Структурна схема кола для одерження, передачі і реєстрації медико-біологічної інформації

Структурна схема кола для одерження, передачі і ре­єстра­ції медико-біологічної інформації зображена на мал. 4.51.

Мал. 4.51.

Припустимо, що Х – деякий параметр біологічної системи, який потріб­но визначити; Y – величина, яка отримується на реєстру­ючому прис­­трої. Для обчислення повинна бути відомою залежність Y = f (X), а також значення коефіцієнта підсилення k за даних умов.

Завдання для перевірки кінцевого рівня знань

1. Визначити ціну поділки приладів (в А/поділку і В/поділку) для різних меж вимірювання: 5 А, 2 мА, 10 мкА, 1 кВ, 2 мВ. Прилад має 20 поділок.

2. Визначити максимальну відносну похибку для цих приладів, якщо клас точності: а) 1; б) 2.

3. Амперметр має 25 поділок і розрахований на вимірювання сили струму 5 мА. Клас точності 1. Знайти відносну похибку, якщо стрілка вказує на 5, 15, 20 поділок. Зробити висновок.

4. Чому дорівнює невідомий опір в схемі, зображеній на мал. 4.44, якщо r₁ = 2 Ом, r₂ = 3 Ом, r₃ = 6 Ом?

5. Назвіть основні блоки осцилографа.

6. Яким вимогам повинна задовольняти напруга, що подається на Х-пластини осцилографа і чому?

7. Що таке калібрувальний сигнал і для чого він використовується?

8. На які пластини осцилографа подається досліджувана напруга?

9. Які електричні величини можна виміряти за допомогою осци­лог­рафа?

10. Що таке чутливість приладу?

11. За якими параметрами оцінюють підсилювач?

12. Що таке дільник напруги і де він використовується?

13. Знайти потенціал поля, створеного диполем р = 210^­–9 Клм, в точці, віддале­ній на відстань r = 25 мм в напрямку під кутом  = 30 відносно напрямку р. Середовище – кров ( = 95).

14. Через поперечний переріз провідника проходять електрони зі швидкістю υ = 1.5 см/c. Концентрація електронів n = 10¹⁹ см^–3. Знайти густину струму. Знайти силу струму, створеного цими зарядами, якщо переріз провідника S = 0.3 мм².

15. Який максимальний момент сили діє на молекулу води в електричному полі з напруженістю Е = 20 кВ/м, якщо для моле­кул води дипольний момент p = 1.84 Дебая?

16. Знайти максимальне значення ЕРС, яка індукується в рамці площею S = 400 см², якщо магнітна індукція має максимальне значення В = 10^–2 Тл і зміню­єть­ся за гармонічним законом з періодом Т = 0.1 с.

17. Знайти напруженість магнітного поля в центрі півкільця раді­усом 2 м, по якому тече струм силою 5 А.

18. В однорідному магнітному полі з індукцією В = 0.25 Тл знахо­диться прямолінійний провідник завдовжки 1.4 м, на який діє си­ла 2.1 Н. Визначити кут між напрямком струму в провіднику і напрямком магнітного поля, якщо сила струму в провіднику 12 А.

19. На відстані 3 см від прямолінійного нескінченно довгого про­відника зі струмом індукція магнітного поля дорівнює 10 Тл. Знайти силу струму в провіднику.

20. Соленоїд завдовжки 60 см має три шари витків по 120 витків в кожному шарі. Знайти силу струму, котрий живить соленоїд, якщо індукція поля на осі соленоїда 0.6 Тл.

21. Потік протонів, прискорених різницею потенціалів 210⁵ В, влітає в однорід­не магнітне поле напруженістю 1.5910^–8 А/м. Швид­кість частинок перпенди­ку­ляр­на до напрямку магнітного поля. Знайти силу, що діє на кожний із протонів.

7. Лабораторний практикум

4.7.1. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 “Визначення величини артеріального тиску за допомогою ємнісного датчика”

Мета роботи: оволодіти методом вимірювання і ре­єстра­ції тиску крові за допомогою ємнісного датчика (сфіг­мо­манометра).

Прилади і матеріали: сфігмопристрій з приймачем пульсу, ман­жет­ка з манометром, реєструючий пристрій (осцилограф, самописець чи векторкардіоскоп).

Контрольні питання для підготовки до лабораторної роботи

1. Датчики, їх основні види і типи.

2. Вільні електричні коливання. Коливальний контур. Власна час­то­та коли­вань.

3. Ємність. Конденсатори, їх види і способи з’єднання.

4. Вимушені електричні коливання.

5. Кінематика плину рідини.

6. Пульсові хвилі. Сфігмографія.

Додаткова література

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Выс­шая школа, 1992.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Выс­шая школа, 1987. – С. 370–373; 204–210; 171–174; 323–326.

3. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Ч. 1, с. 242–249.

Короткі теоретичні відомості 

Пристрій сфігмографічний (від грец.  – пульс і  – пишу) використовується для реєстрації пуль­­сових хвиль. За його допомогою можна фіксувати малі зміни об’ємів замкнених порожнин, отримувати криві коливань стінок артерій і вен. Він дає змогу стежити за зміна­ми артеріального тиску протягом кардіо­циклу. За наявності двох сфігмопристроїв можна визначити швид­кість поширення пульсової хвилі по судині.

Принцип вимірювання тиску за допомогою сфігмо­ма­но­метра базується на перетворенні малих змін об’єму в зміну частоти електричних коливань  коливального контура. Зміна тиску в судині Р супроводжується зміщенням поверхні шкіри (пунктирна лінія на мал. 4.52), яке викликає зміну об’єму V приймача пульсу (ПП). По з’єднувальній трубці Т ці зміни передаються в порожнину датчика Д, одна із стінок якого є одночасно і пластиною конденсатора, що й призводить до зміщення цієї пластини. Ємність конденсатора змінюється, а значить і змінюється власна частота коливального контура:

.

Мал. 4.52.

Детектор виділяє зміну напруги U, величина якої залежить від C, а значить і від P. Тобто має місце такий ланцюжок перетворень: P  V  C    U. Ці зміни напруги U подаються на Y-пластини осцилографа і реєструються. За їх величиною і знаходять зміни тиску P.

Технічні характеристики:

1. Максимальна різниця тисків у камерах I і II датчика – 5 мм рт.ст.

2. Верхня межа компресивного тиску в камерах (при одночасній його подачі) – 200 мм рт.ст.

3. Чутливість – не менше 5 мВ/мм рт.ст.

4. Нелінійність амплітудної характеристики – 10–15%.

Режими роботи:

Вих. I, III – (камери I і II з’єднані між собою і патрубком 1) – вихідна позиція.

П I, П II – камери I, II і патрубок 1 роз’єднані (якщо приймач пульсу ПП під’єднаний до патрубка 2, то зміна тиску в ПП надходить в камеру II) – робочий режим.

Вих. II – камери I і II з’єднані між собою, патрубок 1 – від’єднаний (режим вирівнювання тиску в камерах, засто­со­вується при реєстрації пульсових хвиль у венах).

П III – камера I роз’єднана з камерою II, і камера II з’єд­на­на з патрубком 1 (застосовується для визначення синхронної різниці пульсових тисків у різних ділянках судини).