Системы получения медико-биологической информации: Учебно-методическая разработка лабораторной работы по курсу "Медицинская и биологическая физика", страница 3

Эквивалентная электрическая схема контура съема МБИ  показана на рис 4. Источник ЭДС представлен как генератор напряжения U с соответствующим внутренним сопротивлением r. Согласно закону Ома для полной цепи  I=U:(R_ЭСК+R_У+r) увеличить амплитуду тока в условиях измерения можно только за счет уменьшения переходного сопротивления электрод, среда, кожа R_ЭСК.  Причем амплитуда передаваемого сигнала и вносимые искажения зависят главным образом от особенностей среды.  Для увеличения проводимости используются пасты или салфетки, смоченные физиологическим раствором. Производится также обезжиривание спиртом или гелем  участков кожи, на которые устанавливают электроды.  Входное сопротивление усилителя R_УС является техническим параметром используемого устройства.

Генераторный фотоэлектрический датчик получается, если на медную пластину , покрытую слоем закиси меди , напылить небольшой  прозрачный слой  золота (Рис 5). Воздействие квантов света на полупроводник  приводит к образованию ЭДС между  и . Возникающая  ЭДС по соединительным проводам подается на цифровой вольтметр (дискретное устройство отображения информации).

Генераторный пьезоэлектрический датчик представляет собой кварцевую пластину КП, на противоположные грани которой нанесен слой металла  СМ  (Рис.6). Соединительные провода передают напряжение на стрелочный вольтметр (аналоговое устройство отображения информации). При сжатии пластины на ее гранях  появляется напряжение пропорциональное степени воздействия. Явление возникновения положительной ЭДС на гранях кварцевой пластины при ее сжатии и отрицательной ЭДС  при ее растяжении получило название: прямой пьезоэффект.

Параметрический резистивный датчик выполнен в виде резиновой трубки , которая заполнена мелким угольным порошком  (Рис.7). С торцов  трубки вмонтированы электроды . Устройство съема содержит также   источник энергии  и аналоговое устройство регистрации информации.    состоит из магнитной катушки , железной пластины ЖП на одном конце стержня и пишущего пера ПП  на другом конце стержня.

Если охватить грудную клетку трубкой, то сопротивление угольного резистора будет изменяться.   При вдохе трубка растягивается. Увеличивается длина l и уменьшается площадь сечения S резистора. Согласно формуле   возрастает  сопротивление угольного столбика. Сила тока в цепи уменьшается, что ослабляет действие  на железную пластину. Стержень поворачивается вокруг оси . След от пера смещается в сторону. 

При выдохе сила тока в цепи возрастает. Действие  усиливается, след от пера смещается в другую сторону.

Параметрический индуктивный датчик трансформирует, например, перемещение в частоту (Рис.8). Это свойство используется при измерении давления. Нагнетание воздуха в манжету приводит к перемещению ее поверхности. Манжета соединена с железным стержнем ЖС. Чем глубже  стержень входит в катушку l, тем больше величина индуктивности L. Колебательный контур, состоящий из катушки Lи  емкости C, соединен с источником энергии ИЭ и измерителем частоты ИЧ.  Согласно формуле  возрастание  индуктивности    приводит к уменьшению частоты  . Измерительный прибор проградуирован в единицах давления. Функцией преобразования такого устройства является зависимость  . Она представлена на рис 8. Из него видно, что устройство реагирует на изменение входной величины только в определенном интервале от до.  Интервал изменения входной величины, которая приводит к изменению выходной величины, называется динамическим диапазоном датчика. Она является важным параметром любого устройства съема  медико-биологической информации.

Усилитель увеличивает на выходе амплитуду сигнала, который поступает на его вход (Рис 9). Степень увеличения определяется коэффициентом  усиления. Данный коэффициент рассчитывается как отношение амплитуды сигнала на выходе устройства к амплитуде сигнала на входе. Для усилителя напряжения . Коэффициент усиления  определяется на фиксированной частоте. При изменении частоты изменяется и величина  (Рис.10). Поэтому более информативной характеристикой рассматриваемого устройства является график зависимости   . Считается, что усилитель хорошо выполняет свои функции, если его  коэффициент усиления  падает не ниже, чем 0,7 от максимального значения. Диапазон частот , в пределах которого    называется полосой пропускания усилителя.

Отрицательная обратная связь  используется при конструировании любого усилителя. Она позволяет уменьшить негативное влияние помех, которые поступают на вход устройства вместе с полезным сигналом. Кроме того, повышается устойчивость системы, что не позволяет ей в процессе работы превратиться в генератор синусоидального сигнала.