intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Cơ sở Kỹ thuật Y sinh: Chương 4 - Thiết bị và cảm biến Y sinh

Chia sẻ: Nguyễn Thị Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

221
lượt xem
40
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở Kỹ thuật Y sinh: Chương 4 - Thiết bị và cảm biến Y sinh mục tiêu giới thiệu nguyên lý cơ bản hoạt động thiết bị y sinh và các loại cảm biến thu nhận các tính hiệu sinh học, đặc trưng tổng quát các cảm biến, phân loại cảm biến ứng dụng trong y sinh: Trở kháng; dung kháng; áp điện; nhiệt độ; quang học và hóa học.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở Kỹ thuật Y sinh: Chương 4 - Thiết bị và cảm biến Y sinh

  1. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 4 THIẾT BỊ & CẢM BIẾN Y SINH Mục tiêu: - Giới thiệu nguyên lý cơ bản hoạt động thiết bị y sinh và các loại cảm biến thu nhận các tín hiệu sinh học - Đặc trưng tổng quát các cảm biến - Phân loại cảm biến ứng dụng trong y sinh Trở kháng Dung kháng Áp điện Nhiệt độ Quang học Hoá học, hoá sinh Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  2. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến là gì? Thiết bị biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác Ví dụ, hiên tượng áp Cảm biến Đầu phát điện: Lực -> điện thế Tín hiệu Tín hiệu điện vật lý Điện thế-> lực => Tín hiệu siêu âm Tín hiệu Tín hiệu điện vật lý Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  3. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các đặc trưng của cảm biến Hàm truyền: Mối quan hệ chức năng giữa tín hiệu vật lý ra vào và tín hiệu hiệu vào ra ð sự hiệu chỉnh tương thích. Độ nhạy: Tỷ lệ độ biến thiên nhỏ của tín hiệu vật lý và độ biến thiên tương ứng của tín hiệu điện. Đơn vị ví dụ độ nhạy của nhiệt kế: Volts/Kelvin. Khoảng hiệu lực (khoảng động): Khoảng giá trị tín hiệu vật lý vào có thể biến đổi thành tín hiệu điện tương ứng. Ngoài khoảng đó, tín hiệu không nhận được hoặc có độ chính xác kém. Độ chính xác: Sai số lớn nhất giữa tín hiệu thực tế và tín hiệu lý tưởng phát ra. Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  4. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các đặc trưng của cảm biến Độ tuyến tính: Độ lệch cực đại so với hàm truyền tuyến tính trên một khoảng động nào đó. Nhiễu: Tín hiệu ngẫu nhiên hoặc do các tác nhân điều kiện đo tạo nên thành phần tín hiệu công sinh với tín hiệu đo. Độ phân giải: Độ thăng giáng tín hiệu tối thiểu mà đầu dò có thể phân biệt được. Băng thông: Khoảng tần số mà đầu dò có thể hoạt động thu nhận dạng tín hiệu nào đó. Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  5. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các loại cảm biến vật lý Ví dụ: • Dòng chảy/áp suất máu • Lực tác dụng, áp suất • Các kẹp phẫu thuật •Các túi hơi khảo sát nhu động • Đo thân nhiệt Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  6. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến y sinh • Đầu đo bíến dạng kim loại lỏng • Cảm biến dịch chuyển từ (Linear variable differential • Đo dịch chuyển cảm transformer) ứng • Đo lực nén •Các túi hơi khảo sát nhu động • Vi cảm biến áp suất bán dẫn • Cảm biến điện từ dòng chảy Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  7. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến trở kháng - Đầu dò điện thế Đầu dò điện thế (potentiometer) tuyến tính và quay ð Độ dịch chuyển tuyến tính hoặc góc quay tỷ lệ với điện trở Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  8. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến trở kháng - Đầu dò sức căng (strain gage) Điện trở strain gage = điện trở suất * chiều dài / tiết diện mặt cắt: Biến đổi vi phân loga hai vế: Kích thước Biến áp điện đổi Biến đổi tương đối điện trở có thể xác định bởi: Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  9. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến trở kháng - Đầu dò sức căng Hệ số đầu dò sức căng ty le bien doi dien tro R Hàm truyền G= ty le bien doi luc cang ÞInput là lực căng Þ Output là dR G là thông số đặc trưng cho độ nhạy Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  10. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến trở kháng - Đầu dò sức căng Ứng dụng Þ kẹp giải phẫu Þ Đầu dò áp suất máu Þ Đầu dò đo độ căng cơ vv… Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  11. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến cảm kháng Sơ cấp Thứ cấp Cảm biến dịch chuyển Bộ cảm ứng thường là cuộn Bộ biến thế thường là 2 cuộn dây bao quanh lõi sắt. Nó đáp dây cách điện nhau bao quanh ứng cho cả từ trường lẫn điện lõi sắt: cuộn sơ cấp và cuộn trường thứ cấp Bộ cảm ứng hoặc biến thế chỉ hoạt động với điện AC Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  12. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến cảm kháng - LVDT LVDT: linear variable differential transformer - bộ biến đổi vi sai tuyến tính LVDT Linear Variable Differential Transformer LVDT sử dụng như một cảm biến dịch chuyển: trong các thiết bị hỗ trợ khảo sát sự co cơ, trong thiết bị trợ tim khảo sát sự co thắt của tim vv… Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  13. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến dung kháng Phổ biến là các tụ điện hoá hoặc gốm Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  14. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến dung kháng Một số cấu hình đo dịch chuyển Dạng biến đổi diện tích Dạng biến đổi điện môi Dạng vi sai Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  15. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến áp điện Hiện tương áp điện là gì ? Áp lực lên bề mặt tạo ra sự phân bố bất đối xứng các điện tích tạo thành những lưỡng cực điện. Các phân bố định hướng khác nhau của lưỡng cực điện tạo ra hiệu thế giữa 2 bề mặt tinh thể áp điện. Tác Các áp dụng khác nhau đầu dò áp dụng là 2 chiều: điện: Þ Lực cơ học tạo ra ÞĐo gia tốc điện thế ÞMicrophone ÞĐiện thế áp đặt tạo ra sự dịch chuyển bề mặt Þ Tạo và thu nhận sóng âm Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  16. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến áp điện Các phương trình trên ứng với khi lực tác dụng theo chiều L,W hay t. Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  17. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến nhiệt độ 1. Điện trở 2. a. Thiết bị nhiệt trở (RTD – Resistance Temperature Devices) 3. b. Nhiệt trở bán dẫn 4. Cặp nhiệt điện 5. Đo nhiệt bằng bức xạ 6. Cảm biến đo nhiệt sợi quang Thiết bị nhiệt trở (RTD) RTD thường được làm bằng kim loại bạch kim, nickel hoặc đồng. Các kim loại đó biểu thị sự phụ thuộc vào nhiệt độ như sau: Thiết bị ThermoWorks RTD thương mại Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  18. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến nhiệt trở bán dẫn Cặp nhiệt điện Hiệu ứng Seebeck: Khi có hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau, tại mặt tiếp xúc sẽ xuất hiện sức điện động nhiệt (thermal emf) do sự khuếch tán nhiệt của các electron tự do khác nhau từ 2 kim loại ð độ lớn của emf phụ thuộc vào nhiệt độ. Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  19. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Đo nhiệt bằng bức xạ nhiệt Định luật Wien: Bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại trong phổ bức xạ nhiệt tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối: lmaxT=2.898x10-3 moK Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
  20. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Cảm biến nhiệt sợi quang Chiết suất lớp phủ bọc ngoài sợi quang (cladding) phụ thuộc vào nhiệt độ và làm cho hiện tượng phản xạ toàn phần ảnh hưởng ð lượng ánh sáng truyền qua sợi quang thay dổi theo nhiệt độ ð Chọn vật liệu phù hợp, có thể chế tạo được cảm biến nhiệt rất nhạy. Chương 4: Thiết bị & cảm biến y sinh
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2