Датчики медико-биологической информации. Характеристики датчиков. Погрешности датчиков

Электроды для съемки биоэлектрического сигнала. Требования к ним.

Электроды - проводники специальной формы, соединяющие измерительную цель с биологической системой.

При диагностике они служат не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия, например, в реографии, а также с целью лечения и при электростимуляциях.

Требования к электродам:

1) они должны быстро фиксироваться и сниматься;

2) иметь высокую стабильность электрических параметров;

3) быть прочными;

4) не создавать помех;

5) не раздражать биологическую ткань и т.п.

Для уменьшения переходного сопротивления электрод-кожа стараются увеличить проводимость среды между электродом и кожей, используют марлевые салфетки, смоченые физиологическим раствором, или электропроводящие касты. Можно уменьшить это сопротивление, увеличив площадь контакта электрод-кожа, но тогда электрод захватит несколько эквипотенциальных поверхностей, и истинная картина электрического поля будет искажена.

По назначению они делятся на группы:

1) для кратковременного применения в кабинетах функциональной диагностики (снятие ЭКГ)

2) для длительного использования (при постоянном наблюдении за тяжелобольными)

3) для использования на подвижных обследуемых (в спортивной или космической медицине)

4) для экстренного применения (скорая помощь).

При съёмке биоэлектрического сигнала возникает гальваническая ЭДС; и на электродах выделяются продукты реакции при прохождении тока. Поэтому возникает встречная ЭДС, которая искажает полезный биопотенциал. Существуют способы для уменьшения или устранения подобных влияний.

Многие медико-биологические характеристики нельзя снять электродами, т.к. они не создают биопотенциалов (давление крови, температура, звуки сердца, частота дыхания). В этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи).

Датчик - устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.

1. Генераторные - датчики, которые под действием измеряемого сигнала, генерируют напряжение (передатчики – при деформации) или ток (фотоэлементы - при облучении светом - вырывание электронов с поверхности металлов). Напряжение генерируется при нагревании металлов с разной концентрацией электронов; полупроводников разной проводимости.

2. Параметрические-датчики, в которых под действием измеряемого сигнала изменяется какой-либо параметр:

а) ёмкостные (при сближении - или удалении пластин конденсатора или при изменении площади пластин - их смещение) изменяется электроемкость;

б) реостатные - при изменении длины изменяется омическое сопротивление;

в) индуктивные - (при вдвижении или выдвижении сердечника изменяется индуктивность катушки.

Характеристики датчиков: - чувствительность, равная единичному значению выходной величины при единичном значении входной. Функция преобразования у=kх - алгебраическая или графическая зависимость выходной величины от входной. Она должна быть линейной. Минимальное значение входной величины - порог чувствительности; максимальное значение входной величины - предел измерения датчика

Погрешности датчиков бывают из-за:

1) температурной зависимости измеряемых величин (например, сопротивление проводников зависит от температуры, длины, площади поперечного сечения).

2) гистерезис – запаздывание выходной величины даже при медленном изменении входной.

3) Непостоянство функции преобразования во времени.

4) Обратное воздействие датчика на биологическую систему, что приводит к изменению показаний.

5) Инерционность датчика (пренебрежение ею временными характеристиками).

Датчики являются техническими аналогами рецепторов биологических систем.

41 Усиление электрического сигнала. Усилитель на транзисторе. Коэффициент усиления по напряжению. Особенности усиления биоэлектрических систем.

Биопотенциалы являются существенным диагностическим показателем многих заболеваний. Т.к. биопотенциалы сравнительно медленно изменяются со временем, то в приборах используют усилители постоянного тока. Усилители - устройства, увеличивающие принимаемые электродами сигналы за счет энергии постороннего источника. Они имеют вход, на который подается принятый электрический сигнал и выход, с которого снимается усиленный сигнал. Существенное требование к усилителям - воспроизведение усиленного сигнала без искажения.

Характеристикой усилителя является коэффициент усиления: усилитель напряжения (вых. - выход; вх. - вход). - усилитель тока; - усилитель мощности.

Коэффициент усиления усилителя из нескольких каскадов:

К=К1+К2+К3

Рассмотрим усиление сигнала транзистором – спаянные вместе полупроводники p-n-p типа или n-p-n типа. На границе двух полупроводников (п/п) образуется р-n переход, сопротивление которого зависит от направления приложенного напряжения.

На базе (эмиттерном переходе) Еэ создаёт прямое напряжение, это напряжение Uвх можно изменять, используя делитель напряжения – D.

На коллекторном переходе Eк создает обратное напряжение. Усиленное по сравнению с Uвх напряжение Uвых снимается с резистора нагрузки Rн коллекторной цепи. Сила тока в цепи коллектора мала при отсутствии напряжения в эмиттерной цепи. Если создать и увеличивать напряжение между эмиттером и базой, то будет возникать и сила тока в цепи эмиттера. Сила тока в цепи коллектора возрастет.

Специфика усиления биопотенциалов:

1) выходное сопротивление биологической системы вместе с сопротивлением электродов обычно велико;

2) биопотенциалы - медленно изменяющиеся сигналы;

3) биопотенциалы - слабые сигналы.

Дата добавления: 2014-12-26