CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG TRONG Y HỌC Nội dung ôn thi Lý thuyết: Định nghĩa cảm biến, phân loại cảm biến  Định nghĩa: Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng đo xử lý được, dùng để điều khiển thiết bị  Nguyên lý chung: biến đổi đại lượng cần đo thành tín hiệu điện nhờ hiệu ứng điện hiệu ứng điện từ túy  Các cảm biến phân loại theo đặc trưng sau đây: o Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích o Phân loại theo dạng kích thích o Phân loại theo phạm vi sử dụng o Phân loại theo thông số mô hình mạch thay o Phân loại theo dạng cảm biến  + Vật lý: Cơ, Hình học, Nhiệt, Thủy lực, Điện, Quang  + Hóa học: Khí, Điện hóa, Trắc quang (Photometric),Các phương pháp Hóa Lý, Phân tích sinh học (Bioanalys) o Phân loại theo cách giao tiếp của cảm biến với đối tượng  + Không tiếp xúc :Noncontacting (noninvasive)  + Tiếp xúc da: Skin surface (contacting)  + Đưa vào trong: Indwelling (xâm lấn tối thiểu - minimally invasive)  + Đưa sâu vào trong: Implantable (xâm lấn - invasive) o Phân loại theo đại lượng Vật lý Cảm biến  + Hình học: Sức căng, Thời gian truyền sóng âm  + Động học: Đầu đo vận tốc, Đầu đo gia tốc  + Lực: Đầu đo tải trọng  + Thủy lực: Cảm biến thủy lực, Cảm biến dòng chảy  + Nhiệt độ: Nhiệt kế, Cảm biến dòng nhiệt Nêu đặc tính chung cảm biến quang - Dòng điện vùng tối: điện tích tự do, nhiệt độ • Ảnh hưởng độ nhạy, sai số • Giảm Io - Nhận ánh sáng thích hợp, sinh dòng Ip - Dòng điện tổng hợp: I = Io + Ip - Độ nhạy: S= = - Bộ nhạy quang: • Độ nhạy • Độ phân giải • Độ ồn • Độ nhạy phổ • Thời gian phản ứng - Sợi quang dẫn: dẫn truyền ánh sáng dùng phản xạ toàn phần, lõi sợi thủy tinh chiết suất lớn chiết suất vỏ ( Itới > I giới hạn) => Mục đích: bảo toàn lượng ánh sáng 1|Page CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG TRONG Y HỌC Nêu cấu tạo, hoạt động cảm biến phép đo thông số dòng chất lỏng chuyển động Phép đo áp suất: Những cảm biến đo áp suất sử dụng Y Sinh (biomedical) đo huyết áp  Cấu trúc gồm: Cổng áp, mái vòm, màng đàn hồi, cảm biến đo sức căng dây, vỏ, dây dẫn điện thông  Hoạt động: Cấu trúc sử dụng cho trường hợp chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với cảm biến Trong trường hợp chất lỏng cần đo đưa vào buồng có vách ngăn với môi trường xung quanh Ở phía đối diện với lối vào của chất lỏng màng đàn hồi Khi có áp lực nén lên màng đàn hồi làm cho màng dịch chuyển Độ dịch chuyển đo cảm biến dịch chuyển Phép đo luồng chất khí lỏng (vận tốc, lưu lượng): Phép đo thông số của luồng chuyển động của chất khí lỏng thể người phép đo khó của kỹ thuật Y Sinh  Cấu tạo: Như vậy, đa số cảm biến luồng bắt buộc phải có ống dẫn với diện tích mặt cắt ngang đặc biệt Loại cảm biến luồng thường xuyên sử dụng hệ thống Y Sinh lưu lượng kế điện từ.Thiết bị gồm có nam châm phát từ trường vuông góc với chiều chuyển động của chất lỏng (ví dụ máu) Một cặp điện cực điện sinh học nhỏ gắn liền đối với thành ống cho đường kính của thành ống nối hai điện cực vuông góc với phương của từ trường  Hoạt động: Khi có luồng chất lỏng chảy qua ống (ví dụ máu), Ion chuyển động theo dòng chảy của bị từ trường làm lệch theo chiều ngang làm xuất cặp điện cực hiệu điện Nội dung phương pháp so màu quang điện, so đồ khối thiết bị đo quang Đo màu quang điện: Nội dung của phương pháp: xác định nồng độ của dung dịch cần nghiên cứu dựa việc so sánh cường độ màu với dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định dựa hiệu ứng quang điện Sơ đồ khối máy đo quang: Tạo chùm ánh sángChọn ánh sáng phù Hấphợp thụ loại ánh sáng đơn Đo sắc cường độ phát sángTạo màu dung dịch 2|Page CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG TRONG Y HỌC Nêu cấu tạo, hoạt động loại cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện (Can nhiệt) Khi nhiệt độ hai đầu của cặp dây dẫn hay dây làm từ chất bán dẫn khác có sự chênh lệch, chúng xuất hiệu điện tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ Cặp nhiệt điện tạo cách nối dây kim loại hay hợp kim A với dây kim loại hay hợp kim B Hình 3.2 Đầu nối đầu cảm nhận nhiệt độ, đầu lại đầu đo Hình 3.2 Mạch đo cho cặp nhiệt điện dụng cụ đo điện áp (vôn kế) mắc vào điểm của dây cặp nhiệt điện (a) mắc tại đầu tiếp xúc lạnh (b) Khi đầu nối có nhiệt độ khác nhau, von kế xuất hiệu điện tương ứng với độ chênh lệch nhiệt độ Hiệu ứng Seebeck xảy dây A B khác chất, nghĩa có hệ số Seebeck khác Điện áp biểu diễn gần (trong khoảng nhiệt độ nhỏ) qua phương trình tuyến tính V = SAB (Ts – Tr) SAB hệ số Seebeck cho cặp nhiệt điện chế tạo từ kim loại hay hợp kim A B Trong kỹ thuật Y Sinh cặp nhiệt điện làm từ dây dẫn mảnh đặt thẳng vào mô đặt lòng ống kim loại nhỏ dạng kim tiêm đưa vào dưới da để đo nhiệt độ tức thời mô Bảng 3.3 Những cặp nhiệt điện thông dụng Loại Vật liệu µV / oC Hệ số Seebeck, o C Khoảng đo, S Platin/Platin10%Rhodi – 1700 T Đồng/Constantan 50 -190 – 400 K Chromel/Alumel 41 -200 - 1370 I Sắt/Constantan 53 -200 - 760 E Chromel/Constantan 78 -200 - 970 Bài tập: - Tất dạng tập cho (lý thuyết + thực hành) 3|Page