Датчиктерді олданылуы
СЕМЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК МЕДИЦИНА АКАДЕМИЯСЫ
МЕДИЦИНАЛЫ ФИЗИКА ЖНЕ ИНФОРМАТИКА КАФЕДРАСЫ
СТУДЕНТТЕРГЕ АРНАЛАН ДІСТЕМЕЛІК НСАУ
Температуралы датчикті сипаттамаларын оып- йрену.
.
Растыран оытушы Кусаинова К.Т.
Семей, 2009 ж
Трлендіргіштер
Электр лшеуіш жне тіркегіш ралдарды жоары сезімталдыы мен аз инерциялдыы электрлік емес шамаларды электрлік лшеуде пайдаланылады. Осы дістер техникада, биологияда, медицинада- мшелерді не азаны кйі мен ызметін сипаттайтын трлі параметрлерді (температура, ысым, трлі озалыстарды, тербелмелі рдістерді т.т.) лшеп, тіркеу шін олданылады. Осындай ралдарды барлыы 3 негізгі бліктен трады:
1. зерттелетін шаманы электрлік сигнала трлендіргіш (Д- датчик),
2. осы сигналдарды кшейткіш (К),
3. тіркегіш ондырысы (Т) (сурет 1).
Кптеген жадайда кшейткіш пен тіркегіш ондырысыны орнына электрокардиограф каналыны біреуі олданылады. Осы электрокардиографа датчик ерекше бір ондыры (П) арылы осылады (сурет 2).
Адам азасыны физиологиялы кйін анытайтын параметрлерді тікелей лшеуге болатын жне тікелей лшеуге болмайтын деп блуге болады.
Кптеген медика- биологиялы сипаттамаларды электродтар кмегімен тікелей алуа болмайды, йткені бл сипаттамалар биоэлектрлік сигналдармен кескінделмейді (бейнеленбейді): анны ысымы, температура, жректі дыбыстары жне т.б. Осындай жадайда датчиктер олданылады.
лшеуіш ралдарды ке тараан трі- лшеуіш трлендіргіш (датчик).
Датчик лшенетін не баыланатын шаманы ыайлы трде жіберіп, ары арай трлендіріп, деп, тіркеу, сатау шін ыайлы сигнала трлендіргіш рал. Басаша айтанда датчик лшенетін электрлік емес сигналдарды (шамаларды) электрлік сигнала трлендіретін рал.
лшенетін шамамен тікелей осылан датчик бірінші ретті деп аталады. Медициналы электроникада лшенетін не баыланатын электрлік емес шаманы электрлік сигнала трлендіретін датчиктер ана арастырылады.
Датчиктерге берілетін электрлік емес сигналдарды басты трлері:
1) механикалы шамалар- сызыты жне айнымалы озалыс, жылдамды, деу, ысым, тербеліс жиілігі;
2) физикалы шамалар- температура, жарыталу, ылалдылы;
3) химиялы шамалар- затты таралымы, рамы;
4) физиологиялы шамалар- тінні анмен амтамасыз етілуі, тыныс алу клемі, анны пульсты клемі жне т.б.
Датчиктер жйені биологиялы сигналдарын электр сигналдарына трлендіргіштер. Датчиктер трлері
Датчиктер генераторлыжне параметрлікболып блінеді.
Генераторлы датчиктер лшенетін сигналды серінен кернеу немесе токты тікелей ндіреді (орытып шыарады). Оларды активті дейді. Генераторлы датчиктер белгілі бір былыстара негізделуіне байланысты аталады:
1) пьезоэлектрлік - пьезоэлектрлік эффект;
2) термоэлектрлік - термоэлектрлік эффект (жабысан жердегі температурасы ртрлі болатын параллель жаланан ртекті ткізгіштерден тратын электр тізбегінде ЭК- пайда болу былысы);
3) индукциялы - электромагниттік индукция;
4) фотоэлектрлік –фотоэффект.
Пьезоэлектрлік датчиктер жрек- анайналым жйесіні кйін (пульс, систолалы, диастолалы ысым, жректі тоны, шуы), тыныс алу жиілігі мен клемін анытауа олданылады. Бндай датчиктер пьезоэлектрлік эффект былысына негізделген. Бл былыс кейбір кристаллдарды механикалы деформациясы кезінде пайда болады, яни сырты кш сер еткенде (ысанда не созанда) механикалы деформацияны нтижесінде кейбір кристалдарды молекулалары поляризацияланады. Кристалды арама- арсы беттерінде арама- арсы электр зарядтары пайда болады да оларды арасында потенциалдар айырымы туындайды. Сырты кшті сері тотаанда электрлік зарядтары «жоалады», кристалл бастапы кйіне келеді. Осы былыс пьезоэлектрлік эффект деп аталады. Бл эффект кварц кристалында, сегнет тздарында т.б. пайда болады. ысатын кшпен сер еткенде кристалды механикалы деформациясы кезінде жоарыда айтыландай потенциалдар айырымы пайда болады, осындай пьезоэлектрлік эффект тура пьезоэлектрлік эффектдеп аталады. 4- суретте датчиктер трлері крсетілген.
Электр рісіне енгізілген кристалл механикалы деформацияа шырауы ммкін. Мны кері пьезоэлектрлік эффектдеп атайды.
Индукциялы датчикті жмыс істеу принципі озалмайтын екі катушканы (немесе керісінше) арасындаы траты магнит механикалы озалыса келгенде, тізбекте индукциялы токты пайда болуына негізделген. Индукциялы ток магнит озалмай катушка озалыса келгенде де пайда болады. Катушка магнитке салыстырмалы озалан кездегі индукциялы ток кшейткішке жне тіркегіш ондырыа беріледі. Осы датчиктер баллистокардиографияда олданылады. Траты магнит озаланда индуктивтік катушкада индукциялы электр озаушы кші пайда болады. Оны жиілігі- пульсты жиілігіне, ал амплитудасы- ан тамырындаы ан ысымына сйкес келеді.
Термоэлектрлік датчик ретінде термопара олданылады, ол ртрлі металдан жасалан жабысан екі ткізгіш болып табылады. Термопара температураны лшеуге олданылады. Ол ткізгіштігі ртрлі болатын жартылай ткізгіштерден жасалады. Термопараны бос штарына жаланан лшеуіш ралды крсетуі осы жабысан штарындаы температураларды айырымына пропорционал болады. Термопараны сынапты термометрге араанда артышылыы бар. Біра ыайлылыына араанда ол термистора жетпейді.
Фотоэлектрлік датчиктерді сер ету принципі оларды кедергісіні жарыа жне радиациялы сулелерге байланысты болуына негізделген.
Параметрлік датчиктер
Механикалы серді немесе орын ауыстыруды нтижесінде электрлік параметрлері згеретін датчиктер параметрлік деп аталады. Немесе лшенетін сигналды серінен зіні андайда бір электрлік параметрін згертеді (кедергі, сыйымдылы, индуктивтік, R, L немесе C).Осындай датчиктерге жеке ток кзі ажет. Оларды пассивті дейді. Параметрлік датчиктерге жатады:
1) кедергі (омды)- резистивті датчиктер;
2) сыйымдылы- сыйымдылы датчиктер;
3) индуктивтік- индуктивтікдатчиктер
Кедергі (резистивті) датчиктертыныс алу жиілігін жне клемін анытауа арналан. Осындай датчиктер жіішке сымнан не заттан баан трінде жасалады, оларды кедергісі созылу мен сыылу кезінде атты згереді. Сымны не баанны штары датчикті табаны- мен жне озалыш элементімен жаланады. Резистивті датчиктермен ысым лшенеді.
Датчикті кедергісіні артуы тізбектегі электр тогыны шамасын азайтады. Тыныс алу клемі нерлым лкен болса, сорлым кедергі де лкен болады, ендеше ток соан сйкес кемиді жне керісінше. Тізбектегі токты амплитудасы, оны згеру жиілігі тыныс алу жиілігін сипаттайды.
Сыйымдылы датчиктерде конденсатор пластиналарыны зара ыысуы кезінде лшеуіш тізбекке осылан конденсаторды сыйымдылы кедергісі згереді.
Индуктивтік датчиктер тйыталмаан зекшесі бар катушкадан (электромагниттен) жне зекшені тйытайтын озалатын якорьден трады. Якорьді озалысы кезінде катушканы индуктивтік кедергісі згереді. Катушка айнымалы токпен оректенетін лшеуіш тізбегіне (кпір) осылады. Олара трансформаторлы счетчик, ысым счетчигі жатады.
Трлендіретін шамаларына байланысты датчиктер таы да блінеді: механикалы, дыбысты, температуралы, оптикалы жне т.б. Механикалы датчиктер медицинада жрек- антамырлар жейсіні ызметін зерттеуді ртрлі дістерінде олданылады. Мысалы, электрлік манометрмен жрек уыстарындаы ан ысымы аныталады, электросфигмография мен электрофлебография арылы артерия жне кктамыр пульстеріні исыы алынады.
Кейбір датчиктер лшенетін шаманы атымен аталады; мысалы, ысым датчигі, тензометрлік датчик (тензодатчик)- орын аустыруды не деформацияны лшеуге арналан т.с.с.
Датчиктерді олданылуы
Микорэлектронды ралдарды медицинада олданылуы ралдар мен аппараттарды лшемдерін тек кішірейтіп ана оймай, сонымен атар ртрлі мшелерді ішкі уысына атерсіз енетіндей, тіпті аза тіндеріне орнатуа болатындай кіші лшемді ралдар мен датчиктер жасауа ммкіндік береді. Осыан байланысты эндометриядеп аталатын жаа диагностикалы діс табылан.
Мысалы, жрек уыстарындаы ан ысымын анытау шін жрек катетерыны шына бекітілген кішкентай ана электроманометр олданылады. Мнда датчик ретінде сырты ысымды сезгіш мембранамен жаланан силиконды кедергі алынады.
Эндорадиометрияны жаа дісі асазан- ішек жолын зерттеуде олданылады. Асазан-ішек жолындаы ортаны температурасын, ысымын, ышылдыын анытау эндорадиозонд кмегімен орындалады. Ол пилюля пішінді болады жне оны пациент жтады. Капсулада микрогенератор орналасады, ал микрогенераторды зінде ток кзі, транзистор, контур бліктері, ал ашы шында пайда болан электромагниттік толындар трінде сулеленетін тербелістер жиілігіне сер ететін датчик орналасады.
Эндорадиозондта температуралы датчик ретінде термистор, ал ысым датчигі ретінде мембранамен байланысан генераторды тербелмелі контурыны индуктивтілік катушкасы, ортаны ышылдыын анытайтын датчик ретінде платинадан жасалан екі электрод олданылады. Ток кзі ретінде сілтілі аккумулятор олданылады.
Алынан жне кшейтілген электрлік сигналды тіркегіш рала жіберу міндетті. Кп жадайда электродтар мен датчиктер, кшейткіш жне тіркегіш рал бірттас ондыры болып жинаталан. Осы кезде мліметті жіберу иын емес. Біра лшеуіш блік биологиялы жйеден ашы болуы ммкін. Осындай лшеулер телеметрия деп аталады. Ол ткізгіш сымдар не радио арылы жргізіледі.
Радиотолындарды кмегімен жрек, тыныс алу ызметіні кйі т.т. жайында физиологиялы мліметтер алу дісі радиотелеметриядеп аталады. Ол космосты зерттеулерде, спортты медицинада ке олданылады. Радиотелеметрия асазан- ішек жолын эндорадиозондтауда да олданылады.
Медициналы практикада денені жне оны бліктеріні температурасын анытау шін жартылай ткізгішті датчиктер (термистор) олданылады. Жартылай ткізгішті ралдарды басалар алдында артышылыы бар, йткені оларды те кішкентай ылып жасауа болады жне олара ажетті энергия лампалы электронды ондырыларды пайдаланатын энергиясынан лдеайда аз болады.
ткізгіш кедергісіні температураа туелділігіне негізделген термометр кедергілі электротермометр деп аталады. Термисторлер трлі заттардан жасалады. Олар шарик пішінді не кішкене лшемді пластина трінде жасалады.