 |
Порядок выполнения лабораторной работы
|
|
|
|
1. Исследование нагревания УВЧ электрическим полем электролита и диэлектрика. Между плоскими электродами терапевтического контура аппарата УВЧ помещают две одинаковых стеклянных пробирки с одинаковыми объемами физиологического раствора и трансформаторного масла. В каждый из сосудов помещают одинаковые термометры.
Включив аппарат, прогреваем 2-3 минуты, устанавливаем максимальную мощность 30 Вт, вращением ручки «настройка» терапевтический контур настраиваем в резонанс по наиболее яркому свечению индикаторной лампочки и максимальному отклонению стрелочного прибора (индикатор настройки - на лицевой панели). Отметив начальную температуру жидкостей, пускают в ход секундомер и следят за возрастанием температуры, которую отмечают через равные промежутки времени, например, 5 мин. При повышении температуры в каком-нибудь сосуде на 2-5° аппарат выключают. Результаты опыта заносят в таблицу. Строят график зависимости температуры диэлектрика t1, и электролита t2 от времени их пребывания в электрическом поле аппарата УВЧ, откладывая по оси абсцисс время t, а по оси ординат — температуру диэлектрика и электролита.
| Номер измерения | t (мин) | t1, 0C (диэлектрик) | t2, 0C (электролит) |
Зависимость температуры нагревания диэлектрика t1 и электролита t2 от времени t при воздействии магнитным полем.
2. Исследование нагревания УВЧ магнитным полем электролита и диэлектрика. Выключив аппарат УВЧ, отключают два провода дисковых электродов и подключают два провода индуктора к выходу аппарата УВЧ терапии. В торце индуктора аппарата УВЧ помещают две одинаковых стеклянных пробирки с одинаковыми объемами физиологического раствора и трансформаторного масла. Далее повторяем пункт 1а. Данные заносим в таблицу и строим график зависимости температуры диэлектрика t 1 и электролита t2 от времени их пребывания t в магнитном поле аппарата УВЧ
|
|
|
| Номер измерения | t (мин) | t1, 0C (диэлектрик) | t2, 0C (электролит) |
Зависимость температуры нагревания диэлектрика t1 и электролита t2 от времени t при воздействии магнитным полем.
3. Исследование пространственного распределения электрического поля аппарата УВЧ. Располагают диски параллельно на расстоянии 20 см друг от друга. Дипольную антенну с микроамперметром можно перемещать горизонтально и вертикально по линейкам, закрепленным в зажиме лабораторного штатива. Измерения начинают от центральной части электродов аппарата. По вертикальной оси измерения производят вверх от центра. По горизонтальной оси — только в одну сторону от центра (от аппарата, измерения в сторону аппарата искажаются полем подводящих проводов). Помещая диполь в разные точки поля, фиксируют координаты и соответствующие значения силы тока Iх и Iу микроамперметра.
Данные опыта заносят в таблицу и строят графики распределения поля по осям х и у.
| Х (см) | |||||||
| Iх (мкА) | |||||||
| У (см) | |||||||
| Iу(мкА) |
Зависимость силы тока индикатора поля от координат X, Y
Вывод:
| Дата (дд.мм.гг) | Преподаватель | Отметка о зачете лабораторной работы | Подпись преподавателя |
ЗАНЯТИЕ № 26
| Тема раздела: | Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования |
| Тема занятия: | Устройства съема и регистрации медико-биологической информации |
| Цель занятия: | Ознакомиться с назначением устройств для съема и регистрации медико-биологической информации и принципом работы биоуправляемых и энергетических датчиков. |
Теоретические вопросы:
|
|
|
1. Общая схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации.
2. Электроды для съема биоэлектрического сигнала.
3. Термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках. Термопары и термисторы и их использование для измерения температуры.
4. Пьезоэлектрический эффект и его применение.
5. Биоуправляемые и энергетические датчики и их характеристики.
6. Датчики температуры тела.
7. Датчики параметров системы дыхания.
8. Датчики параметров сердечно-сосудистой системы.
9. Аналоговые регистрирующие устройства.
Литература
- Антонов В.Ф. и др. Биофизика. –М.: Владос, -2000.
- Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Дрофа, -2003.
- Ремизов А. Н. и др. Медицинская и биологическая физика. –М.: Высшая школа, -1996.
- Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. - Медицинская биофизика, -М.: Медицина, 1978.
- Владимиров Ю. А. и др. Биофизика. –М.: Медицина, 1983.
- Конспект лекций.
Самостоятельно решить задачи:
(А.Н.Ремизов и др. Сборник задач по медицинской и биологической физике. –М.: Высшая школа, -1987)
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРИИ
Датчиком называется устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования и регистрации.
В рамках медицинской электроники рассматриваются только такие датчики, которые преобразуют неэлектрическую величину в электрический сигнал. Устройства, работающие с электрическими сигналами, имеют ряд преимуществ:
· высокую чувствительность и малую инерционность;
· возможность проводить измерения на расстоянии;
· удобство регистрации и обработки данных на ЭВМ.
Датчики характеризуются функцией преобразования F(x): зависимостью выходной величины Y от входной величины х: Y=F(x).Наиболее удобны датчики с прямо пропорциональной зависимостью Yот x: Y=kx. Величина Z=D Y /D x, показывающая изменение выходной величины при единичном изменении входной, называется чувствительностью датчика. Минимальное изменение входной величины, которое можно обнаружить датчиком, называется порогом чувствительности.
|
|
|
Датчик - преобразователь медицинской информации в форму, удобную для последующего усиления, регистрации, обработки (чаще всего в электрическую).
Входными неэлектрическими величинами датчиков могут быть механические величины (давление, частота, колебание); физические (температура, освещенность, влажность); физиологические (наполнение ткани кровью).
Выходными электрическим величинами обычно служат ток, напряжение, полное сопротивление и т. д.
Биоуправляемые датчики изменяют свои характеристики непосредственно под влиянием медико-биологической информации, поступающей от объекта измерения.
В активных датчиках измеряемый параметр непосредственно преобразуется в электрический сигнал, т. е. под воздействием измеряемой величины активные датчики сами генерируют сигнал соответствующей амплитуды или частоты (пьезоэлектрические, индукционные, термоэлементы).
Пассивные под воздействием входной величины изменяют свои электрические параметры: сопротивление, емкость или индуктивность (емкостные, индуктивные, резистивные, контактные).
Энергетические датчики активно воздействуют на органы и ткани немодулированным энергетическим потоком со строго определенными, постоянными во времени характеристиками. Измеряемый параметр воздействует на характеристики этого потока, модулирует его пропорционально изменениям самого параметра (фотоэлектрические, УЗ).
Каждый датчик характеризуется определенными метрологическими показателями:
а) чувствительность - минимальное изменение снимаемого параметра, которое можно устойчиво обнаружить с помощью данного преобразователя;
б) динамический диапазон - диапазон входных величин, измерение которых производится без заметных искажений;
в) погрешность - максимальная разность между получаемой и номинальной величинами;
г) время реакции - минимальный промежуток времени, в течение которого происходит установка выходной величины на уровень, соответствующий измененному уровню входной величины.
|
|
|
ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА
Измеряют температуру ядра или сердцевины тела и температуру поверхности кожи человека.
Для измерения температуры человеческого тела в качестве датчиков используются проволочные и полупроводниковые терморезисторы и термоэлементы.
Термометры сопротивления (терморезисторы, термисторы) – датчики, в основе действия которых лежит изменение электрического сопротивления при изменении температуры. При этом у металлов сопротивление с ростом температуры увеличивается, а у полупроводников уменьшается.
Большей чувствительностью, малой температурной инерционностью, относительно меньшими размерами обладают полупроводниковые термосопротивления – термисторы.
Конструктивно термистор представляет собой небольшой (порядка долей миллиметра) полупроводниковый шарик, в который введены два электрода из тонкой проволоки, подключаемые к измерительному прибору. Весь термистор заключен в тонкий пластмассовый корпус (рис. 26.1).
Рис. 26.1. Схема термисторного датчика
(А - контактные металлические проводники, Б - полупроводник).
Действие термистора основано на зависимости электропроводности полупроводника от температуры: при увеличении температуры полупроводника его сопротивление уменьшается (увеличивается число свободных носителей зарядов). Входной величиной такого датчика является изменение температуры DТ, а выходной – изменение сопротивления датчика DR. Коэффициент чувствительности термистора определяется уравнением: 
.
Термоэлементы (генераторные датчики) могут изготавливаться как из металлов, так и из полупроводников. В основе действия металлических термоэлементов лежит различие концентраций электронов в металлах. При контакте (сварке, спайке) двух разнородных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов U,
При нагревании места соединения металлов разность потенциалов между проводниками будет повышаться. Величина такой термо-ЭДС является постоянной для данной пары металлов и конкретной разности температур. Металлические термоэлементы – термопары - обладают невысокой чувствительностью и обычно используются при измерении высоких температур (до 1500°С). Применяют медно-константановые, никель-нихромовые и другие термопары.
В полупроводниковых термоэлементах используют явления увеличения концентрации основных носителей зарядов в нагретом участке и их перемещение к холодному концу, в результате чего возникает разность потенциалов между нагретым и холодным концами полупроводника.
|
|
|
Термо-ЭДС у полупроводниковых термоэлементов примерно в 100 раз больше, чем у металлических термопар (около 0,1В при DТ=100K). КПД также выше: 8% против 0,1%.
Термисторы широко применяются в медицинской практике, являясь основной частью электротермометра. Основными его достоинствами является малая тепловая инерция и высокая чувствительность при малом объеме рабочего тела. Это позволяет производить измерения быстро и в любых местах поверхности тела, а также в глубине тканей. В этом случае термистор помещают в инъекционную иглу, которая вкалывается в глубину ткани. Электротермометры используются также для непрерывного измерения температуры тела при хирургических операциях, проводимых в условиях гипотермии.
Характеристики термисторных датчиков:
а) линейность зависимости R от Т;
б) время реакции;
в) стабильность параметров.
Рассмотрим несколько конкретных конструкций температурных датчиков.
Корпус датчика для измерения температуры поверхности тела может быть похож на шариковую авторучку, но вместо шарика на рабочем конце имеется термистор, выводы которого идут внутри полого корпуса (простой и надежный).
Термистор датчика может крепиться в латунном корпусе.
Датчик для измерения ректальной температуры изготавливается в виде пластмассового катетера, на конце которого под металлическим колпачком расположен чувствительный элемент (проволочный терморезистор, термистор или термоэлемент).
|
|
|
