практикум часть 1
.pdf
По полученным данным построить амплитудную характеристику – график зависимости выходного напряжения усилителя от входного
Uвых.= f(Uвх.). график строить в десятичном масштабе.
Выделить на графике амплитудной характеристики линейный участок и определить по нему метрологические характеристики усилителя: коэффициент усиления Кус. и динамический диапазон m.
Uвых.В
Uвх,mV
Рис.3. Амплитудная характеристика УБП
По полученным данным построить частотную характеристику усилителя – Кус.= f(ν) в полулогарифмическом масштабе (частота в логарифмическом масштабе, коэффициент усиления в десятичном масштабе).
Кус
Lg(ν )
Рис. 4. Частотная характеристика
Определить по частотной характеристике полосу воспроизводимых (рабочих) частот на уровне затухания 3дБ.
По результатам работы сделать вывод о возможности использования
101
данного усилителя в качестве усилителя биопотенциалов.
Рассчитать номинальный коэффициент усиления для каждого из физиологических сигналов, приведённых в учебном пособии «Медицинская и биологическая физика с основами медицинской электроники» под ред. проф. С.К. Кириллова в разделе «Виды физиологических сигналов и их характеристики» таб.1 , по формуле:
Кном.= |
6В |
, |
(4 ) |
|
|||
Umin. |
|
||
где 6В – минимальное амплитуда напряжения, которая необходима для работы регистрирующих устройств; Umin.. – минимальная амплитуда данного сигнала.
Провести сравнительный анализ метрологических характеристик усилителя и каждого физиологического сигнала. Сделать вывод, при формулировке которого учесть условия возможности применения данного усилителя для усиления сигнала ЭКГ:
1.Номинальный коэффициент усиления данного сигнала должен быть не больше рассчитанного коэффициента усиления усилителя: Кном.≤ Кус.
2.Динамический диапазон сигнала должен быть не больше динамического диапазона усилителя : mcигн.≤ m.
3.Полоса частот сигнала должна находиться внутри полосы воспроизво-
димых частот данного усилителя, т.е. νниж.сигн.≥ νниж.усил., а νверх. сигн.≤ νверх.
усил..
Если выполняются все три условия, то данный усилитель можно использовать для усиления физиологического сигнала.
Приложение. Построение логарифмической шкалы
Логарифмическая шкала – это шкала, размеры делений которой равны логарифмам чисел, а обозначены они самими этими числами. Прежде чем строить шкалу в логарифмическом масштабе, необходимо найти логарифмы частот:
|
Часто- |
|
20 |
|
30 |
50 |
70 |
|
100 |
200 |
500 |
700 |
1000 |
2000 |
||
|
та, Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Логарифм |
1,30 |
|
1,48 |
1,70 |
1,85 |
|
2,00 |
2,30 |
2,70 |
2,85 |
3,00 |
3,30 |
|||
|
частоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3000 |
|
5000 |
10000 |
|
20000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,48 |
|
3,70 |
|
4,00 |
|
4,30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
102
Рисунок 1. Логарифм частоты. Десятичный масштаб.
1 |
2 |
3 |
4 |
Рисунок 2. Частота, Гц. Логарифмический масштаб.
10 |
100 |
1000 |
10000 |
Рис.5. Сопостовление десятичного и логарифмического масштабов
На рис. 1 в десятичном масштабе отложены логарифмы частот. На рисунке 2 отложены частоты в логарифмическом масштабе. Сопоставим эти оси. Штрих 1 на рисунке 1 соответствует штриху 10 на рис. 2. Действительно, lg10 = 1. Штрих 3 на рисунке 1 соответствует штриху 1000, ведь lg1000 = 3. Таким образом, чтобы отложить частоту 50 Гц в логарифмическом масштабе, нужно найти точку 1,70. Она будет соответствовать частоте 50Гц в логарифмическом масштабе. Конечно, ось «логарифм частоты в десятичном масштабе» на графике отражать не нужно. Рисуем сразу ось «частот в логарифмическом масштабе», откладываем на ней логарифмы частот, а подписываем сами частоты, как на рис. 2.
5.6 |
Выводы по работе |
Вопросы для самоконтроля
1.Что называется амплитудной характеристикой УБП? При каких условиях она снимается? Начертите график амплитудной характеристики УБП.
2.Как определяется частотный диапазон УБП для переменного и постоянного токов
3.Многокаскадный усилитель на транзисторах, назначение элементов схемы, основное преимущество.
4.Причины возникновения частотных искажений и методы их устранения. Допустимый уровень частотных искажений при снятии биологических сигналов?
103
5.Причины необходимости усиления физиологических сигналов. Основные параметры физиологических сигналов, что они характеризуют. (привести примеры сигналов).
6.Что называется частотной характеристикой УБП, при каких условиях она снимается? Начертите график частотной характеристики УБП.
7.Методика создания р-n перехода, процессы на границе раздела по-
лупроводников. Принцип действия полупроводникового диода (привести рисунки, подтверждающие принцип действия).
8.Причины возникновения амплитудных искажений, как их устранить? Допустимый уровень амплитудных искажений при снятии биологических сигналов? (нарисовать временные зависимости с искажениями и без искажений).
Основная литература
1. Курс физики: Учебник для вузов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко- 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004.--720 с.: ил.
2.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, изд. 3-е, испр.
М.: Высшая школа, 1987. -- 643 с.
Дополнительная литература
1.Кириллов С.К., Клементьев В.Н., Адамов П.Г., Козлова Е.К. Медицинская и биологическая физика с основами медицинской электроники (Учебное пособие для студентов первого курса СГМА по подготовке к экзамену по медицинской и биологической физике). Смо-
ленск, 2004.—155с.
2.Методические указания для студентов. / Под ред. А.И. Смирнова,
СГМА,1985, выпуск 4, стр. 3 – 17.
104
Работа №6
Лабораторная работа 4э
Тема занятия
Изучение аналогового и комбинированного устройств отображения и регистрации информации
2.6.1.Цели и задачи
1.Студент должен изучить принцип работы комбинированного (электронно-лучевой трубки) и аналогового регистратора (электрокардиограф). Научиться определять метрологические характеристики УОР.
2.Уметь сделать вывод о возможности применения УОР при регистрации биологических сигналов.
3.Изучить устройство, принцип действия, метрологические характеристики вибратора с термозаписью, его преимущества и недостатки.
4.Принцип действия, метрологические характеристики электроннолучевой трубки.
2.6.2.Приборы и принадлежности
Звуковой генератор, электромагнитный вибратор от ЭКГ (аналоговое УОР), электроннолучевая трубка осциллографа (комбинированное УОР), соединительные провода.
2.6.3.Вопросы к занятию
1.Классификация УОР. Привести примеры различных типов УОР.
2.Каковы основные требования к УОР медицинского назначения.
3.Дискретные УОР, их классификация (основные представители).
4.Устройство, принцип действия, метрологические характеристики вибратора с термозаписью, его преимущества и недостатки.
5.Устройство, принцип действия фоторегистратора.
6.Нарисуйте амплитудную характеристику аналогового УОР, поясните по ней как определяются основные метрологические характеристики.
7.Нарисуйте частотную характеристику аналогового УОР, поясните, как по ней определить частотный диапазон.
8.Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики электромагнитного вибратора.
9.Приведите классификацию последовательных принтеров. Принцип действия, метрологические характеристики матричного принтера.
105
10.Приведите классификацию последовательных принтеров. Принцип действия, метрологические характеристики пьезоэлектрического принтера.
11.Что такое принтер, классификация (ответ поясните примерами).
12.Приведите классификацию строчных принтеров. Принцип действия, метрологические характеристики ленточного принтера.
13.Приведите классификацию страничных принтеров. Принцип действия, метрологические характеристики феррографического принтера.
14.Приведите классификацию плоттеров. Принцип действия двухкоординатного плоттера.
15.Что такое комбинированные УОР, классификация (ответ поясните примерами).
16.Что такое дисплей, как получается растр на экране дисплея?
17.Принцип действия, метрологические характеристики электроннолучевой трубки.
18.Что такое магнитные регистраторы и их разновидности. Принцип записи информации на магнитном носителе.
19.Типы магнитных регистраторов, метрологические характеристики, методы считывания информации.
2.6.4.Теоретическое введение
Устройства отображения и регистрации информации (УОР)
Основные требовании к УОР:
1.Минимальная погрешность;
2.Минимальная потребляемая мощность;
3.Высокая чувствительность;
4.Большой динамический диапазон;
5.Максимальный частотный диапазон;
6.Сохранение информации после регистрации;
7.Удобство считывания информации;
8.Минимальные габариты и масса;
9.Простота и надёжность.
УОР: аналоговые; дискретные; комбинированные
106
АНАЛОГОВЫЕ УОР
Стрелочные Самописцы Светочувствительные приборы регистраторы (фоторе-
гистраторы)
Перьевые Тепловые Струйные Электрохимические
Чернильно-пишущий гальванометр:
Частотный диапазон: 0 - 150 Гц.
Амплитуда записи: 30 - 40 мм (при длине пера 100 - 120 мм). Преимущества: простота, наглядность записи, возможность многока-
нальной записи (несколько параметров), дёшев.
Недостатки: большая инертность (малая скорость записи), разбрызгивание чернил, криволинейность записи.
Струйный гальванометр: Частотный диапазон: 0 – 1000 Гц. Светолучевые регистраторы: Частотный диапазон: 0 – 10000 Гц.
а б
Рис. 1. Схемы теплового (а) и электрохимического (б) регистраторов.
107
Рис.2. Схемы электромагнитного вибратора (а), струйного самописца (б), рамочного (в) и шлейфного (г) магнитоэлектрических гальванометров.
Дискретные УОР
Циф- |
Сигнали- |
Прин- |
Плот- |
Системы |
ровые ин- |
зир. устрой- |
теры |
теры |
вывода рече- |
дикаторы |
ства |
|
|
вой инфор- |
|
|
|
|
мации |
108
Рис.3. Индикаторы: оптические (а), газоразрядные (б), электролюминесцентные (в).
Принтеры
Последовательные |
Строчные |
Страничные |
|
|
|
Ударные Безударные |
Лазерные |
Феррографические |
Литерные Матричные Барабанные Ленточные |
|
|
(10 зн/с) (до 150 зн/с) |
(20-25 строк/мин) |
(до 600 строк/мин) |
Струйные (непрерывного действия)- до 100 зн/с
Пьезоэлектрические (дискретные)
109
|
Плоттеры |
Однокоординатные |
2-х координатные |
(барабанные) |
(планшетные) |
Сигнализирующие устройства: звонки, зуммеры, световые табло. |
|
Речевые синтезаторы: устройства синтезирования звуков (до 300 и более |
|
слов). |
|
|
Комбинированные УОР |
ЭЛТ |
Магнитные регистраторы |
Осциллографические Запоминающие Дисплеи
Символьные Графические Растровые (точечные)
2-х градационные (чёрно-белые) Тоновые Цветные
Рис.4. Схема электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) временные диаграммы генератора развертки.
110