Материал: kompendium_po_fizike
171
получения
монохроматического
света
,
а
с
другой
стороны
–
фотосопротивление
(
рисунок
77).
Изменение
светового
потока
может
быть
вызвано
изменением
степени
поглощения
света
за
счет
изменения
толщины
ткани
,
вариаций
её
кровенаполнения
и
содержания
оксигемоглобина
в
крови
.
Вводя
в
измерительную
систему
соответствующую
компенсацию
на
толщину
ткани
,
можно
фиксировать
процентное
содержание
оксигемоглобина
в
крови
.
7.
Датчики
параметров
сердечно
-
сосудистой
системы
Для
оценки
деятельности
сердечно
-
сосудистой
системы
используются
такие
характеристики
:
частота
сокращений
сердечной
мышцы
,
давление
,
тоны
,
шумы
сердца
,
импеданс
тканей
и
др
.
Для
регистрации
частоты
периодического
пульса
получили
распространение
пьезоэлектрические
преобразователи
,
использующие
пьезоэффект
.
Пьезоэффект
состоит
в
возникновении
электрических
зарядов
разных
знаков
на
противоположных
поверхностях
некоторых
кристаллических
тел
при
их
механических
деформациях
(
растяжении
,
сжатии
,
изгибе
) (
кварц
,
турмалин
,
сегнетова
соль
).
Датчики
,
работающие
на
основе
пьезоэлектрического
эффекта
,
относятся
к
числу
активных
биоуправляемых
датчиков
.
Конструктивно
они
обычно
выполняются
в
виде
таблеток
.
Внутри
корпуса
расположен
пьезоэлемент
,
работающий
на
сжатие
или
изгиб
(
рисунок
78).
Для
исследования
токов
и
шумов
сердца
и
записи
фонокардиограмм
применяют
электродинамические
и
Рисунок
78.
Пьезоэлектрические
датчики
172
пьезоэлектрические
микрофоны
(
активные
генераторные
датчики
).
Принцип
работы
:
акустические
колебания
воздействуют
на
эластичную
мембрану
,
которая
по
своей
окружности
крепится
к
корпусу
микрофона
.
На
жестком
основании
цилиндра
,
закрепленном
в
центре
мембраны
,
крепятся
витки
провода
катушки
.
Под
действием
звуковых
волн
катушка
движется
в
сильном
магнитном
поле
,
образованном
кольцевым
магнитным
сердечником
.
В
результате
такого
движения
в
катушке
индуцируется
ЭДС
звуковой
частоты
.
Электродинамические
микрофоны
постепенно
вытесняются
пьезоэлектрическими
.
К
корпусу
крепится
упругая
мембрана
.
Колебания
мембраны
через
недеформирующуюся
стойку
передаются
к
пьезоэлементу
.
В
настоящее
время
для
измерения
абсолютного
давления
широко
используются
емкостные
и
индуктивные
датчики
(
рисунок
79).
Индуктивный
датчик
содержит
:
1.
Кольцо
.
2.
Внутри
в
эластичной
основе
расположена
катушка
индуктивности
.
3.
Одна
поверхность
кольца
имеет
отверстие
,
в
котором
помещается
сердечник
.
Если
такой
датчик
прижать
к
стенке
кровеносного
сосуда
или
глаза
так
,
чтобы
стенка
полости
,
соприкасающаяся
с
датчиком
,
стала
плоской
,
и
сердечник
всей
плоскостью
прилегал
к
этой
стенке
,
датчик
будет
воспринимать
давление
внутри
полости
.
В
основу
работы
емкостного
датчика
положено
изменение
его
емкости
при
воздействии
на
него
измеряемой
величины
давления
.
Рисунок
79.
Индуктивный
и
емкостной
датчики
173
Емкость
плоского
конденсатора
d
s
C
0
,
где
s
–
площадь
пластин
конденсатора
,
d
–
толщина
диэлектрика
,
−
относительная
диэлектрическая
проницаемость
диэлектрика
.
Для
измерения
давления
чаще
всего
пользуются
изменением
ёмкости
С
при
изменении
расстояния
между
пластинами
конденсатора
.
174
УСИЛЕНИЕ
БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СИГНАЛОВ
1.
Принцип
работы
медицинских
приборов
,
регистрирующих
биопотенциалы
Общая
структурная
схема
работы
приборов
,
регистрирующих
биопотенциалы
,
представлена
на
рисунке
80:
Электроды
–
проводники
специальной
формы
,
непосредственно
контактирующие
с
биологической
системой
.
Усилитель
–
устройство
,
предназначенное
для
усиления
напряжения
(
биопотенциала
)
до
уровня
,
на
котором
,
это
напряжение
(
биопотенциал
)
становится
различимым
регистрирующим
устройством
(
от
десятых
милливольта
до
вольт
или
десятков
вольт
).
Приёмник
,
передатчик
со
связывающим
их
каналом
связи
используются
при
дистанционных
измерениях
(
телеметрии
).
Регистрирующее
устройство
преобразует
электрический
сигнал
в
удобную
для
восприятия
форму
, –
чаще
всего
визуальную
(
график
,
число
,
отклонение
стрелки
,
изображение
).
2.
Амплитудная
характеристика
усилителя
.
Амплитудные
искажения
и
их
предупреждение
Усилитель
–
устройство
,
предназначенное
для
усиления
электрического
сигнала
за
счёт
энергии
источника
питания
.
Общая
структурная
схема
усилителя
приведена
на
рисунке
81.
Различают
усилители
напряжения
,
тока
и
мощности
.
Одной
из
важных
характеристик
усилителя
является
коэффициент
усиления
,
то
есть
отношение
амплитуды
Рисунок
80.
Структурная
схема
работы
приборов
,
регистрирующих
биопотенциалы
Потенциал
Электроды
Усилитель
Приёмник
Передатчик
Рег
.
устройство
Канал
связи
175
выходного
сигнала
к
амплитуде
входного
.
Для
усилителя
напряжения
он
определяется
по
формуле
:
ВХ
ВЫХ
U
U
k
.
Амплитудной
характеристикой
усилителя
называется
зависимость
амплитуды
выходного
сигнала
от
амплитуды
входного
:
ВХ
ВХ
ВЫХ
kU
U
f
U
)
(
В
идеальном
усилителе
коэффициент
усиления
не
зависит
от
амплитуды
входного
сигнала
(
const
U
f
k
ВХ
)
(
),
при
этом
форма
сигнала
при
усилении
не
изменяется
.
График
амплитудной
характеристики
представляет
собой
в
таком
случае
прямую
линию
.
Реальный
усилитель
может
иметь
линейную
характеристику
усиления
только
в
некотором
диапазоне
усиливаемых
амплитуд
, –
этот
диапазон
называется
динамическим
диапазоном
усилителя
и
определяется
по
формуле
:
НИЗ
ВЕРХ
u
U
U
дБ
D
lg
20
,
,
где
ВЕРХ
U
,
НИЗ
U
–
верхняя
и
нижняя
границы
диапазона
,
соответственно
.
Вне
динамического
диапазона
коэффициент
усиления
уже
не
является
величиной
постоянной
:
const
U
f
k
ВХ
)
(
,
и
сигнал
будет
искажён
на
выходе
из
усилителя
,
при
этом
в
спектре
усиленного
сигнала
появятся
новые
дополнительные
гармоники
.
Степень
искажения
сигнала
описывается
коэффициентом
нелинейных
искажений
,
который
определяется
по
формуле
:
1
max
2
max
2
3
max
2
2
max
...
U
U
U
U
k
N
,
где
1
max
U
–
амплитуда
основной
гармоники
,
2
max
U
,
.
.
.
,
3
max
U
–
амплитуды
дополнительных
гармоник
сигнала
на
выходе
.
Предупреждение
нелинейных
искажений
достигается
за
счёт
:
а
)
устройств
,
ограничивающих
диапазон
амплитуд
;
Рисунок
81.
Структурная
схема
усилителя
Усилитель
Ист
.
пит
.
Вход
Выход