Реферат: Медицинские датчики

Министерствообразования РФ.

ВладимирскийГосударственный Университет.

Кафедра РТ и РС.

Курсовая работа

на тему: «<span Courier New"">Медицинскиедатчики

»

по курсу: «<span Courier New"">Медицинскиепреобразователи и электроды

».

Выполнил

студент гр. МИД-199

Чирков К. В.

Проверил

преподаватель

Полушин П. А.

<img src="/cache/referats/12994/image001.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">

Владимир 2002.

Содержание:

1.<span Times New Roman"">     

2.<span Times New Roman"">     

3.<span Times New Roman"">     

4.<span Times New Roman"">     

5.<span Times New Roman"">     

6.<span Times New Roman"">     

7.<span Times New Roman"">     

8.<span Times New Roman"">     

                                                      

Введение.

Различные преобразователинеэлектрических величин в электрические прочно заняли свое место во многихобластях человеческого знания, и уж тем более в медицине. Трудно представитьсовременного врача, занимающегося диагностикой различных заболеваний и ихлечением, не опирающегося на огромное число достижений таких наук, какрадиоэлектроника, микроэлектроника, метрология, материаловедение. И хотя,датчики являются одной из самых медленно развивающихся областей медицинскойэлектроники, да и всей электроники в целом, но подавляющее большинство диагностическихи терапевтических приборов и систем прямо или косвенно содержат множество самыхразных преобразователей и электродов, без которых, подчас немыслима работа этойсистемы. Вот о некоторых типах датчиков я и попытаюсь рассказать впредставленной работе. Определенная сложность, повторюсь, заключается вогромнейшем номенклатурном разнообразии медицинских датчиков, а также вдовольно малом количестве публикаций, касающихся этой темы, хотя, быть может простоплохо искал.

Волоконно-оптические датчики.

<span Times New Roman",«serif»">Оптоэлектроника— это довольно новая область науки и техники, которая появилась на стыке оптикии электроники. Следует заметить, что в развитии радиотехники с самого начала ХХвека постоянно прослеживалась тенденция освоения электромагнитных волн всеболее высокой частоты. Важным моментом в развитии оптоэлектроники являетсясоздание оптических волокон. Особенно интенсивными исследования стали в конце1960-x годов, а разработка в 1970 г. американской фирмой «Корнинг»кварцевого волокна с малым затуханием (20 дБ/км) явилась эпохальным событием ипослужила стимулом для увеличения темпов исследований и разработок на все1970-е годы. Оптическое волокно обычно бывает одного из двух типов:одномодовое, в котором распространяется только одна мода (тип распределения передаваемогоэлектромагнитного поля), и многомодовое — с передачей множества (около сотни)мод. Конструктивно эти типы волокон различаются только диаметром сердечника —световедущей части, внутри которой коэффициент преломления чуть выше, чем впериферийной части — оболочке. В медицинской технике используются какмногомодовые, так и одномодовые оптические волокна. Многомодовые волокна имеютбольшой (примерно 50 мкм) диаметр сердечника, что облегчает их соединение другс другом. Но поскольку групповая скорость света для каждой моды различна, топри передаче узкого светового импульса происходит его расширение (увеличение дисперсии).По сравнению с многомодовыми у одномодовых волокон преимущества и недостаткименяются местами: дисперсия уменьшается, но малый (5...10 мкм) диаметр сердечниказначительно затрудняет соединение волокон этого типа и введение в них световоголуча лазера.

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">Рис. 3. Одномодовое (а) и многомодовое (б) оптическое волокно

<img src="/cache/referats/12994/image003.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1027"><span Times New Roman",«serif»">Вследствиеэтого одномодовые оптические волокна нашли преимущественное применение в линияхсвязи, требующих высокой скорости передачи информации (линии верхнего ранга виерархической структуре линий связи), а многомодовые чаще всего используются влиниях связи со сравнительно невысокой скоростью передачи информации. Имеютсятак называемые когерентные волоконно-оптические линии связи, где пригоднытолько одномодовые волокна. В многомодовом оптическом волокне когерентность принимаемыхсветовых волн падает, поэтому его использование в когерентных линиях связинепрактично, что и предопределило применение в подобных линиях толькоодномодовых оптических волокон. Напротив, хотя при использовании оптическихволокон для датчиков вышеуказанные факторы тоже имеют место, но во многих случаяхих роль уже иная. В частности, при использовании оптических волокон для когерентныхизмерений, когда из этих волокон формируется интерферометр, важным преимуществомодномодовых волокон является возможность передачи информации о фазе оптическойволны, что неосуществимо с помощью многомодовых волокон. Следовательно, вданном случае необходимо только одномодовое оптическое волокно, как и в когерентныхлиниях связи. Тем не менее, на практике применение одномодового оптическоговолокна при измерении нетипично из-за небольшой его дисперсии. Короче говоря, всенсорной оптоэлектронике, за исключением датчиков-интерферометров,используются многомодовые оптические волокна. Это обстоятельство объясняетсяеще и тем, что в датчиках длина используемых оптических волокон значительноменьше, чем в системах оптической связи.

<span Times New Roman",«serif»">Необходимоотметить общие достоинства оптических волокон:

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">широкополосность(предполагается до нескольких десятков терагерц);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">малыепотери (минимальные 0,154 дБ/км);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">малый(около 125 мкм) диаметр;

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">малая(приблизительно 30 г/км) масса;

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">эластичность(минимальный радиус изгиба 2 MM);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">механическаяпрочность (выдерживает нагрузку на разрыв примерно 7 кг);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">отсутствиевзаимной интерференции (перекрестных помех типа известных в телефонии«переходных разговоров»);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">безындукционность(практически отсутствует влияние электромагнитной индукции, а следовательно, иотрицательные явления, связанные с грозовыми разрядами, близостью к линииэлектропередачи, импульсами тока в силовой сети);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">взрывобезопасность(гарантируется абсолютной неспособностью волокна быть причиной искры);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">высокаяэлектроизоляционная прочность (например, волокно длиной 20 см выдерживает напряжениедо 10000 B);

·<span Times New Roman"">   

<span Times New Roman",«serif»">высокаякоррозионная стойкость, особенно к химическим растворителям, маслам, воде.

<span Times New Roman",«serif»">Впрактике использования волоконно-оптических датчиков имеют наибольшее значениепоследние четыре свойства. Достаточно полезны и такие свойства, как эластичность,малые диаметр и масса. Широкополосность же и малые потери значительно повышаютвозможности оптических волокон, но далеко не всегда эти преимущества осознаютсяразработчиками датчиков. Однако, с современной точки зрения, по мере расширенияфункциональных возможностей волоконно-оптических датчиков в ближайшем будущемэта ситуация понемногу исправится.

<span Times New Roman",«serif»">Какбудет показано ниже, в волоконно-оптических датчиках оптическое волокно можетбыть применено просто в качестве линии передачи, а может играть роль самогочувствительного элемента датчика. В последнем случае используютсячувствительность волокна к электрическому полю (эффект Керра), магнитному полю(эффект Фарадея), к вибрации, температуре, давлению, деформациям (например, кизгибу). Многие из этих эффектов в оптических системах связи оцениваются какнедостатки, в датчиках же их появление считается скорее преимуществом, котороеследует развивать.

<span Times New Roman",«serif»">Современныеволоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление,температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скоростьлинейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровеньжидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрическийток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения, наиспользовании пучков таких волокон основывается вся техника эндоскопии.

<span Times New Roman",«serif»">Есликлассифицировать волоконно-оптические датчики с точки зрения применения в нихоптического волокна, то, их можно грубо разделить на датчики, в которых оптическоеволокно используется в качестве линии передачи, и датчики, в которых оно используетсяв качестве чувствительного элемента. В датчиках типа «линии передачи»используются в основном многомодовые оптические волокна, а в датчикахсенсорного типа чаще всего — одномодовые.

<span Times New Roman",«serif»">Спомощью волоконно-оптических датчиков с оптоволокном в качестве линии передачможно измерять следующие физические величины:

<span Times New Roman",«serif»">1)<span Times New Roman"">     

<span Times New Roman",«serif»">датчиком проходящего типа:температуру (на основе измерения изменения постоянной люминесценции вмногомодовых волокнах,  в диапазоне0...70<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°<span Times New Roman",«serif»">С с точностью <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">±<span Times New Roman",«serif»">0,04<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°<span Times New Roman",«serif»"> С );

<span Times New Roman",«serif»">2)<span Times New Roman"">     

<span Times New Roman",«serif»">датчиком отражательного типа:концентрацию кислорода в крови (происходит изменение спектральнойхарактеристики, детектируется интенсивность отраженного света, оптоволокно – пучковое,с доступом через катетер).

<span Times New Roman",«serif»">Если же оптическое волокно вдатчике использовать в качестве чувствительного элемента, то возможны следующиеприменения:

<span Times New Roman",«serif»">1)<span Times New Roman"">     

<span Times New Roman",«serif»">интерферометр Майкельсонапозволяет измерять пульс, скорость кровотока: используя эффект Доплера можемдетектировать частоту биений – используются как одномодовое, так и многомодовоеволокна; диапазон измерений:  10-4…108м/с.

<span Times New Roman",«serif»">2)<span Times New Roman"">     

<span Times New Roman",«serif»">на основе неинтерферометричекойструктуры возможно построить датчик, позволяющий определять дозу ионизирующего излучения,используемое физическое явления – формирование центра окрашивания,детектируемая величина – интенсивность пропускаемого света.

<span Arial",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/12994/image005.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

<span Arial",«sans-serif»"> 

<span Times New Roman",«serif»">Волоконно-опти­ческий датчик проходящего типа.

<span Arial",«sans-serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

Волоконно-оптический датчик антенного типа.

<img src="/cache/referats/12994/image007.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1028"><span Times New Roman",«serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Arial",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/12994/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

<span Arial",«sans-serif»">

<span Times New Roman",«serif»"> Волоконно-оптический датчик отражательного типа.

<span Times New Roman",«serif»">Подводянекоторый итог, надо сказать, что основными элементами волоконно-оптическогодатчика, являются: оптическое волокно, светоизлучающие (источник света) исветоприемные устройства, оптический чувствительный элемент. Кроме того,специальные линии необходимы для связи между этими элементами или дляформирования измерительной системы с датчиком. Далее, для практическоговнедрения волоконно-оптических датчиков необходимы элементы системной техники,которые в совокупности с вышеуказанными элементами и линией связи образуютизмерительную систему.

<span Arial",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/12994/image011.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">

<span Times New Roman",«serif»"> Классификация основных структур волоконно-опти­ческих датчиков:

<span Times New Roman",«serif»">а) с изменением характеристик волокна (в том числе специальных волокон)

<span Times New Roman",«serif»">б) с изменением параметров передаваемого света

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">в) с чувствительным элементом на торце волокна

<span Arial",«sans-serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

<span Times New Roman",«serif»">

Датчики потока.

Ультразвуковыедатчики эффективно используются для измерения потока во многих медико-биологическихи промышленных применениях. Основным элементом конструкции ультразвукового датчикаявляется пьезоэлектрический излучатель коротких посылок акустических (упругих)волн. Для измерения потока используются частоты, лежащие за пределами слышимогоакустического диапазона — в ультразвуковой области. Работа ультразвуковыхдатчиков потока основана на одном из двух физических принципов. В датчикахпервого типа (измерение времени прохождения сигнала) используется тот факт, чтоскорость звука, распространяющегося в движущейся среде, равна скорости относительноэтой среды плюс скорость движения самой среды. В датчиках второго типа используетсяизменение (доплеровский сдвиг) частоты ультразвуковой волны при ее рассеяниидвижущейся средой.

Вультразвуковых измерителях потока используются электроакустические преобразователииз пьезоэлектрических материалов, осуществляющие преобразование электрическоймощности в акустические колебания. Идеальным пьезоэлектрическим материалом дляэлектроакустического преобразователя является такой материал, который обеспечиваетнизкий уровень шума, высокую эффективность преобразования и позволяет создатьпреобразователь с высокой добротностью. Чаще всего в электроакустическихпреобразователях используется цирконат – титанат свинца (ЦТС). Преимуществоэтого материала — очень высокая эффективность электроакустическогопреобразования и высокая температура Кюри (приблизительно 300 oC); последнееуменьшает вероятность деполяризации материала в процессе припаивания выводовпреобразователя.

Можноизготовить ультразвуковой преобразователь любой формы посредством расплавленияматериала и последующей его формовки. Пьезоэлектрические кристаллы подвергаютсяискусственной поляризации путем помещения их в сильное электрическое поле привысокой температуре и охлаждения в этом поле ниже температуры Кюри. Обычноформируются преобразователи в виде дисков, на противоположные плоские поверхностикоторых наносятся металлические электроды. Через эти электроды генератор колебанийвозбуждает кристалл-излучатель. Электроды кристалла-приемника присоединены квысокочастотному усилителю. Для обеспечения максимальной эффективности толщинакристалла обычно выбирается равной половине длины ультразвуковой волны.

Выбор рабочейчастоты преобразователя определяется фундаментальными физическими факторами.Конечное значение диаметра преобразователя обуславливает наличие дифракционногораспределения интенсивности ультразвуковой волны по аналогии с апертурнойдифракцией в оптике. В области ближнего поля пучок имеет практически цилиндрическуюформу, соответствующую геометрии излучателя, и его уширение мало. Однакораспределение интенсивности в пучке неоднородно, поскольку здесь возникают многочисленныеинтерференционные максимумы и минимумы. В области дальнего поля пучокрасходится, причем интенсивность ультразвуковой волны в пучке изменяетсяобратно пропорционально квадрату расстояния от преобразователя. Эффектрасходимости пучка ухудшает пространственное разрешение, поэтому областьдальнего поля использовать не рекомендуется. Для обеспечения работы в областиближнего поля нужны большие преобразователи и высокие рабочие частоты. В промышленныхприменениях пространственное разрешение при измерении потока можно получить,выбирая рабочую частоту и размер преобразователя таким образом, чтобы размеробласти ближнего поля приближенно соответствовал диаметру потокопровода(кровеносного сосуда, например).

Правильныйвыбор рабочей частоты очень важен для измерителей потока крови. Для пучка с постояннымпоперечным сечением мощность ультразвуковой волны экспоненциально спадает срасстоянием из-за ее поглощения в ткани. С этой точки зрения предпочтительнее низкие рабочие частоты, посколькукоэффициент поглощения ультразвука квазилинейным образом возрастает сувеличением частоты. С другой стороны, наиболее распространенные ультразвуковыеизмерители потока — доплеровские датчики потока — работают на принципедетектирования мощности ультразвуковой волны, рассеиваемой движущимися краснымикровяными тельцами, причем рассеиваемая мощность пропорциональна четвертойстепени частоты. Таким образом, в этих измерителях потока для увеличениядетектируемой мощности необходимо увеличивать рабочую частоту. Компромиссдостигается при выборе рабочей частоты в диапазоне от 2 до 10 MГц.

Датчикпотока, работающий на принципе измерения времени прохождения сигнала — одиниз простейших ультразвуковых измерителей потока. Он широко используется впромышленности и пригоден также для респираторных измерений и измерений потокакрови. Возможен способ расположения, заключающийся в возможности закреплять преобразователина внешней поверхности трубы или кровеносного сосуда, что исключает ограничениепотока   

Преимуществатаких датчиков (измерителей) потока заключается в следующем: 1) с их помощьюможно измерять потоки самых различных жидкостей и газов, поскольку для проведенияизмерений не требуется наличие в текучей среде частиц, отражающих ультразвук;2) они позволяют определять направление потока; 3) их показания сравнительнонечувствительны к изменениям вязкости, температуры и плотностей текучей cреды;4) из всех серийно выпускаемых измерителей потока промышленные устройства этоготипа обеспечивают наивысшую точность измерений.

Ультразвуковыеизмерители потока были опробованы в качестве пневмотахометров — для измерениямгновенного значения объемного расхода вдыхаемого или выдыхаемого газа.Ультразвуковые пневмотахометры имеют следующие теоретические преимущества: 1)высокое быстродействие; 2) широкий динамический диапазон; 3) отсутствиедвижущихся частей; 4) пренебрежимо малое влияние на поток; 5) естественную двунаправленность;6) легкость очистки и стерилизации. В настоящее время ультразвуковые пневмотахометрынаходятся все еще в стадии разработки. Есть несколько проблем, препятствующихуспешному внедрению этих устройств: 1) низкая акустическая эффективностьпередачи ультразвука через газы; 2) широкий диапазон изменений состава, температурыи влажности газа; 3) неудовлетворительное понимание природы ультразвукового поляи характера его взаимодействия с движущимся газом.

В доплеровских измерителях потока непрерывногодействия используется известный эффект изменения (понижения) частоты звука,детектируемого движущимся приемником, удаляющимся от неподвижного источниказвука (эффект Доплера). Если излучатель и приемник неподвижны, а движетсяобъект (частица в текучей среде), отражающий ультразвуковую волну, то обусловленныйэффектом Доплера сдвиг частоты при симметричном расположении преобразователейпо отношению к аксиально-симметричному потоку рассчитывается по формуле

<img src="/cache/referats/12994/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1030">                       

где fd — доплеровский сдвиг частоты; f0 — частота излучаемой ультразвуковой волны;u — скорость объекта (частицы в текучей среде); c — скорость звука; <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q

— угол между направлением излучения (приема) ультразвуковой волны и осью трубыили кровеносного сосуда. Если поток не имеет аксиальной симметрии илипреобразователи расположены несимметрично, то в формулу нужно вводитьдополнительный тригонометрический коэффициент.

Самое важноепреимущество доплеровского измерителя потока непрерывного действия — возможностьизмерения кровотока с помощью преобразователей, расположенных на поверхноститела с одной стороны кровеносного сосуда. Измерители потока этого типа могутработать с жидкостями, содержащими включения газов или твердых тел. Можноуказать и ряд других преимуществ этих устройств: 1) временные задержки сигналав 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 регуляторахпотока.

Прииспользовании доплеровского измерителя потока непрерывного действия дляполучения сигнала доплеровского сдвига необходимо наличие в текучей средекаких-либо частиц. Сигнал доплеровского сдвига не является одночастотнымгармоническим сигналом, что обусловлено рядом причин:

1. Профильраспределения скорости по поперечному сечению      потока (профиль потока) неоднороден.Частицы движутся с различными скоростями, генерируя различные по частотедоплеровские сдвиги.

2. Частицаотражает ультразвуковую волну в течении короткого промежутка времени.

3.Хаотическое вращение частиц и турбулентность вызывают различные доплеровскиесдвиги.

Два другихнедостатка доплеровского измерителя потока непрерывного действия — практическиполное отсутствие информации о профиле потока и невозможность определениянаправления потока без дополнительной обработки сигнала.

Импульсныйдоплеровский измеритель потока работает в радарном режиме и выдает информацию опрофиле потока текучей среды. Преобразователь возбуждается короткими посылкамисигнала несущей частоты от генератора. Этот преобразователь выполняет функцииизлучателя и приемника; отражаемый сигнал с доплеровским сдвигом принимается снекоторой временной задержкой относительно момента излучения первичногосигнала. Временный интервал между моментами излучения и приема сигнала являетсянепосредственным указателем расстояния до отражающей частицы (дальности).Следовательно, можно получить полную “развертку” отражений сигнала поперектрубы или кровеносного сосуда. Профиль скорости в поперечном сечениикровеносного сосуда получается в результате регистрации доплеровского сдвигасигнала при различных временных задержках. С помощью импульсного доплеровскогоизмерителя потока можно оценить диаметр кровеносного сосуда. Принимаемыесигналы А и С обусловлены отражениями от ближней и дальней стенок сосудасоответственно. Расстояние между точками, где происходят эти отражения,непосредственно связано через простые геометрические соотношения с диаметром сосуда.

Аналогичныйпринцип измерения лежит в основе метода ультразвукового сканирования в амплитудномрежиме (А-режиме) и метода эхо-кардиографии. Ультразвуковой преобразовательустанавливается напротив участка тела или органа, подлежащего сканированию.Этот преобразователь излучает ультразвуковой сигнал, испытывающий отражение налюбой неоднородности ткани вдоль направления сканирования. Задержка междувременем излучения и приема сигнала может быть использована для определенияместа локализации этой неоднородности вдоль определенного пути сканирования.

Длительностьизлучаемого импульса является важным фактором при использовании импульсногодоплеровского измерителя для регистрации кровотока. В идеале это должен бытьочень короткий импульс, чтобы получить хорошее разрешение по расстоянию. Сдругой стороны, для достижения достаточно высокого значения отношения сигнал/шуми хорошего разрешения по скорости длительность этого импульса должна бытьдостаточно велика. Типичный компромиссный вариант — использование импульсов счастотой повторения 8 МГц и длительностью 1 мкс.

Доплеровскимизмерительным системам, работающим в импульсном режиме, присуще внутреннееограничение. Оно выражается в том, что при заданной дальности ограничендиапазон измеряемых скоростей. Это вынуждает использовать импульсы с меньшейчастотой повторения fr Это означает, что нельзя измерить высокиескорости при больших расстояниях до отражающего объекта. Спектральное уширение,которое может привести к появлению в сигнале спектральных составляющих счастотами, превышающими несущую частоту, а также неидеальность характеристикфильтров нижних частот, используемых для исключения эффекта наложения спектров,приводит к еще более жестким ограничениями.

В импульсныхдоплеровских системах преобразователи имеют более сложную конструкцию, чем вдоплеровских системах непрерывного действия. Любой кристаллическийпреобразователь характеризуется высокой добротностью Q (узкой частотной характеристикой)и поэтому после окончания возбуждающего электрического сигнала довольно долгоосциллирует на своей резонансной частоте. Импульсный доплеровский преобразовательмодифицируется путем добавления к нему спереди или сзади массивного демпфера,что обеспечивает уменьшение (уширение частотной характеристики) кристалла. Типичныезначения модифицированной добротности — от 5 до 15. При использовании одногообщего преобразователя в качестве излучателя и приемника отключение излучателяосуществляется с помощью логического элемента (вентиля). Однокаскадныйлогический элемент не обеспечивает надлежащей развязки мощного сигнала, возбуждающегоизлучатель, от исключительно слабого принимаемого сигнала. Проблема развязкирешается последовательным включением двух логических элементов.

Прииспользовании импульсных доплеровских систем возникают дополнительные проблемыи с обработкой принимаемого сигнала. В система должна быть предусмотренанекоторая схема, обеспечивающая защиту усилителя высокой частоты от перегрузокво время передачи сигнала и предотвращающая поступление напряжения генераторана вход этого усилителя во время приема сигнала. Примером такой схемы являетсядиодная структура, обладающая низким сопротивлением для высокоуровневогопередаваемого сигнала и высоким сопротивлением для слабого принимаемогосигнала. Измерение профилей потока в реальном масштабе времени достигаетсяпутем использования 16 логических элементов (селекторов дальности), задающихразличные временные задержки для принимаемого сигнала. На выходе измерительногоустройства имеем при этом 16 “параллельных” сигналов, соответствующих различнымточкам в поперечном сечении трубы или кровеносного сосуда и определяющихвременную зависимость локальных скоростей потока в этих точках. Профильскорости формируется путем быстрого сканирования по этим 16 каналам.

Главноепреимущество импульсных доплеровских измерителей потока — возможность полученияинформации о профиле потока. Кроме того, в этих устройствах детектируютсясигналы, отражаемые частицами из малых объемов текучей среды (в силу сканированияпо поперечному сечению потока), и поэтому на детекторы нуля поступают сигналы сузким частотным спектром, что является другим важным преимуществом измерителейпотока этого типа. И, наконец, поскольку для импульсного доплеровского измерителяпотока нужен только один преобразователь, выполняющий функцию, как излучателя,так и приемника, то это — идеальное устройство для измерений с помощьюкатетера. Такие измерители используются для регистрации кровотока в различныхучастках кровеносной системы.

Датчики давления.

Датчикидавления семейства Senseon фирмы Motorola выбирают производители медицинского оборудования повсему миру. Они долговечны, точны и надежны.

   Датчикдавления фирмы Motorola разработан с использованием монолитного кремниевогопьезорезистора, который генерирует изменяющееся в зависимости от величиныдавления напряжение на выходе. Резистивный элемент, который представляет собойдатчик напряжений, ионно имплантирован в тонкую кремниевую диафрагму. Малейшеедавление на диафрагму приводит к изменению сопротивления датчика напряжений,что в свою очередь изменяет напряжение на выходе пропорционально приложенномудавлению. Датчик напряжений является составной частью диафрагмы, благодаря чемуустраняются температурные эффекты, возникающие из-за разницы в тепловыхрасширениях датчика и диафрагмы. Параметры на выходе самого датчика деформацийзависят от температуры, так что при использовании в диапазоне температур,превышающих допустимые значения, требуется компенсация. В узких диапазонахтемператур, например от 00С до 850С, в этом качествеможет быть использована простая резисторная схема. В диапазоне температур от–400С до +1250С потребуются расширенные компенсационныесхемы.

Компенсированныеи калиброванные (на чипе). Медицинский класс.

<span Times New Roman",«serif»">Серия

<span Times New Roman",«serif»">Максимальный уровень давления

<span Times New Roman",«serif»">Напряжение питания

(V dc)

<span Times New Roman",«serif»">Допустимое отклонение, mV (Max)

<span Times New Roman",«serif»">Чувствительность (µV/V/mmHg)

<span Times New Roman",«serif»">Полное выходное сопротивление Ом (Max)

<span Times New Roman",«serif»">линейность % от полного диапазона

psi

<span Times New Roman",«serif»">кПа

<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">

(Min)

(Max)

MPX2300DT1

5.8

40

6.0

0.75

5.0

330

-2.0

2.0

СерииМРХ7050, 7100,7200

Датчики этихсерий сочетают в себе все преимущества серии МРХ 2000 (температурная компенсацияи калибрация на чипе) с высоким полным входным сопротивлением (обычно 10 kОм), что делает ихнезаменимыми в переносных устройствах, работающих на аккумуляторах. Эти датчикимогут использоваться в приборах, требующих точного определения давления прималом потреблении энергии, таких как переносное медицинское оборудование и т.п.

МЕДИЦИНСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ (MEDICAL)

Тип датчика

Возможные исполнения (тип корпуса, порта, форма выводов, упаковка)

Рабочий диапазон

Макс. доп. давление

Начальное смещение

Размах выходного напряжения (типовое значение)

Чувствительность

Линейность

Температурный коэффициент начального смещения

Напряжение питания

Ток потребления (типовое значение)

Вых. сопротивление

Pressure Range

Over-pressure

Zero pressure Offset

Full Scale Span (VFSS)

Sensitivity

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 kΩ

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 Ω

* — Датчики, нерекомендованные для дальнейшего использования
Диапазон рабочих температур всех медицинских датчиков +15°С ...+45°С

Таблица 3.3 – Некоторые датчики давления фирмы MOTOROLA

PRIVATEDevice Series

Max Pressure 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

еще рефераты
Еще работы по медицине