модифицированной добротности - от 5 до 15. При использовании одного общего преобразователя в качестве излучателя и приемника отключение излучателя ос у ществляется с помощью логического элемента (вентиля ). Однокаскадный логический элемент не обеспечивает надлежащей развязки мощного сигнала , возбуждающего излуч а тель , от исключительно слабого принима емого сигнала . Проблема развязки решается п о следовательным включением двух логических элементов. При использовании импульсных доплеровских систем возникают дополнител ь ные проблемы и с обработкой принимаемого сигнала . В система должна быть предусмо т рена нек оторая схема , обеспечивающая защиту усилителя высокой частоты от перегрузок во время передачи сигнала и предотвращающая поступление напряжения генератора на вход этого усилителя во время приема сигнала . Примером такой схемы является диодная структура , обл а дающая низким сопротивлением для высокоуровневого передаваемого сигнала и высоким сопротивлением для слабого принимаемого сигнала . Измерение пр о филей потока в реальном масштабе времени достигается путем использования 16 логич е ских элементов (селекторов дал ьности ), задающих различные временные задержки для принимаемого сигнала . На выходе измерительного устройства имеем при этом 16 “пара л лельных” сигналов , соответствующих различным точкам в поперечном сечении трубы или кровеносного сосуда и определяющих време нную зависимость локальных скоростей п о тока в этих точках . Профиль скорости формируется путем быстрого сканирования по этим 16 каналам. Главное преимущество импульсных доплеровских измерителей потока - возмо ж ность получения информации о профиле потока . Кро ме того , в этих устройствах детект и руются сигналы , отражаемые частицами из малых объемов текучей среды (в силу скан и рования по поперечному сечению потока ), и поэтому на детекторы нуля поступают сигн а лы с узким частотным спектром , что является другим важным преимуществом измерит е лей потока этого типа . И , наконец , поскольку для импульсного доплеровского измерителя потока нужен только один преобразователь , выполняющий функцию , как излучателя , так и приемника , то это - идеальное устройство для измерений с помощ ью катетера . Такие измерители используются для регистрации кровотока в различных участках кровеносной системы. 4. Датчики давления. Датчики давления семейства Senseon фирмы Motorola выбирают производители м е дицинского оборудования по всему миру . Они долго вечны , точны и надежны. Датчик давления фирмы Motorola разработан с использованием монолитного кре м ниевого пьезорезистора , который генерирует изменяющееся в зависимости от величины давления напряжение на выходе . Резистивный элемент , который представляет с обой да т чик напряжений , ионно имплантирован в тонкую кремниевую диафрагму . Малейшее да в ление на диафрагму приводит к изменению сопротивления датчика напряжений , что в свою очередь изменяет напряжение на выходе пропорционально приложенному давл е нию . Датчик напряжений является составной частью диафрагмы , благодаря чему устр а няются температурные эффекты , возникающие из-за разницы в тепловых расширениях датчика и диафрагмы . Параметры на выходе самого датчика деформаций зависят от те м пературы , так что при исполь зовании в диапазоне температур , превышающих допустимые значения , требуется компенсация . В узких диапазонах температур , например от 0 0 С до 85 0 С , в этом качестве может быть использована простая резисторная схема . В диапазоне температур от – 40 0 С до +125 0 С пот ребуются расширенные компенсационные схемы. Компенсированные и калиброванные (на чипе ). Медицинский класс. Серия Макс и мальный уровень давления Напр я жение питания (V dc) Допустимое отклонение , mV (Max) Чувств и тельность (µ V/V/mmHg) Полное в ы ходное с о противл е ние Ом (Max) линейность % от полн о го диапазона 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 (темпер а турная компенсация и калибрация на чипе ) с высоким полным входным сопротивлением (обычно 10 k Ом ), что делает их незаменимыми в переносных устройствах , работающих на аккумуляторах . Эти датчики могут использоваться в приборах , требующих точного опр е деления давления при малом потреблении энер гии , таких как переносное медицинское оборудование и т.п. МЕДИЦИНСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ (MEDICAL) Тип датчика Возмо ж ные и с полнения (тип ко р пуса , порта , форма выводов , упаковка ) Рабочий диапазон Макс . доп . давление Начальное смещение Размах выходн о го напр я ж ения (типовое значение ) Чувств и тельность Лине й ность Темпер а турный коэфф и циент начальн о го смещ е ния Напряж е ние пит а ния Ток п о требления (типовое значение ) Вых . сопр о тивление Pressure Range Over-pressure Zero pressure Offset Full Scale Span (VFSS) Sensitivi ty Linearity Temperature Effect on Offset Supply Voltage Supply Current Output Impedance kPa mV mV %VFSS V mA MPXC2011DT1 MPXC2011DT1 0...10 kPa (75mmHg) 75 ± 1,0 25 2,5mV/kPa ± 1,0 ± 1,0 mV 3 6 1,4...3 k Щ MPX2300D MPX2300D* MPX2300DT1 MPX2300DT1-001* 0...300mmHg - ± 0,75 2,976...3.036 (3,006) 5,0 mV/V/mmHg ± 1,5 ± 9,0mV/° C 6 1 330 Щ * - Датчики , не рекомендованные для дальнейшего использования Диапазон рабочих температур всех медицинских датчиков +15°С ...+45°С Таблица 3.3 – Некоторые датчики давления фирмы MOTOROLA Device Series Max Pre s sure Rating Over Pressure (kPa) Offset mV (Typ) Full Scale (mV/kPa) Sensitivity (mV/kPa) Linearity % of FSS (1) (Min) (Max) KPa Некомпенсированные MPX10D 10 75 20 35 3.5 -1.0 1.0 MP X 50D 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 а в то матики , решаемых путем температурных измерений , является задача выделения зада н ного значения температуры или диапазона температур , в пределах которого контролиру е мые 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 пр и боров машин и механизмов , т.е . – 40 є +100°С , например , кондиционирование температуры жилых , складских и техноло гических помещений , контроль нагрева различных двигат е лей , трансмиссий , тормозных устройств и т.п ., системы пожарной сигнализации , ко н троль температуры в медицине , биотехнологиях и сельском хозяйстве и пр . В качестве чувствительных элементов таких систем в последнее время широко используются пол у проводниковые термосопротивления с отрицательным температурным коэффициентом или термисторы (NTC-thermistors). Однако , для решения задачи в целом , т.е . получения электрического сигнала , возникающего при повышении ил и понижении температуры ко н тролируемого процесса до заданного значения , термистор должен быть снабжен дополн и тельными электронными схемами , которые и осуществляют решение задачи выделения заданного значения температуры . В Институте проблем управления РАН с овместно с фирмой VZ SENSOR Ltd., на основе полупроводниковых структур с L-образной вольта м перной характеристикой были разработаны интеллектуальные (функциональные ) терм и сторы (Z-thermistors), которые способны решать задачу выделения заданного значения тем пературы без использования дополнительных электронных схем . 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 напряж е ния . Структура обладает функцией перехода и з 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 срабат ы вания осуществляется простым изменением напряжени я 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, к о торый одновременно служит ограничителем тока Z-термистор а при его переходе в сост о яние 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 зна чение температуры в диап а зоне – 40 -+100°С путем изменения питающего напряжения U. При этом могут быть изг о товлены разные типы Z-термисторов , срабатывающие при одной и той же температуре от разных напряжений питания . Для того , чтобы разделить Z-термисторы п о типам , было введено понятие базовой температуры . В качестве базовой было принято значение ко м натной температуры (room temperature) +20°С . Принципиально Z-термисторы могут быть изготовлены на любые напряжения срабатывания в пределах от 1 до 100 В при базо вой 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-терми сторов при температуре +20° C и с о противлении резистора R = 0.25 + 5 кОм Тип Z- термистора TZ-1 TZ-3 TZ-4 TZ-12 TZ-18 TZ-24 Пороговое напряжение U th (B) <1,5 3+-0,5 4,5+-1 12+-2 18+-3 24+-3 Пороговый ток I th (mA) <0,05 <0,1 <0,15 <0,2 <0,25 <0,35 Вторичное напряжение U f (B) <0,7 <1,5 <2 <5 <8 <10 Вторичный ток I f (mA) >1,5 >1,7 >3 >2,5 >3 >3,5 Выходной сигнал U R (B) >0,5 U th " " " " " Рассеиваемая мощность P(mBт ) <100 " " " " " Длительность перехода U th -U f t(мкс ) <5 " " " " " Разрешающая способность Т (° C) <0,1 " " <<0,1 " " Чувствительность участка 1 S 1 ( мВ /° C) >10 " " >30 " " Ч увствительность участка 2 S 2 (мВ /° C) >20 " " >60 " " Чувствительность участка 3 S 3 (мВ /° C) >200 " " >400 " " Быстродействие Т (сек ) <1 " " <<1 " " Диапазон рабочих температур : -20 + 100 ° C Диапазон пороговых напряжений : 60 - 0,5 B Размеры Z-термисторов : 1 x 1 x 0,3; 2 x 2 x 0,3; 3 x 1,5 x 0,3 mm Маркировка Z-термисторов : TZ-(1; 3; 4; 12; 18; 24) Здесь : T - функциональный тип сенсора (Thermistor); Z - физический принцип действия (Z-эффект ); (1; 3; 4; 12; 18; 24) - пороговое напряжение при 20° C Z-термист оры могут быть использованы не только как высокоточные , надежные и пр о стые в эксплуатации сигнализаторы заданного значения температуры , но также , как те м пературные сенсоры для непрерывного измерения температуры , приблизительно в том же диапазоне (-40 - +10 0°С ). Для этого могут быть использованы участки 1,2,3 ВАХ (рис .). При этом , зная нижний и верхний пределы измерений температуры , (например , для мед и цинского термометра +34° - +43°С ), напряжение питания выбирается таким , чтобы знач е ние токов термистора , соо тветствующие этим пределам измерений , находились на в ы бранном участке ВАХ . Точностные возможности Z-термисторов при их использовании как в пороговом режиме , так и в режиме непрерывных измерений практически полностью определяются стабильностью питающего нап ряжения и лежат в пределах 0,1 - 0,01°С . Большой интерес с практической точки зрения представляет собой возможность испол ь зования Z-термисторов в частотно-импульсном режиме работы . Для этого параллельно Z-термистору подключают емкость С >> 0,05 - 0,15 мкФ (рис .), что вызывает генерацию п и лообразных импульсов большой амплитуды (порядка 0,5 от питающего напряжения ), ч а стота следования которых пропорциональна температуре. Вольтамперная характеристика (ВАХ ) Z-т ермистора 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 х а рак теристик , 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 : электр о ды и датчики ( преобразователи ). Электроды используются для съема электрического си г нала , реально существующего в организме , а датчик — устройство съема , реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины , а также ос у ществляющее преобразование этого воздействия в форму , удобную для последующей о б работки . Электроды для съема биопотенциалов сердца принято называть электрокарди о графическими ( электроды ЭКГ ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и т а ким 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 з а висит достоверность результатов анализа , и следовательно , степень сложности средств , применяемых для обнаружения сигнала на фоне помех . Низкое качество съема ЭКС пра к тически 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 п е реходе электрод— кожа и сохранение частотной характеристики сигнала ); · идентичность электрических и конструктивных параметров ( взаимозаменя е мость , 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 электр о ды ЭКГ , широко используемые в ЭКГ , не удовлетворяют требованиям длительного н е прерывного 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 проник а ют в ткань и частично в виде эхосигнала отражаются от границ различной плотности . Волны ультразвуковой частоты генерируются датчиком , обладающим пьезоэлектрич е ским эффектом и устанавливаемым над областью сердца , отраженные от структур сердца эхосигналы вновь превращаются датчиком в электрический импульс , который усиливае т ся , 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 ультразв у ковых 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 анализир о вать строение и движение структур сердца — М - режим ( от лат . motio — движение ), и с пользуется двумерная в реальном масштабе времени и начинается применение трехме р ной , 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 , фил ь тров частот и регистрирующего устройства . Микрофон преобразует звуковую энергию в электрические сигналы . Он должен обладать максимальной чувствительностью , не вн о сить искажений в передаваемые сигналы и быть маловосприимчивым к внеш н им шумам . По способу преобразования звуковой энергии в электрические сигналы микрофоны фон о кардиографов разделяются на пьезоэлектрические и динамические . Принцип действия пьезоэлектрического микрофона основан на пьезоэлектрическом эффекте — возникновении разности при механической деформации некоторых криста л лов ( 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 де й ствия 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 динам и ческого мик р офона 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 ус и лить все звуки в равной степени , а в большей мере усилить слабые высокочастотные к о лебания , соответствующие сердечным шумам , и в меньшей мере низкочастотные , соо т ветствующие сердечным тонам . Поэтому весь спектр разбивается на диапазоны низких , средних и высоких частот . В каждом таком диапазоне обеспечивается необходимое ус и ление . 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 — низкочасто т ная (35 10 Гц ), С 1 — среднечастотная -1 (70 15 Гц ), С 2 — среднечастотная -2 (140 25 Гц ), В — высокочастотная (250 50 Гц ). Для регистрации полученных сигналов используют регистрирующие системы , име ю щие 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 ма р ками и предприятиями-изготовителям и . О трудностях , встреченных при написании этой работы было уже указано выше (введение ). В процессе выполнения были получены нав ы ки работы со справочной литературой , периодическими изданиями , использовались и электронные виды информации ( internet ). 8. Ис пользуемая 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 . Измерител ьные преобразователи ./ Пер . с англ .- М .: Энергоатомиздат , 1991. 4. Окоси Т . и др . Волоконно-оптические датчики. 5. А . Бондер , А . В . Алферов - «Измерительные приборы»
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Дорогу перебегает жирная тетка. Водитель пропускает её с комментарием: "Такую за раз не переедешь"
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по медицине и здоровью "Медицинские датчики", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru