sciagaaaa.pdf

Charakterystyki:

*statyczne:

•Dokładność- algebraiczna różnica

pomiędzy wartością zmierzoną i rze-

czywistą

•Precyzja- powtarzalność

•Czułość jest określana przez funkcję

wzmocnienia czyli stosunek sygnału

na wyjściu do tego na wejściu

•Rozdzielczość określa najmniejszą

rozróżnialną zmianę wartości mierzo-

nej

•Dryft- zmiana poziomu zerowego

lub czułości w zależności od czasu,

temperatury, etc.

•Liniowość określa stopień odchyle-

nia krzywej kalibracyjnej od wyspe-

cyfikowanej linii prostej

•Próg pomiaru- dolna granica warto-

ści mierzonej

•Szum- niepożądany sygnał na wyj-

ściu spowodowany wewnętrznymi

lub zewnętrznymi źródłami

•Histereza opisuje odmienność sy-

gnału wyjściowego w warunkach na-

rastania i zmniejszania się sygnału

wejściowego

•Zakres- wartość sygnału wejściowe-

go, w którym praca czujnika jest

możliwa

•Poziom nasycenia- poziom górny i

(lub) dolny wartości wejściowych,

przy których dalsza zmiana sygnału

wejściowego nie powoduje zmian sy-

gnału wyjściowego

•Zgodność- zgodność krzywej kali-

bracji z wyidealizowaną krzywą opi-

sującą funkcję przejścia czujnika w

przetwornikach nieliniowych

*dynamiczne:

•Określenie rzędu systemu

•odpowiedz na wymuszenie

*pozostałe charakterystyki:

•Wejściowa i wyjściowa impedancja

•Zakres przeciążenia

•Czas powrotu po przeciążeniu

•Napięcie pobudzenia

•Wiarygodność

•Parametry fizyczne (masa, rozmia-

ry)

Parametry metrologiczne:

*ogólnie:

- zakres wielkości mierzonej

-wymagany rząd dokładności

-statyczny lub dynamiczny charakter

badanego zjawiska

-miejsce zastosowania na ciele pa-

cjenta

-czas monitorowania: krótki czy długi

-czynniki ekonomiczne (koszt, wielo-

krotne użycie)

*np. dla czujników ciśnienia:

-zakres ciśnienia wejściowego,

-nominalne napięcie zasilania,

-nominalny prąd pobierany ze źródła

-zakres napięcia wyjściowego dla

pełnego -zakresu zmian ciśnienia

-offset- napięcie wyjściowe przy min.

wartości ciśnienia wejściowego)

-czułość

-liniowość ch-ki przetwarzania

-histereza temperatury

-czas przetwarzania

*np. dla czujników temperatury:

-zakres pomiaru i rejestracji tempe-

ratury

-rozdzielczość pomiaru i rejestracji

temperatury

-dokładność rejestratora

Wariancja:

Odchylenie standardowe:

Czujniki parametryczne- pod

wpływem wielkości nieelektrycznej

ulega zmianie parametr elektryczny

taki jak: oporność, indukcyjność, po-

jemność

Główne mierzone wielkości nie-

elektryczne:

-czas i częstotliwość

-wymiary geometryczne, chropowa-

tość powierzchni, kąty, położenie w

przestrz.

-siły i momenty sił

-ciśnienia

-prędkości i przyspieszenia

-moc, praca, energia, sprawność

-ciepło - ilość, przepływ, temperatura

-energia świetlna

-własności fizykochemiczne materii

np. kwasowość (pH), wilgotność, lep-

kość itp.

Zalety pomiarów wielkości nie-

elektrycznych metodami elek-

trycznymi:

-możliwość przeprowadzania pomia-

rów na odległość, nawet znaczną

-możliwość automatyzacji pomiarów

danej wielkości i automatyzacji po-

miaru zmian (przyrostów) tej wielko-

ści

-możliwość łatwego sumowania nie-

równomiernie zmieniającej sie w cza-

sie wielkości nieelektrycznej (np.

przepływu wody)

-możliwość połączenia z pomiarem

automatycznej regulacji danej wiel-

kości w czasie

-możliwość dokonywania pomiarów

procesów niezmiennych w czasie,

wolnozmiennych lub szybkozmien-

nych

-możliwość dokonywania pomiarów

w bardzo dużym zakresie zmian wiel-

kości mierzonej bez zmiany metody

pomiarowej i urządzeń pomiarowych

-możliwość dokonywania pomiarów

różnych wielkości nieelektrycznych

przy zastosowaniu takich samych

mierników elektrycznych

-duża czułość pomiaru oraz możli-

wość wzmacniania

-krótki czas potrzebny do wykonywa-

nia pomiaru

-duża dokładność pomiaru

-łatwość przekazywania wyników po-

miarów na znaczne odległość bez

wyraźnego zmniejszenia dokładności

pomiaru

Główne rodzaje czujników para-

metrycznych:

-czujniki rezystancyjne- zależność re-

zystancji czujnika, włączonego w ob-

wód pomiarowy od jego wymiarów

-oporniki termometryczne- zależność

rezystancji czujnika od jego tempera-

tury

-czujniki elektrolityczno – rezystan-

cyjne- o zmiennej rezystancji elektro-

litu, zależnej od stężenia badanego

elektrolitu

-czujniki jonizacyjne- zmiana rezy-

stancji środowiska zjonizowanego w

zależności od stopnia jonizacji

-czujniki fotoelektryczne-rezystancyj-

ne- wpływ energii promienistej na re-

zystancje fotonówki lub opornika fo-

toelektrycznego

-czujniki indukcyjne- zmiana induk-

cyjności własnej lub wzajemnej

wskutek zmian w obwodzie magne-

tycznym

-czujniki magnetosprężyste- zależ-

ność przenikalności magnetycznej

materiału ferromagnetycznego od

naprężenia mechanicznego

-czujniki pojemnościowe- zależność

pojemności kondensatora od jego

wymiarów, wzajemnego położenia

elektrod, zmiany przenikalności elek-

trycznej

Zjawisko Josephsona:

Polega na tunelowaniu elektronów

między dwoma nadprzewodnikami

na granicy nadprzewodnik – izolator

– nadprzewodnik. Nadprzewodniki

rozdzielone są cienka warstwą wyko-

naną z dielektryka (izolatora) o gru-

bości nanometrów.

I prawo- natężenie prądu płynącego

przez złącze: gdzie: φ –

różnica faz funkcji falowych par Co-

opera po przeciwnych stronach złą-

cza, I 1 – stała dla złącza, zależy od

temp. złącza i zew. pola magnetycz-

nego

II prawo- zmiana fazy przy napięciu

na złączu: gdzie: –

stała Diraca, e – ładunek elementar-

Pary Coopera – układ dwóch fermio-

nów, w tym wypadku elektronów, od-

działujących ze sobą poprzez drgania

sieci krystalicznej. Elektrony tworzą-

ce pary Coopera opisywane są funk-

cjami falowymi o przeciwnych wekto-

rach falowych.

Zasada działania SQUID:

SQUID tworzy nadprzewodzący pier-

ścień z jednym lub z dwoma złączami

Josephsona. Jako materiał nadprze-

wodnika często stosuje się niob

umieszczony w ciekłym helu.

Jeśli przez SQUID przepływa prąd o

odpowiedniej wartości natężenia to

napięcie na tym elemencie zależy od

strumienia magnetycznego objętego

pierścieniem w przybliżeniu sinuso-

idalnym, z okresem równym kwanto-

wi strumienia.

Mierzony strumień magnetyczny do-

starczany jest do złącza za pośred-

nictwem transformatora strumienia,

którego cewka pierwotna to dwie

cewki lub więcej w układzie gradio-

metru.

Wyróżniamy dwa typy czujników:

-DC SQUID – zbudowany z dwóch

złącz Josephsona ułożonych po

przeciwległych stronach

nadprzewodzącego pierścienia

-RF SQUID – zbudowany z jednego

złącza Josephsona

Napięcia z pierścienia nadprzewo-

dzącego dołączane jest do wzmac-

niacza. Aby eliminować szumy i po-

lepszyć rozdzielczość stosuje się

wzmacniacz homodynowy z detekto-

rem fazoczułym wzmacniającym je-

dynie sygnał o częstotliwości genera-

tora modulującego. O rozdzielczości

czujnika decydują szumy.

W dobrych konstrukcjach pomiar

pola magnetycznego o wartościach

mniejszych niż 1fT.

ku analizy natężenia promieniowania

odbitego lub przepuszczonego moż-

na uzyskać info o utlenowaniu krwi

(hemoglobina utlenowana i odtleno-

wana wykazuje odmienne właściwo-

ści optyczne). Dla metody in vitro

stosuje się spektrofotometrię prze-

świetleniową – badaną próbkę pod-

daje się niejednoczesnemu działaniu

promieniowania o min.2długościach

fali(jedna w zakresie światła czerwo-

nego). W in vivo-spektr.odbiciowa

przez cewniki umieszczone w krwio-

obiegu.

Pulsoksymetria bazuje na możliwości

zastąpienia krwi pulsującej, krwią

włośniczkową zawartą w obwodo-

wych naczyniach kapilarnych. Koja-

rzy zasady spekt.in vivo i fotoplety-

zmografii. Możliwa obserwacja krzy-

wej fotopletyzmograficznej(PPG),

której główną skłądową jest fala tęt-

na. PPG prześwietleniowo (lepszy wa-

riant) lub odbiciowo, więc w zależno-

ści od grubości warstwy ciała. Wyma-

gana detekcja i przetwarzanie

wlk.związanych z małą składową

krzywej PPG. Czujniki w postacji foto-

emitera (z dwoma diodami LED)i fo-

toodbiornika(krzemowa fotodioda p-i-

n, generująca prąd fotoelektryczny o

wart.proporcjonalnej do natężenia

przepuszczonego promienioania) w

postaci kamer lub klipsów. Wyzna-

czanie rzeczywistej wartości: albo

uśrednianie z wart.max i min z kilku

cykli albo uśrednianie z próbkowania

na bieżąco i potem średnia ze śred-

nich.

przewodnika, indukcyjność cewki

zmieni się na skutek sprzężenia ob-

wodu cewki z obwodem elektrycz-

nym płytki, w której będą indukowa-

ne prądy wirowe. Mogą być też czuj-

niki z wsuwanym rdzeniem ferr.,któ-

ry zwiększa indukcyjność. Dla czuj-

ników różnicowych – położenie

centralne rdzenia lub zwory-takie

same indukcyjności cewek w czujni-

ku.

Czujniki transformatorowe -prze-

mieszczenie elementu=zmiana in-

dukcyjności wzajemnej. Rdzeń

ferr.może się przesuwać współosiowo

względem cewki; środkowa cewka

pełni rolę uzwojenia pierwotnego

tranf.zasilanego napięciem zmien-

nym, a cewki po bokach-wtórnego i

są połączone przeciwsobnie. W cen-

tralnym położeniu rdzenia, wypadko-

we napięcie=0. Może być też czujnik

zbliżeniowy.

Przetwarzanie sygnałów dzięki różne-

go rodzaju mostkom reaktancyjnym.

W czujniku różnicowym na skutek

przemieszczania się

rdzenia wartość napięcia indukowana

w jednym uzwojeniu wtórnym rośnie,

a w drugim maleje.

Efekt Halla:

Zjawisko polegające na wystąpieniu

różnicy potencjałów w przewodniku,

w którym płynie prąd, gdy przewod-

nik znajduje się w poprzecznym do

płynącego prądu polu magnetycz-

nym.

Napięcie Halla pojawi się między

płaszczyznami ograniczającymi prze-

wodnik prostopadle do płaszczyzny

wyznaczanej przez kierunek prądu i

wektor indukcji pola magnetycznego.

Spowodowane działaniem siły Lo-

rentza na ładunki poruszające się w

polu magnetycznym.

Napięcie Halla wyraża się wzorem:

gdzie: R – stała Halla zależ-

na od materiału , σ n – konduk-

tywność materiału, I – natęże-

nie prądu, c – grubość płytki w kie-

runku pola magnetycznego

Mierniki pola magnetycznego:

*SQUID

*transduktorowe

*halotrony

*magnetorezystory AMR i GMR

*magnetodiody

*magnetotranzystory

*przetworniki magneto – optyczne

*przetworniki wykorzystujące zjawi-

sko NMR

Przetworniki generacyjne

: oparte

na prawie indukcji elektrycznej-w

przewodniku l o pręd.v w polu B jest

indukowana siła elektromagnetyczna

e=Blv. W takim czujniku porusza się

albo cewka generując napięcie albo

magnes. Ważne:dokładne synfazowe

przetwarzanie=siła elektromotorycz-

na jest w fazie z sygnałem wyjścio-

wym->dobre własności dynamiczne.

PRZETWORNIKI INDUKCYJNO-

ŚCIOWE:

*induktancyjne o zmiennej indukcyj-

ności obwodu magnet.

*transformatorowe

*generacyjne(elektrodynamiczne)

dwie pierwsze grupy – pomiar prze-

sunięcia ruchomego elementu obwo-

du magnet., trzecia-pomiar prędkości

tego elementu.

Zasada pracy czujników indukcyjno-

ściowych polega na zmianie ich in-

dukcyjności własnej (czujniki dławi-

kowe) lub wzajemnej (czujniki trans-

formatorowe) pod wpływem mierzo-

nego przemieszczenia.

Przetwornik induktancyjny : zmia-

na reluktancji (rezystancji magne-

tycznej) wywołana przesunięciem x

zwory cewki umieszczonej w kubku

ferromagnetycznym. Indukcyjność

cewki opisana jest wzorem: L=Z 2 /R μ,

gdzie z-liczba zwojów. Reluktancja R μ

=l Fe /μ*S Fe + l p /μ 0 *S p , gdzie l Fe -dł.ob-

wodu rdzenia ferromagnetycznego o

stałym przekroju S Fe i przenikalności

magn.μ, l p -dł.szczeliny

powietrznej(=x)o polu przekroju S p i

przenikalności μ p . Maksymalna induk-

cyjnośc przy l p =0. Zwora musi być

wykonana z mat.ferromagn.o nie-

skończonej rezystancji własnej(żeby

pominąc pędy wirowe w

zworze).Gdyby zwora wykonana z

CZUJNIK PIEZOREZYSTANCYJNY:

Wykorzystują efekt zmiany rezystan-

cji materiału pod wpływem działają-

cego ciśnienia. W typowych czujni-

kach

piezorezystancyjnych, głównym ele-

mentem jest wytrawiona w krzemie

membrana. Po jednej stronie

(spodniej) membrany znajduje się ci-

śnienie odniesienia (będące ciśnie-

niem atmosferycznym doprowadzo-

nym przez odpowiedni kanał wloto-

wy). Struktura czujnika jest osadzona

na warstwie szkła, o identycznej roz-

szerzalności cieplnej jak krzem. Mie-

rzone ciśnienie doprowadzane przez

otwór w obudowie do membrany, co

powoduje jej odkształcenie i jedno-

cześnie zmianę rezystancji umiesz-

czonych na niej piezorezystorów. Pie-

zorezystory tworzą mostek Wheat-

stone’a w taki sposób, że pod wpły-

wem odkształcenia, dwa z nich ule-

gają rozciągnięciu (ich rezystancja ro-

śnie) – umieszczone równolegle do

kierunku

działania naprężenia, a dwa ściśnię-

ciu (ich rezystancja maleje) - umiesz-

SATURACJA

Oksymetria krwi tętniczej – pomiary

dwóch wartości: saturacji tlenowej

(wysycenia hemoglobiny tlenem)

oraz prężności tlenu (ciśnienia ja-

kie wywiera tlen rozpuszczony w oso-

czu). W pomiarach Sa02 opartych na

zasadach spektrofotometrii prześwie-

tleniowej i odbiciowej stosuje się

czujniki optoelektroniczne, a pomiary

PaO2 oparte są głównie na metodzie

elektrochemicznej. Metody pomiaru

saturacji:

*inwazyjna in vitro dot. próbek krwi

pobieranych z tętnicy przy zastoso-

waniu spektrofotometrii prześwietle-

niowej

*inwazyjne monitorowanie in vivo za-

równo krwi tętniczej jak i mieszanej

żylnej za pomocą cewników światło-

wodowych, przez spektr.odbiciową

*nieinwazyjne in vivo metodą pulsok-

symetrii.

Metody inwazyjne opiera się na róż-

nej absorpcji promieniowania widzial-

nego bliskiego podczerwieni. W wyni-

czone prostopadle do kierunku dzia-

łania naprężenia.

Małe wartości (rząd dziesiątek mili-

woltów)->sygnał napięciowy poda-

wany na obwód wzmacniający, skąd

może być rejestrowany

na multimetrze lub oscyloskopie.

CZUJNIK POJEMNOŚCIOWY

Zasadniczą częścią jest specjalnie

zbudowany kondensator. Górną jego

okładkę stanowi giętka membrana.

Dolną okładką jest sztywna kształtka

uformowana w wyniku

anizotropowego, mokrego trawienia

krzemu. Cały kondensator składa się

z centralnej części, czułej na zmiany

ciśnienia i części brzegowej

odgrywającej rolę pojemności stałej.

Widoczne podtrawienie brzegowe

tworzące wnękę redukuje wartość

pojemności brzegowej, a ponadto

zwiększa objętość przestrzeni z

ciśnieniem odniesienia, zapewniając

tym samym większą stabilność

parametrów. Ugięcie górnej

membrany pod wpływem

przyłożonego ciśnienia powoduje

zmianę odległości między okładkami

kondensatora i w wyniku zmianę

jego pojemności. Wyjście czujników

tego typu w naturalny sposób nadaje

się do połączenia z obwodami

działającymi na zasadzie

przełączanych pojemności.

Parametry kondensatora

utworzonego przez membrany mniej

zależą od temperatury i czasu niż

parametry piezorezystorów

używanych w czujnikach

piezorezystancyjnych.

C=εS/d, S-pow.okładek, d-odległość.

Zmiany pojemności:

przemieszczenie okładek prostopadle

wzgl.siebie, przemieszczanie wzdłuż

siebie. Kondensator różnicowy-3

okładki, środkowa się porusza

zmieniając pojemności

kondensatorów po bokach.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: