Зависимость сопротивления r фоторезистора от освещенности е.

Рис. 10

Фоторезистор

Принцип работы фотодатчика пульса основан на использовании зависимости степени поглощения светового потока, проходящего через ткань, от кровенаполнения ткани. Фотодатчики обычно крепятся на мочке уха или на ногтевой фаланге пальца руки (рис. 11). Если приложить фоторезистор светочувствительным слоем к ткани, то величина фототока будет зависеть от величины светового потока Ф_пр, проходящего через ткань и падающего на фоторезистор. Т.к. Ф_пр = Ф_о – Ф_погл, то при постоянном световом потоке Ф_о , падающем на ткань, сила тока, очевидно, определяется величиной поглощенного света Ф_погл. Последняя в свою очередь зависит от типа ткани, ее толщины и кровенаполнения. В процессе исследования тип и толщина ткани остаются постоянными, поэтому выходной сигнал фотодатчика характеризует кровенаполнение исследуемой части тела. Поскольку кровенаполнение изменяется в такт с сокращением сердца, тем самым становится возможными измерение частоты пульса, равной частоте изменения фототока.

Для исследования тонов и шумов сердца и записи фонокардиограммы применяются фонокардиографические датчики, представляющие собой электродинамические и пьезоэлектрические микрофоны, которые преобразуют энергию звуковых колебаний в электрическую энергию. Работа динамического микрофона, относящегося к индукционным датчикам, основана на явлении электромагнитной индукции – возникновении электродвижущей силы (эдс) в контуре под действием переменного магнитного поля. Основной закон электромагнитной индукции устанавливает, что эдс индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего этот контур, и не зависит от условий, вызывающих его изменение dФ :

, где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения.

Условия, вызывающие изменение магнитного потока dФ, могут быть различными, в данном датчике электродинамическом микрофоне) магнитный поток изменяется при движении контура (катушки) в магнитном поле. Устройство этого микрофона показано на рис. 12а.

Акустические колебания воздействуют на упругую мембрану 2, которая по своей окружности крепится к корпусу микрофона 1. На жестком основании – цилиндре 3, закрепленном в центре мембраны, располагаются витки провода катушки 4. В результате колебаний мембраны под действием звуковых волн связанная с ней катушка 4 перемещается в сильном магнитном поле, образованным кольцевым постоянным магнитом 5, вследствие чего в ней возникает э.д.с. индукции такой же частоты и почти такой же формы, каковы частота и форма звуковых колебаний.

Ф_о - падающий на ткань световой поток,

Ф_п - световой поток, поглощенный тканью,

Ф_пр - световой поток, падающий на фоторезистор, т.е. прошедший через ткань.

Рис.11

Фотодатчик пульса.

а б

Рис. 12

Микрофонные датчики: а – динамический микрофон,

б – пьезоэлектрический микрофон.

Амплитуда же этой э.д.с. прямо пропорциональна силе звуковых колебаний.

Акустические явления, сопровождающие работу сердца, являются низкочастотными колебаниями. Получение удовлетворительного воспроизведения этих частот связано с использованием электродинамических микрофонов специальной конструкции. Такие микрофоны являются очень громоздкими, вследствие чего применение их в указанных целях связано с рядом трудностей. Поэтому они вытесняются пьезоэлектродинамическими микрофонами, имеющими лучшие параметры в диапазоне низких частот, по сравнению с лучшими образцами электродинамических микрофонов, но гораздо меньше их по размерам (диаметр 25 – 30 мм, высота 10 – 15 мм и масса всего несколько грамм).

Устройство пьезоэлектродинамического микрофона аналогично конструкции пьезоэлектрического датчика пульса (сравните рис. 8б и рис. 12б). С открытой стороны цилиндрического корпуса 1 крепится упругая металлическая мембрана 2, колебания которой передаются через недеформируемую стойку 3 к пьезоэлементу 4. К посеребренным плоскостям 5 и 6 пьезоэлемента припаиваются отводные проводники 7.

Описанные выше микрофоны используются также для косвенного измерения артериального давления крови по методике Рива – Роччи – Короткова. С их помощью производится регистрация шумов Короткова при постепенной декомпрессии пережатой артерии с последующей логической обработкой поступающих от микрофона электрических сигналов, что позволяет автоматизировать процесс измерения артериального давления.

Кроме этой методики, в настоящее время существует еще ряд методов для косвенного измерения артериального давления в системах постоянного наблюдения. Эти методы основаны на применении индуктивных и емкостных датчиков особой конструкции, предназначенных для измерения абсолютного давления.

В основу работы индуктивного датчика положено изменение под влиянием исследуемой величины индуктивности L катушки преобразователя. Как известно, индуктивность контура зависит от его формы и размеров, а также магнитной проницаемости μ среды, в которой он находится. Например: индуктивность L достаточно длинной катушки равна:

,

где μ₀ – магнитная постоянная,

n – число витков катушки,

S – площадь одного витка,

l – линейный размер катушки.

В датчиках для измерения давления изменение индуктивности вызывается перемещением в катушке ферромагнитного сердечника, у которого μ >> 1 (μ воздуха ≈ 1). При введении внутрь катушки этого сердечника индуктивность ее увеличивается приблизительно пропорционально введенной внутрь длине сердечника. Конструкция одного из индуктивных датчиков приведена на рис. 13а. Корпусом датчика является кольцо 1, внутри которого в эластичной основе 3 расположена катушка индуктивности 5. Одна плоскость кольца имеет отверстие 4, в котором помещается ферромагнитный сердечник 2. Если такой датчик прижать к стенке полости кровеносного сосуда так, чтобы стенка полости, соприкасаясь с датчиком, стала плоской, и сердечник всей плоскостью прилегал к этой стенке, то единственной силой, воспринимаемой датчиком, в этом случае будет абсолютная величина давления внутри полости, независимо от жесткости стенки и тургора ткани. При изменении давления изменяется и положение сердечника в катушке, вследствие чего станет другим и значение индуктивности L катушки преобразователя.

а б

Рис. 13