Датчики медико-биологической информации

Многие медико-биологические характеристики не отражаются биоэлектрическим сигналом (давление крови, темпе­ратура, звуки сердца и т.д.) и их нельзя непо­средственно «снять» электродами. В некоторых случаях меди­ко-биологическая информация связана с электрическим сигна­лом, однако к ней удобнее подойти как к неэлектрической вели­чине (например, пульс). В этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи).

Датчик-это устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчик, к которо­му подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи, называется первичным.

В медицинской электронике рассматриваются только такие датчики, которые преобразуют измеряемую или контроли­руемую неэлектрическую величину в электрический сигнал.

Использование электрических сигналов предпочтительнее, чем иных, так как электронные устройства позволяют сравнительно несложно усиливать их, передавать на расстояние и регистриро­вать. Датчики подразделяются на генераторные и параметриче­ские.

Генераторные датчики под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток. Укажем некото­рые типы этих датчиков и явления, на которых они основаны:

· пье­зоэлектрические, пьезоэлектрический эффект;

· тер­моэлектрические, термоэлектричество — явление возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединен­ных разнородных проводников, имеющих различную температуру спаев;

· индукционные, электромагнитная индукция;

· фото­электрические, фотоэффект.

Параметрические датчики под воздействием измеряемого сиг­нала изменяют какой-либо свой параметр. Перечислим некоторые типы этих датчиков и измеряемый с их помощью параметр:

· емкост­ные, емкость;

· реостатные, омическое сопротивление;

· индук­тивные, индуктивность или взаимная индуктивность.

В зависимости от вида энергии, являющейся носителем инфор­мации, различают механические, акустические (звуковые), тем­пературные, электрические, оптические и другие датчики.

Датчик характеризуется функцией преобразования — функ­циональной зависимостью выходной величины у от входной х, ко­торая описывается аналитическим выражением у = f(x) или гра­фиком. Наиболее простым и удобным случаем является прямо пропорциональная зависимость у = kx.

Чувствительностью датчика называется величина, показывающая в какой мере вы­ходная величина реагирует на изменение входной:

Z = ∆y/∆x.

Она в зависимости от вида датчика выражается, например, в омах на миллиметр (Ом/мм), в милливольтах на кельвин (мВ/К) и т. д.

При работе с датчиками возникают специ­фические для них погрешности, причинами которых могут быть следующие факторы:

1) темпера­турная зависимость функции преобра­зования; 2

2)) гистерезис — запаздывание у от х даже при медленном изменении

входной величины, происходящее в результате необратимых процессов в датчике;

3)непостоянство функции пре­образования во времени;

4) обратное воздействие датчика на биоло­гическую систему, приводящее к изменению показаний;

5)инерци­онность датчика (пренебрежение его временными характеристика­ми) и др.