Устройство сфигмометрии

где К— константная величина, S— площадь электродов, d— расстояние между ними, e— диэлектрическая проницаемость вещества между электродами. Вследствие кровенаполнения тканей при каждом пульсовом ударе расстояние d периодически изменяется на Dd. Это приводит к изменениям емкости С конденсаторного датчика. Последний включен в цепь высокочастотного генератора так, что осуществляет частотную модуляцию генерированного сигнала. Частота генератора определяется формулой:

При условии, что  , доказывается линейная зависимость между изменением частоты Df и Dd. Следовательно, частота генератора будет:

где К—константная величина и L— индуктивность генератора. 

     Принципиальная  схема прибора приведена на рис. 1.9. Генератор высокочастотных колебаний  является его основным узлом. В нем  использован транзистор VТ₁ с заземленной базой, генератор собран по схеме Клампа и обладает высокой частотной стабильностью. Посредством подбора сопротивлений R₂, R₃ и R₄ налажен наиболее благоприятный рабочий режим генератора. Параллельно к переменному конденсатору С₆ включен электроемкостной датчик. Изменения в емкости датчика изменяют величину генерированной частоты. 

Рис.1.8. Расположение электродов при исследовании. 

Рис. 1.9. Принципиальная схема транзисторного прибора для 

емкостной регистрации сфигмограмм.

VT1,  VT2=П401, VD1, VD2=Д2Ж, R1,R6,R7=33к, R2=5.1к, R3, R4=1,5к, R5=160к,

R8=25к, С1,С2=5000пФ, С3,С5=50пФ, С4,С9=100пФ, С6=10¸150пФ, С7,С10=270пФ, С8,С11=5¸50пФ, С12=0,01мкФ, mА—200мкА, Е=4.5В. 

     Полученный  частотно модулированный сигнал подается через конденсатор С₉ небольшой емкости к буферной ступени. Ступень сконструирована как эмиттерный повторитель и обладает сильной отрицательной обратной связью для высокочастотного напряжения. Колебательный контур L₃, C₇ и C₈ является одновременно нагрузкой буферной ступени и элементом частотного детектора— дискриминатора. Изменения генерированной частоты преобразуются с помощью дискриминатора в пропорциональные им изменения напряжения. После частотного детектора полезный сигнал подается потенциометру R₉, с помощью которого регулируется выходное напряжение, которое поступает в регистрирующее устройство— электрокардиограф, электроэнцефалограф и др. При помощи измерительного прибора И измеряют напряжение батареи, а кнопкой К₁ контролируют настройку аппарата. Основная рабочая частота прибора налаживается переменным конденсатором С₆. Аппарат питается от батареи для карманного фонаря (4.5 В). 

1.4.2. Транзисторная приставка  для бесконтактной

  регистрации флебограммы

     Еще одним устройством для регистрации  параметров кровотока является транзисторная  приставка для бесконтактной регистрации флебограммы, разработанная кафедрой внутренних болезней рязанского медицинского института имени академика И.П. Павлова [7]. Приставка выполнена на основе генератора высокой частоты (рис.1.10). В приставке генератор высокой частоты сконструирован на транзисторе VT₁ с контуром в цепи коллектора. Контур генератора состоит из индуктивности L, конденсаторов постоянной емкости C₁, C₂, C₃, и емкости датчик— пациент. Емкость датчик— пациент образуется между неподвижным электродом и поверхностью тела пациента над пульсирующей веной. Неподвижная обкладка датчика емкости сделана из латунной посеребренной пластины диаметром 3см, которая располагается на расстоянии 2—5мм от поверхности пульсирующей вены. Второй поверхностью этого емкостного датчика является поверхность тела пациента, которое соединено с корпусом приставки через заземляющий электрод регистрирующего устройства, например, электрокардиографа. 

Рис. 1.10. Принципиальная схема приставки  для бесконтактной

регистрации венного пульса. 

     Изменение емкости данного конденсатора из-за пульсации вены приводит к изменению  частоты колебаний генератора. Напряжение высокой частоты с генератора подается через высокочастотный  дроссель Др на частотный детектор, который преобразует изменение частоты в изменение напряжения. Высокочастотный дроссель поставлен в схеме для уменьшения влияния нагрузки на добротность контура генератора. Для исключения выхода из строя транзистора необходимо избегать замыкания электрода пластины датчика с корпусом или ставить последовательно в этом электроде постоянный конденсатор емкостью от 0.05 до 0.1мкФ. Питание приставки осуществляется постоянным напряжением в 9В, получаемом от двух, соединенных последовательно, сухих батарей от карманного фонаря (КБС-Л-0.5) или батареи типа «Крона». 

1.4.3. Электроманометр  на основе промышленного

  преобразователя  давлений

     Примером  устройства для измерения внутрисосудистого  давления является электроманометр  на основе промышленного преобразователя  давлений, разработанный лабораторией физиологии кровообращения Института физиологии им. И.П. Павлова АН СССР (Ленинград) [8]. В данном устройстве используется тензометрический преобразователь давления ПДП-400П, разработанный Всесоюзным научно-исследовательским институтом медицинского приборостроения, представляющий собой капсулу, заканчивающуюся мембраной. Данный электроманометр позволяет регистрировать давления в диапазоне -66¸500 гектопаскалей (-50¸400 мм рт. ст.) с погрешностью, не превышающей 0.5% от измеряемой величины.  

Рис. 1.11. Принципиальная схема электроманометра.

R1, R6=680 Ом, R2, R4=1.2 к, R3, R5=330 Ом, R7=470 Ом, R8, R13=51 Ом, R9, R10=9.1 к, R11, R12=5.1 к, R14, R24=4.7 к, R15=51 к, R16, R18=200 к, R17=200 Ом, R19=330 к, R20=100 Ом, R22=51 к (подбирается при настройке), R23, R24=9100 Ом; С1=2200 пФ, С2=0.25 мкФ, С3=750 пФ, С4=0.0068 мкФ, С5=0.5 мкФ, С6=5 мкФ´10В; VD1=КС133А, VD2, VD3=КС156А; А1=К140УД2А; Р1— микроамперметр М265М (300 мкА); S1, S2, S3, S4, S5— переключатель П2К; X1— разъем РГ1Н-1-3.

Полоса  пропускания сигнала составляет 0¸100 Гц. Температурные влияния (в диапазоне 0¸50°) составляет не более 0.3 мм рт. ст./град.

     Принципиальная  схема электроманометра представлена на рис. 1.11. Весь прибор состоит из следующих  узлов: собственно датчик давления Д, гидравлическая камера, тензометрический преобразователь давления, калибратор К, дифференциальный усилитель постоянного тока, измерительный узел И, блок питания на два напряжения.

     Принципиальная  схема электроманометра имеет следующие особенности. Питание преобразователя давления осуществляется стабильным напряжением, снимаемым со стабилитронов VD₂, VD₃. Выходные зажимы датчика имеют асимметрию по сопротивлению относительно средней точки питания тензомоста, с целью компенсации возникающего при этом напряжения в схему введен резистор R₇. Переключателем S₂ («датчик–калибратор») можно производить режим электрической калибровки, для чего кнопкой S₁ на вход УПТ подается ступенька напряжения, эквивалентная сигналу с датчика 75¸125 мм рт. ст. Переключатель S₃ и резистор R₁₉ служат для грубой (1:2) и плавной соответственно регулировки усиления УПТ. Резистор R₁₄  предназначен для начальной установки нулевой линии регистратора. Переключатель S₄ «полярность» изменяет полярность подключения стрелочного индикатора Р₁. Переключателем S₅ увеличивается постоянная времени измерительного прибора Р₁ (используется при регистрации пульсирующих давлений). Резистором R₂₄ устанавливается нулевое положение стрелки индикатора Р₁. Напряжение источника питания ±6.3В, I_n=100мА, напряжение пульсаций дрейфа не более 1мВ. 
 
 
 

1.4.4. Механотронный электроманометр  для физиологических 

исследований

     Еще одним примером электроманометров  является механотронный электроманометр [9]. Принцип работы такой установки  заключается в следующем. Регистрируемое давление с помощью зонда подается на механотронный преобразователь типа «Реактив», представляющий собой радиолампу с подвижным анодом, выполненным в виде гофрированной мембраны (рис. 1.12). Таким образом, механотрон представляет собой одновременно и датчик, и усилитель, что принципиально упрощает схему прибора. Конструкция датчика обеспечивает линейность изучаемых характеристик в пределах от -13 до 400 гектопаскалей (-10¸300 мм рт. ст.) с погрешностью, не превышающей 0.5% от измеряемой величины. Полоса пропускания сигнала составляет 0—100 Гц. Дрейф нулевой линии во времени не выходит за пределы 0.1 мм рт. ст./ч. Температурная чувствительность прибора не превышает 0.1 мм рт. ст./град. В диапазоне 0—40°С.

     С помощью несущего корпуса выступающий бортик мембраны механотрона герметично прижимается к прозрачной камере (рис. 1.12), через которую на мембрану подается давление от объекта или калибратора. В предложенном электроманометре использована готовая камера от тензометрического датчика давления к венгерскому прибору «Биокомб», однако в случае необходимости она может быть легко изготовлена из оргстекла.

     Калибратор  давления в описываемой установке  представляет собой сосуд Мариотта, заполненный физиологическим раствором  и установленный на универсальном штативе для поддержания уровня жидкости в нем на одной

высоте  с центром гофрированной мембраны датчика. С помощью хлорвиниловых  трубок сосуд Мариотта соединен с  ртутным манометром и резиновой  грушей для нагнетания воздуха в  калибратор.

Рис. 1.12. Устройство механотронного преобразователя  давления.

1—  механотрон, 2— воспринимающая мембрана, 3— несущий корпус, 4— камера  из плексиглаза. 

Посредством соединительного кабеля механотрон соединяется с измерительным  блоком, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.13. При необходимости измерения среднего давления указанная схема может быть дополнена на выходе интегрирующей RC-цепочкой с постоянной времени, равной 650мс. Предлагаемый измерительный блок рассчитан на самописцы как с симметричным, так и с несимметричным входом. В первом случае вход самописца подключается к разъему Ш₁, а при использовании самописцев с несимметричным входом регистрируемый сигнал снимается с разъема Ш₃. При последнем варианте обеспечивается дополнительное усиление в 5 раз. 

Рис. 1.13. Принципиальная электрическая схема  измерительного блока.

R1, R22, R23=15к, R2=2.2к, R3, R7, R17, R18=1.5к, R4=390Ом, R5=1к, R6=200Ом, R8=1.8к, R9, R10=33Ом, R11— подбирается при настройке, R12=200к, R13, R14=1.2к, R15=10к, R16=270к, R19=330Ом, R20, R24=75к, R21, R25=3к; С1=1000мкФ´50В, С2=1000мкФ´25В, С3=1000мкФ´15В; VD1¸VD4, VD9¸VD12, VD13— Д226Б, VD5¸VD8— КС170А, VD14— КС156; А1— KIYT4016; Л1— Т6-02, Л2— механотрон «Реактив»; VT1— КТ807Б, VT2— КТ315В; Ш1¸Ш№— соединительные разъемы; ИП— микроамперметр М93; Пр=0.5А; В1— включение питания блока, В2, В3— переключение пределов измерения микроамперметра, В4— контроль анодного напряжения, В5— подача сигнала на самописец, В6— используется при проверке работоспособности прибора, В7— подключение согласующего каскада при использовании самописцев с несимметричным входом. 
 

     Для регистрации давления в описываемой  установке применен четырехканальный чернилопишущий прямокоординатный  самописец Н3021-4 с полосой пропускания до 45Гц и шириной записи на каждом канале до 80мм. Описанный электроманометр показал высокие эксплуатационные качества и надежность. 

1.4.5. Высокочастотный  емкостной преобразователь 

в аппаратах ГОЭ-01 и  ГОЭ-02

     В данном преобразователе используется датчик, изображенный на рис. 1.7, и, в зависимости от толщины мембраны, предназначенный для регистрации артериального и венного пульса, баллистокардиограмм, артериального и венозного давления, плетизмограмм, артериофонограмм [5]. В основу преобразования изменения емкости в электрический ток положен принцип модуляции частоты преобразуемым процессом (рис. 1.14). К генератору колебаний высокой частоты (40—50МГц), собранному по трехточечной схеме, в качестве емкости подключается датчик, изменение емкости которого следует изменениям величины сигнала регистрируемого процесса, чем достигается модулирование частоты генератора. В качестве демодулятора применен несколько видоизмененный частотно-фазовый детектор— дискриминатор. Настройка схемы сводится к настройке в резонанс контуров генератора и дискриминатора, когда на выходе преобразователя ток становится равным нулю. При небольшой расстройке контура генератора на выходе генератора снимается ток, по величине и направлению соответствующий степени расстройки. Таким образом, настроенная схема обеспечивает отсутствие тока на выходе при невозмущенном состоянии датчика и появление тока при поступлении механического сигнала на датчик. В последнем случае величина и полярность тока соответствуют величине и направлению прогиба мембраны.