Апр 27

К вопросу о возможности использования хемотронных датчиков в медицинских исследованиях

И. И. Попов, В. Н. Рагозин

В настоящее время для измерения биомеханических показателей используются углепорошковые, потенциометрические, емкостные, индуктивные и другие датчики.

Особого внимания заслуживают датчики генераторного типа, так как они не требуют электрического литания и непосредственно преобразуют механические напряжения и деформации в пропорциональные электрические потенциалы.

Наиболее широкое распространение получили пьезоэлектрические датчики. Преобразователем в них являются диски, изготовленные из поляризационной керамики, пьезоэлектрический модуль которой больше модуля кварцевых пластин более чем на порядок. Особенно удобен датчик для измерения артериального давления. При пережиме артерии с выхода датчика снимается тахоосциллограмма, дающая возможность определить методом Савицкого основные показатели артериального давления. Дифференцирование сигнала обеспечивается тем, что эквивалентная схема пьезоэлектрического датчика имеет активный и реактивный элементы, образующие дифференцирующую цепь. Амплитудно-частотная характеристика пьезокерамических дисков имеет близкий к линейному завал в области низких частот 200–30 гц (рис. 7).

Перспективными являются электрокинетические датчики, в основу работы которых положена связь между существованием двойного электрического слоя и движением электролита.

На границе раздела твердого тела и полярной жидкости существует электрический заряд, который получил название термодинамического потенциала. Полярность потенциала зависит от диэлектрической проницаемости твердого тела и полярной жидкости.

Рассмотрим пару стекло – вода (стеклянный капилляр, заполненный водой, Ев = 80). На границе раздела двух фаз стекло – вода появляется скачок термодинамического потенциала Стекло имеет Ест < Ев
воды, поэтому его поверхность приобретает отрицательный потенциал. Граничный слой воды в этом случае будет обладать положительным потенциалом (рис. 8).

При подключении к концам капилляра электродов, соединенных с источником постоянного тока, будет наблюдаться движение положительно заряженной жидкости в сторону электрода, соединенного с минусом источника питания. Это явление получило название электроосмоса. Скорость движения жидкости по капилляру будет определяться по формуле:

где V – объемная скорость электроосмотического переноса;

I –сила тока;

η – коэффициент вязкости жидкости;

х – электропроводность.

Это известное уравнение Гельмгольда-Смалуховокого.

Если обеспечить движение жидкости вдоль капилляра, то на электродах возникает разность потенциалов

 ,

где ξ – потенциал;

Р – давление, обеспечивающее движение жидкости.

Используя пористую пластинку из стекла, кварца или керамики как систему капилляров, строится электрокинетичеcкий датчик. Он представляет собой герметичный цилиндр, заполненный полярной жидкостью и разделенный пористой перегородкой на две камеры (рис. 9).

Сетчатые электроды расположены симметрично по обе стороны системы капилляров. Основаниями цилиндра служат мембраны. При наличии давления на одну из мембран датчика обеспечивается движение жидкости через пористую перегородку,в результате чего на электродах возникает разность потенциалов.

Чувствительность датчика зависит от площади и толщины пористой диафрагмы, от размеров пор, а также от электрокинетического потенциала и диэлектрической проницаемости пары жидкость – материал. Отдельные образцы датчиков при записи пульса с лучевой артерии дают на выходе сигнал с амплитудой до 10–15 мв. На низкочастотную часть частотной характеристики электрокинетического датчика оказывает влияние жесткость мембраны и сопротивление протеканию жидкости через пористую перегородку. Однако нижний предел частотного диапазона практически доведен до 0,02 гц. В области высоких частот частотная характеристика линейна до 30 кгц.

Таким образом, электрокинетические датчики имеют целый ряд преимуществ перед остальными датчиками биомеханического типа. Применение их в медицинских исследованиях может значительно увеличить информативность таких физиологических функций, как кинетокардиограмма, сейсмокардиограмма, фонокардиограмма.

Похожие статьи:

  1. Разборчивость речи в условиях шума (О костной проводимости речи. – И. Борщевский) Костная и тканевая...
  2. Хранение жидкости под давлением в баке с вытеснительной камерой Однофазная сжатая жидкость хранится в баке, снабженном эластичной вытеснительной камерой,...
  3. Хранение смеси с двухфазной подачей тепла для создания давления Криогенная жидкость хранится в баке при докритическом давлении в виде...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.