Типи перетворювачів і приладів - динаміка серцево-судинної системи

Значна кількість різних типів чутливих пристроїв (датчиків) було запропоновано саме в останні роки. В основній масі їх використовується реєстрація змін трьох основних електричних властивостей, а саме: опору, індуктивності і ємності. Так, наприклад, якщо заповнити тонкостенную гумову трубочку рідиною, що проводить електричний струм (ртуттю або сольовим розчином), і обидва кінці рідини приєднати до проводів, то натяг трубки буде подовжувати стовп рідини і зменшувати її поперечний переріз.

МАЛ. 2.3.
Досягнення сучасної електронної техніки дають можливість виробляти електричні вимірювання неелектричних величин: тиску, переміщень, розмірів і т. Д. Ці явища сприймаються датчиками, т. Е. Пристроями, в яких
зазначені дії викликають зміна ємності, індуктивності або електричного опору. Приклади використання цих пристроїв будуть приведені в наступних розділах книги.
Обидва ці фактори підвищують опір електричному струму, що протікає через рідину (див. Рис. 2.3, А). Від такого простого датчика можна отримати досить багато корисної і точної інформації. Він може бути використаний, зокрема, для отримання даних про зміну розтягування стінок камер серця або кола артерій (див. Рис. 2.8). Підвищення електричного опору виникає і при розтягуванні тонкої зволікання, жорстко пов`язаної з мембраною манометра (див. Рис. 2.5). Подібні чутливі до розтягування зволікання, з`єднані з металевими зажимами, можуть зміцнюватися і на поверхні серця для того, щоб вимірювати сили, що розвиваються під час скорочення. Чутливість і надійність цих датчиків сильно зростають, якщо вони входять в місток Уитстона (рис. 2.3, А).
Індуктивність котушки, через яку пропущений електричний струм, може змінюватися при зміщенні всередині її металевого стержня (рис. 2.3, Б). Такі пристосування можуть бути використані як датчики, які реєструють зміни розмірів, так як вони реагують на зміну положення сердечника при його коливаннях (див. Рис. 2.8). Комбінація трьох катушек- диференційний преобразователь- у вищій мірі підвищує чутливість датчика і може бути ефективно використана для реєстрації дуже слабких зсувів мембрани манометра (див. Рис. 2.5 і 2.7). Пара котушок дроту, розташованих одна проти одної на малій відстані, може також служити датчиком, що визначає розміри. Так, магнітне поле, що виникає в одній котушці при пропущенні через неї струму, завдяки явищам електромагнітної індукції викликає поява струму в сусідній котушці, величина якого виражається нелінійною функцією відстані між котушками.
Явища електромагнітної індукції використовуються також в електромагнітних флоуметрія. Якщо посудина з протікає через нього кров`ю помістити в магнітне поле, то в струмі крові як в рухомому провіднику другого роду виникає різниця потенціалів, пропорційна швидкості течії крові (див. Також рис. 2.13, А). Ємність конденсаторів, що складаються з двох плоских пластинок, підвищується, якщо пластинки зміщуються ближче один до одного, і це дозволяє реєструвати коливання мембрани манометра, що вимірює тиск (див. Рис. 2.5). Відносні руху навантажених платівок, орієнтованих паралельно один одному, викликають зміни ємності, які можна виміряти і використовувати для визначення величини зсувів різних структур. П`єзоелектричні кристали розвивають потенціали, коли вони зміщуються під впливом тиску, що також може бути використано в спеціальних типах датчиків. Вони застосовуються як чутливі елементи для вимірювання зовнішніх сил, що викликають зміщення. Так, наприклад, дуже малі кристали, пов`язані з мембраною, можуть реєструвати коливання тиску (див. Рис. 2.7). З іншого боку, високочастотна пульсація напруги електричного струму, пропущеного через протилежні сторони цього кристала, викликає високочастотні звукові коливання (ультразвук), який сьогодні використовують для зондування серцево-судинної системи та інших внутрішніх органів (див. Рис. 2.17).
Таким чином, всі типи електричних перетворювачів здатні тим чи іншим способом вловити зміщення, що виникають при прямій дії механічних сил. Використання їх як датчиків, що визначають зміну розмірів, обмежена можливістю прямої фіксації їх на тому чи іншому органі (див. Рис. 2.8). Вони широко застосовуються, скажімо, під час хірургічних операцій у людини, в гострих експериментах на тваринах або в хронічних дослідах з попередньою імплантацією датчиків. Енергія різних видів хвиль і коливань може бути використана для того, щоб вивчати внутрішні органи шляхом прямого перетворення енергії в багатьох випадках і без будь-яких механічних посередників. Картина на екрані, що продукуються рентгенівськими променями, проникаючими через тіло, являє собою, так би мовити, найбільш простий спосіб вивчення позицій, розмірів, тіней і зміщення внутрішніх органів. Ультразвукові промені з частотами від 2 до 20 млн. Циклів в секунду знаходять широке застосування при визначенні локалізації та реєстрації зсувів внутрішніх органів або руху крові, що дозволяє визначити локалізацію зміщення або швидкість кровотоку без імплантації датчиків і без всякого механічного проникнення в організм. Ультразвукові та рентгенівські пристрої хороші для дослідження внутрішніх органів у людини в умовах повної безпеки для організму. Результати використання цих приладів в фізіологічних і діагностичних дослідженнях детально викладені в наступних розділах цієї книги, присвячених огляду спеціальних пристроїв, застосовуваних в біологічних і медичних дослідженнях.
У табл. 2.1 коротко наведені основні методи визначення первинних фізичних величин.