Оглавление |
|
|
1.Входной измерительный сигнал. Информативный и неинформативный |
|
|
параметры измерительного сигнала.................................................................... |
2 |
|
2. Средство измерения. Измерительне преобразование. Истинное значение... |
2 |
|
3. Измерительный преобразователь. Чувствительный элемент. Электроды. ... |
2 |
|
4. Систематические погрешности. Случайные погрешности. Точность |
|
|
средств измерения. ............................................................................................... |
5 |
|
5.Прогрессирующие погрешности. О совокупности и связи различных видов |
||
погрешностей (знать рис. 1 из лекции 2) ............................................................ |
5 |
|
6.Правильность измерений. Постоянство (сходимость) средства измерения |
|
|
(знать рис. 2 из лекции 2)..................................................................................... |
7 |
|
7. Чувствительность ИП (статистическая и динамическая) .............................. |
8 |
|
8. Порог чувствительности, полный диапазон работы ИП ................................ |
9 |
|
9. Линейность ИП, быстродействие ИП. Воспроизводимость измерений........ |
9 |
|
10. |
Разрешающая способность ИП. Локальная ИП.......................................... |
11 |
11.Надежность ИП. Универсальность ИП. ....................................................... |
11 |
|
12.Простая градуировка (в т.ч. прямая и косвенная). ...................................... |
12 |
|
13. |
Комплексная градуировка............................................................................ |
13 |
14. |
Потенциал действия и потенциал покоя. Источники биопотенциалов |
|
внутри организма человека................................................................................ |
14 |
|
15. |
Эквивалентая схема измерения биопотенциалов. Требования к величине |
|
входного сопротивления измерительной цепи (объяснить) ............................ |
16 |
|
16. |
Отведения (двухполюсные, однополюсные). Явление поляризации |
|
электродов и способы снижения его негативного влияния ............................. |
16 |
|
17. |
Источники артефактов при регистрации биопотенциалов и методы |
|
борьбы с ними. ................................................................................................... |
17 |
|
18. |
Электрокардиостимулятор. Функции электрода и требования к его форме, |
|
материалу............................................................................................................ |
17 |
|
19. |
Конструкция электрода для электрофизиотерапии. Назначение |
|
электропроводящего материала, используемые материалы. Назначение |
|
|
гидрофильной прокладки, используемые материалы ...................................... |
18 |
|
20. |
Дарсонвализация: суть метода и области применения .............................. |
21 |
21. |
Микроэлектроды для электрофизиологических исследований (дать |
|
определение)....................................................................................................... |
22 |
|
22. Термопара, принцип работы. Термоэлектроды и спаи. Преимущества |
|
использования термопар. ................................................................................... |
24 |
23. ИПТ, основанные на зависимости сопротивления материала от |
|
температуры (перечислить и объяснить принцип работы с обобщенными |
|
формулами зависимости сопротивления от температуры). П/п и резистивные |
|
ИПТ: преимущества и недостатки. ................................................................... |
26 |
1.Входной измерительный сигнал. Информативный и неинформативный параметры
измерительного сигнала.
Входной измерительный сигнал - определенный сигнал, несущий информацию о
значении измеряемой величины.
Информативным параметром входного сигнала называется тот параметр процесса,
который является изменяемым или функционально связан с измеряемой величиной.
Неинформативным параметром называется параметр входного сигнала, который функционально не связан с измеряемой величиной. Такой параметр, однако, может оказывать воздействие на измерительное средство и быть источником погрешностей.
2. Средство измерения. Измерительне преобразование. Истинное значение.
Средства измерений - технические средства с нормированными метрологическими
характеристиками.
Измерительное преобразование - преобразование входного измерительного сигнала в функционально связанный с ним выходной сигнал.
Истинное значение - такое экспериментальное значение, которое так близко к абсолютному, что может его заменить с точностью до погрешности измерений.
3. Измерительный преобразователь. Чувствительный элемент. Электроды.
Измерительный преобразователь (ИП) - средство измерения, предназначенное для выработки информативного измерительного сигнала в форме удобной для передачи, преобразования,
обработки, хранения, но не для непосредственного восприятия. Это техническое устройство,
построенное на определенных физических принципах и выполняющее одно частотное измерительное преобразование.
Схема измерительного преобразователя:
Чувствительный элемент – это элемент измерительной системы, на который непосредственно воздействует явление, тело или вещество, являющееся носителем величины, подлежащей измерению.
Электроды:
Электрод— электрический проводник, имеющий электронную проводимость
(проводник 1-го рода) и находящийся в контакте с ионным проводником — электролитом
(ионной жидкостью, ионизированным газом, твёрдым электролитом). Главной характеристикой электродов является электродный потенциал, устанавливающийся на границе электрод/электролит.
Важнейшим требованием к материалу, из которого изготавливают электроды, являются отсутствие поляризации в процессе регистрации. Наилучшими материалами для изготовления электродов являются химически чистое серебро и уголь, использующийся в электротехнических устройствах. Электроды также выполняются из золота, платины, титана,
латуни, алюминия, свинца. Для одного измерения необходимо использовать электроды из одного материала. В случае использования электродов из разных металлов (что часто бывает при использовании электродов от различных приборов) имеется значительный дрейф изоэлектрической линии, обусловливаемый разным временем стабилизации потенциалов отдельных электродов.
Ионоселективный электрод – электрод, предназначенный для определения концентрации ионов в различных биологических материалах и средах (в том числе в крови,
урине и других биологических жидкостях). В зависимости от ионов, концентрацию которых необходимо определить, селективные электроды бывают: К-селективные, Cl -селективные,
Na-селективные, H-селективные.
Конструкция и характеристика электродов:
Тип электродов |
Назначение |
Преимущества |
Недостатки |
|
|
Пластинчатый |
Функциональная |
Удобная фиксация |
Артефакты |
от |
|
|
диагностика |
|
|
перемещения |
|
Присосочный |
То же |
То же |
|
То же |
|
Чашечный |
Интенсивная терапия |
Менее |
чувствительный |
к |
|
|
|
|
перемещениям |
|
|
Игольчатый |
Операционные |
Хороший контакт |
Возможна |
|
|
|
|
|
|
инфекция |
|
Многоточечный |
Скорая помощь |
То же |
|
Дискомфорт |
|
Емкостной |
Длительное |
Стабильный |
|
Большое |
|
|
слежение |
контакт |
|
переходное |
|
|
|
|
|
сопротивление |
|
Многоконтактный, |
Исследование |
Возможность |
|
Инвазивность |
|
катетерного типа |
|
исследования |
|
|
|
|
|
внутренних |
|
|
|
|
|
полостей |
|
|
|
Мягкий |
|
Функциональная диагностика |
|
||
ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ:
1. Электроэнцефалограмма(ЭЭГ)
2.Элекрокардиограмма(ЭКГ)
3.Электромиограмма(ЭМГ)
4.Электроокуллограмма (ЭОГ)
5.Кардиоэлектростимуляция.
6.Гальванизация и лекарственный электрофорез.
7.Другие физиотерапевтические процедуры (диадинамотерапия, флюктоуоризация,
электростимуляция, дарсонвализация)
4. Систематические погрешности. Случайные погрешности. Точность средств измерения.
Систематические погрешности: погрешности градуировки и дополнительные погрешности
Систематические погрешности - не изменяющиеся с течением времени (или являющиеся не изменяющимися во времени функциями определенных параметров), которые могут быть устранены введением поправок
Случайная погрешность – стационарный случайный процесс (могут характеризоваться указанием закона распределения их вероятностей).
Это неопределенные или недостаточно изученные погрешности с неустановленной закономерностью. Причинами, вызывающими случайные погрешности, могут стать:
изменения влияющих величин при длительных измерениях; появление в измерительной цепи паразитных сигналов случайного характера (шумы в элементах, наводки от электромагнитных полей промышленной частоты, флуктуации напряжения источника питания, изменяющие характеристики измерительной схемы, дрейф выходного напряжения усилителя и др.).
Точность средств измерения :
Точность –близость измеренного значения к истинному значению, высокая постоянство и высокая правильность. Точность измерений описывает качество измерений в целом,
объединяя понятия правильность измерений и прецизионность измерений. Понятие точность также используется как качественная характеристика средства измерений, отражающая близость к нулю его погрешности.
5.Прогрессирующие погрешности. О совокупности и связи различных видов погрешностей
(знать рис. 1 из лекции 2)
Систематические погрешности: погрешности градуировки и дополнительные
погрешности
Систематические погрешности - не изменяющиеся с течением времени (или являющиеся не изменяющимися во времени функциями определенных параметров), которые могут быть устранены введением поправок
Случайная погрешность – стационарный случайный процесс (могут характеризоваться указанием закона распределения их вероятностей).
Это неопределенные или недостаточно изученные погрешности с неустановленной закономерностью. Причинами, вызывающими случайные погрешности, могут стать:
изменения влияющих величин при длительных измерениях; появление в измерительной цепи паразитных сигналов случайного характера (шумы в элементах, наводки от электромагнитных полей промышленной частоты, флуктуации напряжения источника питания, изменяющие характеристики измерительной схемы, дрейф выходного напряжения усилителя и др.).
Прогрессирующая погрешность – нестационарный случайный процесс, поскольку при их корректировке (путем введения поправки в данный момент) через определенное время погрешность вновь будет монотонно возрастать.
Они медленно изменяющиеся с течением времени величины, обусловленные: старением элементов (R,C…); разрядом источника питания; деформацией механических деталей;
усадкой в самописцах и т.п.
Рисунок 1 – Виды метрологических погрешностей на абстрактном сигнале
Систематические, случайные, прогрессирующие погрешности – это приемы анализа.
Всегда присутствует сумма этих составляющих, которые и представляют единый
нестационарный случайный процесс.
6.Правильность измерений. Постоянство (сходимость) средства измерения (знать рис. 2 из лекции 2).
Правильность – способность средства измерения выдавать результат с малой систематической погрешностью (наиболее вероятное значение измеряемой величины, которая определяется на этой аппаратуре, оказывается очень близким к истинному значению)
Постоянство(сходимость) – качество средства измерения, для которого характерны малые случайные погрешности (последовательность значений, полученных в результате измерений, группируется вокруг среднего значения)
Среднеквадратическое отклонение – важнейший показатель разброса измерений и часто
рассматривается как |
погрешность воспроизведения, что позволяет дать |
воспроизводимости количественную оценку.
Однако, значение измеряемой величины, полученное из серии измерений с малым среднеквадратическим отклонением, может оказаться достаточно далеко отстоящим от истинного значения, если на случайные погрешности накладываются существенные систематические.
Точность характеризуется близостью измеренного значения физической величины к
его действительному значению, оцениваемой погрешностью, то есть максимально возможной разностью между измеренным и действительным значением. Иными словами,
точность – способность средства измерения выдавать результат, близкий к истинному значению измеряемой величины. Таким образом, можно сказать, что точное средство измерения выдает результаты, характеризующиеся одновременно высоким постоянством
и высокой правильностью.
Точность выражается через суммарную погрешность (случайную + систематическую),
которая определяет доверительный интервал вокруг измеренного значения m, внутри которого с известной вероятностью находится истинное значение измеряемой величины.
Для достижения заданной точности требуется:
•выбор адекватного метода измерения;
•выбор соответствующего МИП;
•правильная разработка и реализация измерительного канала.
Рисунок 2 – Возможный вид плотности распределения вероятности результатов измерения в зависимости от сходимости и правильности средства измерения
а) значительные систематические и случайные погрешности (аппаратура не обеспечивает ни
высокой сходимости, ни правильности);
б) значительные систематические и небольшие случайные ошибки (аппаратура дает
хорошую сходимость, но не обеспечивает правильности);
в) малые систематические, но большие случайные (аппаратура дает удовлетворительную правильность, но плохую сходимость);
г) малые систематические и случайные ошибки (аппаратура является точной).
7. Чувствительность ИП (статистическая и динамическая)
Чувствительность ИП - отношение вариации сигнала S на выходе к изменению измеряемой величины m, которое вызвало эту вариацию сигнала
Статическая чувствительность ИП - отношение величины на выходе к соответствующему значению измеряемой величины
Динамическая чувствительность ИП - отношение скорости изменения выходного сигнала S к соответствующей скорости изменения входного сигнала m:
8. Порог чувствительности, полный диапазон работы ИП
Частотная характеристика S(f) ИП: зависимость чувствительности ИП в динамическом режиме от частоты.
Причины изменения значений частотной характеристики:
•механическая,
•тепловая,
•электрическая инерция;
•переходные процессы в электрической измерительной цепи (наличие R, L и С) с
=RC(L/R)
Частотная характеристика определяется совместно ИП+ входная измерительная цепь
Порог чувствительности - минимальное изменение измеряемой величины (входного сигнала), вызывающее изменение выходного сигнала
Полный диапазон работы ИП - отношение естественного предела измерения к
порогу чувствительности ∆0
9. Линейность ИП, быстродействие ИП. Воспроизводимость измерений Система линейна в определенном диапазоне измеряемых величин, если ее
чувствительность не зависит от значения измеряемой величины, то есть остается
постоянной. В линейном диапазоне полезный сигнал во всех элементах измерительной цепи пропорционален значениям измеряемой величины, т.е. если все другие устройства, связанные с измерительным преобразователем также линейны.
Линеаризация – введение коррекции в измерительную систему ИП с целью получения выходного сигнала, пропорционального возможным вариациям измеряемой величины.
Быстродействие ИП – интервал времени, проходящий от момента резкого
(ступенчатого) изменения измеряемой величины до уровня, отличающегося на фиксированную величину ( ,%) от установившегося значения выходного сигнала ИП.
Диаграмма ступенчатого воздействия на систему и ее отклика tdm – время задержки нарастания – сигнал S увеличивается от начального состояния до 10% полного значния; tm – время нарастания
– увеличение выходного сигнала S от 10 до 90% своего полного значения; tdc – время задержки уменьшения – сигнал S уменьшается от начального значения до до 10% полного изменения; tc –
время убывания (спада) - уменьшения выходного сигнала S от 10 до 90% своего полного изменения.
Время установления – интервал времени (tr), который должен пройти … ,
определяется, указывая величину , которой оно соответствует – tr( ).
Воспроизводимость - обеспечение постоянства выходных сигналов ИП в идентичных условиях эксплуатации.
* Взаимозаменяемость - качество серии ИП, гарантирующее пользователю идентичность результатов (с определенным допуском) всякий раз, когда любой ИП этой серии применяется в идентичных условиях.