Пристрій для вимірювання температури та артеріального тиску (стр. 2 из 4)

Такі неметалічні зонди особливо зручні для вимірювання температури в сильних електромагнітних полях, які можуть використовуватися для нагрівання тканин при лікуванні раку або обігріві пацієнта [1].

Рисунок 1.2 – Структура оптоволоконного напівпровідникового зонду для вимірювання температури на основі датчика з арсеніда галію

1.1.5 Напівпровідникові датчики температури

В сучасних електронних пристроях вимірювання температури надзвичайно важливо, особливо якщо мова йде про дорогі малогабаритні комп'ютери або інших портативні пристрої з щільно упакованими електронними компонентами, які розсіюють помітну потужність у вигляді теплової енергії. Знання температури системи можна також використовувати для управління зарядом акумуляторних батарей і для запобігання пошкодженню дорогих мікропроцесорів. Портативне високо споживаюче устаткування часто має охолоджуючий вентилятор для підтримки внутрішньої температури на потрібному рівні. Для того, щоб продовжити життєвий цикл акумуляторних батарей, вентилятор повинен працювати тільки тоді, коли це необхідно. Точне управління роботою вентилятора вимагає знання критичних температур, які вимірюються за допомогою відповідних датчиків температури.

Датчики температури використовуються:

– для моніторингу (спостереження);

· портативного устаткування;

· температури центрального процесора;

· температури акумуляторної батареї;

· температури навколишнього середовища;

– для компенсації;

· для компенсації дрейфу генератора в стільникових телефонах;

· для компенсації температури холодного спаю термопар;

– для керування;

· зарядом акумуляторної батареї;

· управління процесом утримання температури.

Спектр використання температурних датчиків надзвичайно широкий: від зарядних пристроїв до дорогих портативних приладів. Всюди, де характеристики системи залежать від температурних чинників, застосовуються ці прилади.

Всі термодатчики, за винятком зібраних на ІС, мають нелінійну залежність вихідною сигналу від температури. В минулому для корегування цієї нелінійності був розроблений широкий спектр аналогових схемотехнічних рішень. Ці схеми часто вимагали індивідуальною калібрування. Щоб досягнути заданої точності, в них використовувалися прецизійні резистори. Сьогодні, завдяки наявності АЦП з високою роздільною здатністю, сигнали з датчиків можуть бути оцифровані безпосередньо, без попереднього посилення і лінеаризації. Лінеаризація, компенсація напруги на опорному спаї і інша обробка виконуються потім цифровими способами, що дозволяє понизити складність і вартість системи.

Сучасні напівпровідникові датчики температури дають високу точність і високу лінійність в робочому діапазоні від -55°С до +150°С. Вбудовані підсилювачі можуть масштабувати вихідні сигнали датчика, приводячи їх до зручних величин, як, наприклад, 10 мВ/°С. Датчики також досить корисні в ланцюгах компенсації температури холодного спаю для широкодіапазонних термопар.

Датчики температури з цифровим виходом мають ряд переваг над датчиками з аналоговим виходом, особливо у випадку дистанційних застосувань. До того ж, для забезпечення гальванічної розв’язки (ізоляції) між дистанційним датчиком і вимірювальною системою можна використовувати елементи опторазв’язки. Наприклад, функцію пристрою з цифровим виходом виконує датчик температури з напругою на виході, за яким слідує конвертор напруга-частота, хоча існують інші типи мікросхем, що є ефективнішими і дають додаткові переваги в роботі [5].

На рис. 1.3 зображено цифровий датчик температури DS18b20.

Рисунок 1.3 – Температурний датчик DS18b20

1.2 Методи вимірювання артеріального тиску

1.2.1 Загальні відомості про вимірювання артеріального тиску

Артеріальний тиск – один з найважливіших параметрів, що характеризує роботу кровоносної системи. Тиск крові визначається об’ємом крові, що перекачується серцем в одиницю часу та опором сосудистого русла. Розрізняють систолічний та діастолічний артеріальні тиски. Систолічний артеріальний тиск показує тиск в артеріях в момент, коли серце стискається і виштовхує кров в артерії. Діастолічний тиск (мінімаьний тиск в артеріях) показує тиск в артеріях в момент розслаблення серцевого м’яза. Типове значення артеріального тиску здорової людини – 120/80 мм рт. ст. (систолічний/діастолічний). Різниця між систолічним та діастолічним артеріальним тиском в нормі складає 30 – 60 мм рт.ст.

Для вимірювання артеріального тиску (АТ) найчастіше використовуються наступні методи:

- аускультативний метод М.С.Короткова;

- метод прямого вимірювання АТ;

- осцилометричний метод;

- пальпаторний метод;

- прямий метод.

1.2.2 Аускультативний метод

Аускультативний метод вимірювання АТ був запропонований в 1905 р. Н.С. Коротковим. Типовий прилад для визначення тиску методом Короткова (сфігмоманометр або тонометр) складається з пневмоманжети, груші для нагнітання повітря з клапаном, що регулюється, і пристрою, що вимірює тиск в манжеті. В якості подібного пристрою використовуються ртутні манометри, стрілочні манометри або електронні манометри. Вислуховування проводиться стетоскопом, або мембранним фонендоскопом, з розташуванням чутливої головки у нижнього краю манжети над плечовою артерією без значного тиску на шкіру. Систолічний АТ (САТ) визначають при декомпресії манжети у момент появи першої фази тонів Короткова, а діастолічний АТ (ДАТ) – по моменту їх зникнення.

Метод не зазнав серйозних змін за 95 років практичного використання. Змінилася класифікація тонів, що отримали назву тонів Короткова. Перша фаза тонів – їх поява, друга – ослаблення (аж до зникнення, що спостерігається при так званому аускультативному провалі) із заміщенням їх компресійними шумами, третя – посилення тонів, четверта – різке ослаблення, п'ята - повне припинення (іноді відсутній при явищі "нескінченного тону").

Аускультативна методика визнана як референтний метод неінвазивного визначення АТ, не зважаючи на дещо занижені значення для САТ і завищені – для ДАТ в порівнянні з цифрами, отриманими при інвазивному вимірюванні.

Важливими перевагами методу є вища стійкість до порушень ритму серця і рухів руки під час вимірювання. Проте метод має ряд істотних недоліків, пов'язаних з високою чутливістю до шумів в приміщенні, перешкод, що виникають при терті манжети об одяг, а також необхідності точного розташування мікрофону над артерією. Точність реєстрації АТ істотно знижується при низькій інтенсивності тонів, наявності "аускультативного провалу" або "нескінченного тону". Похибка вимірювання АТ цим методом складається з похибки самого методу, манометра і точності визначення моменту прочитування показників, і складає 7-14 мм рт. Ст [3].

1.2.3 Пальпаторний метод

Пальпаторний метод передбачає поступову компресію або декомпресію кінцівки в області артерії і пальпацію її нижче місця здавлення. Компресійна манжета і зручний варіант вертикального ртутного манометра для пальпаторного методу були запропоновані італійцем Ріва Роччі (1896).Тиск в манжеті піднімався до повного припинення пульсу, а потім поступово знижувався. Систолічний АТ визначається тиском в манжеті, при якому з'являється пульс, діастолічний – моментами, коли наповнення пульсу помітно знижується, або виникає "хибне" прискорення пульсу (pulsus celer) [3].

1.2.4 Осцилометричний метод

Оригінальна осцилометрична методика Е. Марея (1876) припускала розміщення кінцівки людини у водний плетизмограф, що дозволяє створювати навколо неї регульований тиск здавлення і одночасно реєструвати невеликі пульсації об'єму кінцівки, пов'язані з пульсовим кровонаповненням артерій. Проаналізувавши характер залежності амплітуди цих пульсацій від тиску здавлення, автор запропонував наступні критерії для оцінки АТ. Згідно з осцилометричним методом зниження тиску в оклюзійній манжеті здійснюється ступінчасто і на кожному ступені аналізується амплітуда мікропульсацій тиску в манжеті, що виникає при передачі на неї пульсації артерій. Здавлюючий тиск (при декомпресії), при якому пульсації починають різко рости, відповідає САТ, максимальні пульсації – середньому АТ, починають різко знижуватися – ДАТ.

Осцилометричний метод використовується приблизно в 80% всіх автоматичних і напівавтоматичних приладів, що вимірюють АТ. В порівнянні з аускультативним, осцилометричний метод стійкіший до шумової дії і переміщення манжети по руці, дозволяє проводити вимірювання через тонкий одяг, а також за наявності вираженого "аускультативного провалу" і слабких тонах Короткова.

Використання осцилометричного методу дозволяє оцінити рівень тиску не тільки на рівні плечової і підколінної артерій, але і на інших артеріях кінцівок. Це послужило причиною створення цілої серії професійних і побутових вимірювальних приладів з їх фіксацією на плечі, зап'ясті і спростило вимірювання рівня АТ в амбулаторних умовах, в дорозі, і т.п. Застосування осцилометричного методу дає можливість зменшити вплив людського чинника на процес реєстрації тиску, що дозволяє понизити похибка вимірювання[3].