Задание № 21. Измерительные преобразователи (датчики)

Лабораторная работа:

«Изучение электрических датчиков температуры»

Вопросы к занятию:

1. Назначение датчиков как элементов общей схемы получения медико-биологической информации. Классификация датчиков. Примеры датчиков. Датчики давления.

2. Общие характеристики датчиков (чувствительность, динамический диапазон, время реакции, линейность рабочей характеристики).

3. Как зависит сопротивление проводников от температуры? Приведите формулы и графики, характеризующие эту зависимость, и объясните ее исходя из представлений о строении проводников.

4. Каковы особенности строения полупроводников, обуславливающие их собственную и примесную проводимость? Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?

5. Что такое контактная разность потенциалов и как она возникает? Что такое термоэлектрический эффект? Приведите формулу, определяющую термо-ЭДС. В чем состоит эффект Пельтье?

6. Термопара как датчик температуры, её чувствительность. Сравните чувствительность и линейность рабочей характеристики термоэлектрических датчиков на термисторах и термопарах.

7. Каков порядок проведения градуировки терморезистора, термистера и термопары?

8. Сравните возможности и области использования различных методов определения температур в биомедицинских исследованиях.

Решить задачи:

1. Сопротивление железного проводника при температуре 0°С составляет
3 Ом. Чему равно сопротивление этого проводника при температуре 100°С? Температурный коэффициент сопротивления железа 0,006°С^-1.

2. Термопара с чувствительностью 20 мкВ/град используется в качестве датчика температуры. Температура одного из ее спаев стабилизирована и составляет 3°С. Второй спай находится в полости магистрального кровеносного сосуда. Определите температуру в полости, если регистрирующий цифровой вольтметр показывает разность потенциалов 0,72 мВ?

 

Литература:

1. В.В.Лукъяница. Датчики температуры и их использование в медицине.

2. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

3. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. Лабораторные работы №19-20.

4. И.А.Эссаулова, М.Е.Блохина, Л.Д.Гонцов. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа №27-28.

Задание № 22. Физические основы электростимуляции

Лабораторная работа: «Измерение параметров импульсных сигналов»

Вопросы к занятию:

1. Какими параметрами характеризуется электрические импульсы прямоугольной и произвольной формы?

2. Какими физиологическими причинами ограничены минимальные и максимальные значения амплитуды импульсных токов при электростимуляции? Оцените тепловой эффект, возникающий в биологической ткани при электростимуляции.

3. Каков диапазон частот, используемых для электростимуляции и какими физиологическими причинами он обусловлен? При каких частотах и почему исчезают электростимуляционные эффекты?

4. Как зависит раздражающее действие тока от крутизны переднего фронта электрического импульса (закон Дюбуа-Реймона)?

5. Как связаны пороговая сила возбуждающего тока и длительность прямоугольного импульса (закон Вейса-Лапика)?

6. Что такое кривая электровозбудимости и ее параметры – реобаза и хронаксия? Каков смысл параметров электровозбудимой ткани входящих в уравнение Вейса-Лапика? Как определить их экспериментально? В каких единицах они измеряются?

7. -В чём сущность диагностического метода хронаксиметрии?

8. Блок-схема аппаратов для электростимуляции. Дифференцирующая и интегрирующая электрические цепи, их применение в медицинской аппаратуре.

9. Каковы значения параметров импульсных сигналов (частота, длительность, амплитуда) при электростимуляции сердца? Из физиологических соображений обоснуйте эти значения.

10.  Каковы параметры электрического воздействия при дефибрилляции сердца?

 

Решить задачи:

1. Аппарат «Электросон» даёт импульсы напряжения одной полярности прямоугольной формы с периодом 0,4 сек и скважностью 200. Определить длительность импульса.

2. Для прямоугольных импульсов длительностью 1 и 4 миллисекунд получены, соответственно, следующие пороговые значения тока, вызывающего сокращения мышц: 10 и 4 миллиампер. Найдите по этим данным реобазу и хронаксию.

3. Если ток проходит через сердце в последние 0,04-0,06 сек систолы, то он вызывает фибрилляцию сердца. Может ли вызвать фибрилляцию импульсный ток прямоугольной формы с периодом 0,5 сек и скважностью 10?

4. В аппарате «Электросон» при частоте 25 Гц длительность импульса равна 1 мс. Определить скважность и время паузы после каждого импульса.

Литература:

1. Конспект лекций.

2. В.Г.Лещенко, З.В.Межевич. Физические основы электростимуляции.

3. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

4. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. Лабораторная работа №34.

5. И.А.Эссаулова, М.Е.Блохина, Л.Д.Гонцов. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа №25, стр. 152-155.

 

 

Задание №23. Усилители биоэлектрических сигналов

Лабораторная работа:

«Определение частотной и амплитудной характеристик усилителя»

Вопросы к занятию:

 

1. Что называется усилителем электрических сигналов, виды усилителей, требования к усилителям? Что называется коэффициентом усиления?

2. Гармонический анализ периодических процессов. Теорема Фурье. Что такое гармонический спектр сигнала?

3. Что такое частотная характеристика усилителя? Каков ее вид для идеального и реального усилителя?

4. Что такое частотная полоса усилителя и как она определяется?

5. Амплитудная характеристика и динамический диапазон усилителя ре­ального и идеального. Как они определяются?

6. При выполнении каких условий биосигнал усиливается без существен­ных искажений?

7. Амплитуда и полоса частот биоэлектрических сигналов, поступаю­щих с поверхности тела человека при регистрации электрокардиограмм (ЭКГ), электромиограмм (ЭМГ), электроэнцефалограмм (ЭЭГ).

8. Дифференциальный каскад усиления. Чем обусловлено его применение для регистрации биопотенциалов?

9. Каковы минимальные динамические диапазоны для усилителей в элект­рокардиографе и электроэнцефалографе? Чем они обусловлены?

10. Почему для регистрации биопотенциалов применяются усилители с вы­соким входным сопротивлением?

Решить задачи:

1. Частота сердечных сокращений около 1 Гц, а частотная полоса уси­лителя для электрокардиографии должна лежать в диапазоне 0,5-400 Гц. Почему? Ведь сердце не сокращается с частотой сотни Гц.

2. Амплитуда R-зубца электрокардиограммы, снимаемая с помощью электродов с поверхности тела пациента и подаваемая на вход усилителя, равна 2мВ. Определить коэффициент усиления, если на выходе усилителя амплитуда зубца R равна 4В.

3. Частотная характеристика усилителя лежит в диапазоне частот
60-1000 Гц. Пригоден ли он для регистрации ЭКГ?

4. Динамический диапазон усилителя лежит в интервале от U_вх1= 0,1 мВ до U_вх2 = 10 мВ. Можно ли применять его для регистрации электрокардиограммы? Вычислите значение динамического диапазона в децибелах.

Литература:

1. Конспект лекций.

2. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

3. В.Г.Лещенко. Изучение свойств усилителя электрических сигналов. Определение его частотной и амплитудной характеристик.