Метрологические параметры датчиков.

1. Чувствительность - это изменение выходной величины датчика ∆у при изменении входной ∆х на единицу.

2. 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, измеряемый без заметных погрешностей.

4. Погрешность измерений - максимальная разность между результатом измерений и действительным значением измеряемой величины.

5. Время реакции (инерционность) - минимальный промежуток времени, в течение которого выходная величина принимает значение, соответствующее входной. Процессы в датчиках происходят не мгновенно и это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с входной. Поэтому регистрация результатов измерений с помощью датчика должна производиться с учетом промежутка времени, соответствующего времени реакции датчика.

№75. Виды датчиков: пьезо, индукционные, термоэлектрические, емкостные, индуктивные, тензодатчики и резистивные датчики дыхания.

По типу преобразуемых величин датчики могут подразделяться на механоэлектрические, термоэлектрические, фотоэлектрические, хемиэлектрические и т.д.

Механоэлектрический пьезодатчик основан на явлении пьезоэффекта. В пьезодатчике возникает напряжение U при 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.

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 перемещение магнитного сердечника относительно катушки приводит к возникновению ЭДС индукции ε.

Скорость изменения магнитного потока Ф, пересекающего витки катушки, пропорциональна относительной скорости V перемещения магнитного сердечника и катушки. Поэтому генерируемая ЭДС индукции пропорциональна скорости V.

ε =kV

где k - чувствительность датчика. Входной величиной такого датчика является скорость V, а выходной – ЭДС индукции ε.

Термоэлектрический датчик или термопара. В таких датчиках за счет тепловой энергии объекта нагревается контакт разнородных металлов или полупроводников, что приводит к возникновению термозлектродвижушей силы:

ε=α∆Т

где α- коэффициент пропорциональности-чувствительность термопары. Входной величиной датчика является разность температур между нагретым и холодным контактами ∆Т=Т_н-Т_х, выходной - термоэлектродвижущая сила ε. Термопара может применяться для измерения температуры тела.

Параметрические датчики.

Механоэлектрический емкостной датчик. При изменении расстояния между пластинами конденсатора в процессе измерения некоторого размера изменяется емкость датчика С~1/d

Соответственно изменяется его емкостное сопротивление Х_с =1/ωС и, как следствие, переменный ток в измерительной цепи с источником питания ε.

ЭДС электромагнитной индукции в измерительной катушке 2 пропорциональна скорости изменения тока в первичной катушке 1

Механоэлектрический тензодатчик, применяется, например, при исследовании деформационных свойств костей, мягких тканей, стенок сосудов. При удлинении за счет силы F проводника

длиной 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 специализированные датчики. Например, в резистивном датчике дыхания в качестве чувствительного элемента используется пояс из токопроводящей резины.

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.

№76. Генераторы гармонических и импульсных колебаний и их применение в медицине.

Генераторами колебаний различной формы являются устройства производящие их неопределенно долго за счет энергии постороннего источника.

Одним из основных элементов является колебательный контур (см. рисунок).

Контур состоит из емкости - С, индуктивности -L и активного сопротивления (резистора) -R. Ключ К, (в левом положении) подключает емкость к источнику постоянного тока E, при этом она заряжается до напряжения источника тока. При переключении ключа К в правое положение емкость С разряжается на цепь R - L и возникают гармонические колебания с периодом: .

Чтобы создать на основе колебательного контура генератор, необходимо компенсировать потерю энергии. Это может быть осуществлено с использованием блок - схемы представленной на рисунке.

Она состоит из регулятора, который осуществляет компенсацию потерь энергии в колебательном контуре синфазно с колебательным процессом. Синфазность обеспечивает обратная связь (положительная). Энергия поступает от постороннего источника. Постоянство амплитуды колебаний является следствием полной компенсации потерь.

Электрическая схема простейшего генератора на транзисторе представлена на рисунке.

Регулятором в данной схеме является транзистор. Цепь обратной связи состоит из катушки обратной связи L_о.с., индуктивно связанной с катушкой L_к (индуктивностью) колебательного контура, емкости С_с и сопротивления. Сигнал обратной связи попадает на базу транзистора, усиливается и в соответствующей фазе попадает в колебательный контур, что и обеспечивает отсутствие затухания колебаний. Питание обеспечивает источник Е.

Схема импульсного генератора и форма его колебаний.

Генератор состоит из неоновой лампы Л, конденсатора С и сопротивления R. Питание подается от источника постоянного тока к "+" и "-". При подаче напряжения конденсатор С заряжается через сопротивление R. Напряжение на конденсаторе растет по экспоненте до величины U_з (точка А на графике). При этом напряжении зажигается неоновая лампа, ее сопротивление падает и конденсатор разряжается через лампу (участок А - В на графике) до напряжения U_r. При этом напряжении лампа гаснет и опять начинается заряд конденсатора. Процесс повторяется неограниченное число раз. В результате работы такого генератора на выходе создаются колебания пилообразной формы.

Генераторы используются во многих медицинских электронных приборах: в физиотерапевтической аппаратуре. приборах функциональной диагностики, лабораторной технике и других.

№77. Электронные усилители. Коэффициент усиления и полоса пропускания усилителя. Особенности усиления биоэлектрических сигналов.

Усилитель электрического сигнала - это устройство, усиливающее входной сигнал по напряжению, току или мощности за счет энергии постороннего источника (источника питания). Входной (подлежащий усилению) сигнал подают на вход усилителя, на выходе снимают усиленный в "К" раз сигнал. "К" - это коэффициент усиления усилителя. В зависимости от того, с каким усилителем мы имеем дело, коэффициент усиления определяется как отношение приращения напряжения (тока, мощности) на выходе усилителя к соответствующему приращению напряжения (тока, мощности) на входе усилителя. Коэффициент усиления является основной характеристикой усилителя Для обеспечения постоянства коэффициента усиления принимается ряд технических мер, вводится температурная компенсация, стабилизируются источники питания.

Зависимость коэффициента усиления от частоты называется частотной характеристикой усилителя. Частота υ и циклическая чистота ω связаны так: ω = 2πυ

Область, где коэффициент усиления падает не более, чем до 0,707 от максимального значения называется полосой пропускания усилителя от ω₁ до ω₄. Изменение коэффициента усиления в зависимости от частоты приводит к искажению сигнала при усилении,т.к. различные частотные составляющие сложного сигнала усиливаются различно. Обычно усилитель проектируют таким образом, чтобы весь спектр частот, подлежащий усилению, размещался между ω₁ и ω₄, лучше между ω₂ и ω₃.

Амплитудная характеристика - это зависимость коэффициента усиления от амплитуды входного сигнала. Если связь между выходным и входным напряжениями линейная (коэффициент усиления постоянен), то усиление сигнала происходит без искажений. Если связь нелинейная, то возникают искажения, т.е. форма сигнала на выходе не соответствует форме сигнала на входе усилителя.