Классификация датчиков медико-биологической информации

Датчики подразделяются на энергетические и биоуправляемые (рис. 9.4).

В биоуправляемых датчиках изменение характеристик датчиков про­исходит за счет энергии исследуемого объекта. Эти датчики подразде­ляются, в свою очередь, на генераторные (активные) и параметричес­кие (пассивные).

Генераторными называются датчики, в которых энергия сигнала, несущего информа­цию (входная величина), пре­образуется в ЭДС соответ­ствующего значения (выход­ная величина). Укажем некоторые типы этих датчиков и явления, на которых они основаны: 1) пьезоэлектрические, пьезоэлектриче­ский эффект; 2) термоэлектрические, термоэлектри­чество; 3) индукционные, электромагнитная индук­ция; 4) фотоэлектрические, фотоэффект.

Параметрическими называ­ются датчики, в которых под воздействием энергии изме­ряемого сигнала изменяются их электрические параметры: сопротив­ление, емкость, индуктивность, коэффициент взаимоиндукции и т.д

Рис.9.4 Схема классификации датчиков.

Энергетические датчики имеют собственный источник энергии, созда­ющий энергетический поток через объект исследования, а затем эти датчики принимают прошедший энергетический поток чувствительным элементом. В энергетических датчиках (рис.9.5) существует источник энергии 1. При прохождении че­рез объект (органы, ткани орга­низма), поток энергии от источ­ника 1 изменяется пропорцио­нально измеряемым параметрам объекта, после чего преобразу­ется чувствительным элементом 2 в электрический сигнал. К энергетическим датчикам относится, например, оксигемометр, который применяется для определения степени насыщения крови кислородом.

Рис.9.5 Общая схема устройства энергетического датчика.

Характеристики датчиков.

Функция преобразования - функцио­нальная зависимость выходной величины у от входной х, которая описывается аналитическим выражением y = f(x ) или графиком. Наиболее простым и удобным случаем является прямо про­порциональная зависимость y = kx.

Чувствительность датчика показывает, в какой мере выходная величина реагирует на изменение входной:

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

Чувствительность последовательной совокупности датчиков равна произведению чувствительности всех датчиков.

Большое значение имеют временные характеристики датчиков. Дело в том, что физические процессы в датчиках не происходят мгновенно, это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с изменением входной. Аналитически такая особенность приводит к зависимости чувствительности дат­чика от скорости изменения входной величины d x/ d t или от частоты при изменении x по гармоническому закону.

Погрешность измерения - при работе с датчиками следует учитывать возможные, спе­цифические для них погрешности.

Причинами погрешностей могут быть:

· температурная зависимость функции преобра­зования;

· гистерезис - запаздывание у от х даже при медлен­ном изменении входной величины, происходящее в результате процессов в датчике;

· непостоянство функции преобразования во времени;

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

· инерционность датчика (пренебрежение его временными характеристиками).

Время реакции – минимальный промежуток времени, в течении которого выходная величина переходит из одного установившегося состояния в другое, в соответствии с изменением входной величины. Основная динамическая характеристика.

Стабильность показаний – неизменность выходной величины при фиксированных значениях входной величины.