Задание №1.
Министерство
образования и науки РФ
Алтайский
государственный университет
Необходимо изучить учебное пособие и сформировать вопросы.
Министерство
образования и науки РФ
Алтайский
государственный университет
Е.А. Шимко
ДАТЧИКИ
ДЛЯ
ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Учебное
пособие
Издательство
Алтайского университета
Барнаул 2013
ББК
УДК
Шимко
Е.А. Датчики для изучения
физических процессов в организме человека / Е.А. Шимко. – Барнаул: Изд-во
Алтайского ун-та, 2013. – 36 с.
В пособии
изложены примеры датчиков для изучения физических процессов в организме
человека. Приведенные примеры
способствуют формированию практических
умений студентов для решения широкого спектра прикладных задач в области
медицинской физики.
Пособие предназначено для студентов направления «Медицинская физика». Оно
может быть использовано студентами других физико-технических специальностей и
направлений.
Рецензент: В.В. Поляков,
доктор физико-математических наук, профессор
© Шимко
Е.А. 2013
СОДЕРЖАНИЕ
|
|
С.
|
|
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………
|
4
|
|
1. СБОР.
ИЗМЕРЕНИЕ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ……………………………………….
|
6
|
|
1.1. Устройство
измерения и обработки данных LabQuest 2……………..
|
6
|
|
1.2. Устройство измерения и
обработки данных LabQuest……………….
|
7
|
|
1.3. Система
сбора данных AFS™…………………………………………..
|
9
|
|
1.4. Устройство
измерения и обработки данных LabQuest Mini…………
|
10
|
|
2. ДАТЧИКИ…………………………………………………………………..
|
11
|
|
2.1. Датчик артериального давления (тонометр)……………………………
|
11
|
|
2.2 Датчик давления газа…………………………………………………….
|
12
|
|
2.3. Датчик жизненной емкости легких (спирометр)………………………
|
12
|
|
2.4. Датчик излучения (цифровой дозиметр)……………………………….
|
13
|
|
2.5. Датчик концентрации нитрат-ионов……………………………………
|
15
|
|
2.6. Датчик оптической плотности
(колориметр)………………………….
|
16
|
|
2.7. Датчик оптоэлектрический………………………………………………
|
17
|
|
2.8. Датчик освещённости (люксметр)………………………………………
|
18
|
|
2.9. Датчик растворенного кислорода (О₂)………………………………..
|
19
|
|
2.10. Датчик скорости
потока жидкости……………………………………
|
20
|
|
2.11. Датчик содержания О2..........................................................................
|
21
|
|
2.12. Датчик содержания СО2………………………………………………
|
22
|
|
2.13. Датчик температуры поверхности…………………………………….
|
23
|
|
2.14.Датчик частоты
дыхательных движений (поясной тонометр)………….
|
24
|
|
2.15. Датчик частоты
сердечных сокращений (пульсометр)………………
|
25
|
|
2.16. Датчик уровня шума…………………………………………………….
|
26
|
|
2.17. Датчик ЭКГ………………………………………………………………..
|
27
|
|
2.18. Датчик pH…………………………………………………………………
|
28
|
|
2.19. Инфракрасный термометр………………………………………………..
|
28
|
|
2.20. Спектрофотометр…………………………………………………………
|
29
|
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………
ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………….
|
31
32
|
ВВЕДЕНИЕ
Ускорение темпов обновления информационных
технологий приводит к необходимости разработки адекватного содержания
образования и соответствующих методов обучения. В условиях стремительного
развития и расширения доступности открытых информационных сетей классическая
схема передачи «готовых» знаний перестает быть главной задачей учебного
процесса, снижается функциональная значимость и привлекательность традиционных
методов обучения, что приводит к необходимости освоения новых педагогических
средств и методов.
Возможности оборудования и программного
обеспечения AFSTM позволяют организовать учебную и
научно-исследовательскую работу студентов. Система сбора данных AFSтм предназначена
для автоматизации учебных демонстрационных экспериментов. Система позволяет
подключать все датчики к ПК и производить сбор и передачу экспериментальных
данных. Дальнейшая обработка данных выполняется с помощью программного
обеспечения, разработанного на базе передовой среды графического
программирования LabVIEWтм.
Данное пособие предназначено для ознакомления
студентов с основными датчиками измерения физических величин, которые можно
использовать в ходе медицинских исследований. На основе полученной информации
студенты в дальнейшем смогут изучать основные принципы функционирования и
эксплуатации датчиков измерения физических параметров человеческого
организма (температура, давление,
частота сердечных сокращений и т.д.).
Датчики, как средства
измерений, предназначенные для преобразований
физических величин в удобные для измерений или дальнейших преобразований
сигналы, являются основными звеньями любого средства измерения более высокого
уровня – измерительных приборов, измерительных установок
информационно-измерительных систем.
Помимо системы LabQuest, это пособие знакомит студентов
с набором датчиков, которые были использованы для измерений. Одним из
устройств, встроенных прямо в LabQuest 2, является Wi-fi, который открывает
огромные возможности для того, чтобы использовать данные сайта «Объединенная
Научно-образовательная Система» (www.vernier.com/css).
Все свойства и средства Объединенной
Научно-Образовательной Системы, во главе с LabQuest2, создают новые пути взаимодействия
студентов в лаборатории медицинской физики. Сочетание коллективного творчества
с самостоятельной работой способствует повышению качества образовательного
процесса. Студенты лучше усваивают материал, когда в процессе обучения
им предоставляется возможность поработать с реальными данными. Каждый член группы за столом может воспользоваться своим собственным мобильным устройством для просмотра данных в реальном времени и их редактирования.
им предоставляется возможность поработать с реальными данными. Каждый член группы за столом может воспользоваться своим собственным мобильным устройством для просмотра данных в реальном времени и их редактирования.
Работа с датчиками для изучения физических
процессов в организме человека позволяет студентам освоить:
– физические законы для
решения задач экспериментального и прикладного характера;
– основные принципы
функционирования и построения датчиков физических величин;
– принципы и законы
формирования измерительной информации датчиком;
- способы и методы использования датчиков физических величин для
различного рода измерений.
-– способы сбора,
измерения и обработки данных.
Использование цифрового оборудования преследует цель модернизировать и облегчить процесс
преподавания естественных дисциплин, в первую очередь, дисциплины направления
«Медицинская физика». Следует отметить, что многие устройства не имеют аналогов
в традиционном оборудовании, поэтому для внедрения подобной работы студентам
потребуется не только время, но и различные специальные умения и знания.
1. СБОР, ИЗМЕРЕНИЕ И
ОБРАБОТКА ДАННЫХ
1.1. Устройство измерения и обработки данных LabQuest 2
В LabQuest
2, как и в устройстве первого поколения, сохранены все функции измерения и
обработки данных.
Особенности данного устройства:
·
LabQuest 2
имеет новое улучшенное меню.
·
Устройство
позволяет не только проводить измерения и собирать экспериментальные данные, но
и обмениваться ими между учениками и учителем благодаря встроенному модулю
беспроводной связи Wi-Fi и Bluetooth®.
·
Большой
цветной сенсорный экран с высоким разрешением позволяет легко управлять
устройством как стилусом, так и пальцами.
·
LabQuest 2
оснащен акселерометром для определения его положения в пространстве и выбора
оптимальной ориентации экрана.
·
Устройство
обладает высокой скоростью отклика, построения графиков и таблиц.
·
LabQuest 2
имеет встроенный модуль системы навигации GPS.
·
Результаты
измерений в режиме реального времени можно передавать на любое устройство с
совместимым браузером - iPad, мобильное устройство на базе Android, iPhone и
др.
·
Данные с
LabQuest 2 можно передавать по электронной почте (е-mail).
·
Экспериментальные
данные можно сохранять в текстовом файле в формате CSV для дальнейшего открытия
в программе Microsoft Excel.
·
Устройство
позволяет выводить графики и таблицы на полную ширину экрана.
·
Изображение
с LabQuest 2 можно проектировать на большой экран для демонстрации его
возможностей и обучения работе с ним (требуется специальная программа).
·
Устройство
имеет три встроенных датчика: датчик температуры, звука (микрофон), света.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Количество
каналов для подключения датчиков (каналов ввода)
|
3 аналоговых
(ВТА); 2 цифровых (BTD)
|
|
Параметры
источника питания
|
Литий-ионный
аккумулятор 3,7 В
|
|
Разрядность
|
12 бит
|
|
Количество
совместимых датчиков
|
боле 60
|
|
Размер
экрана
|
11,2х6,7 см (диагональ
13,1 см)
|
|
Разрешение
экрана
|
800
х 480 пикселей
|
|
Тактовая
частота процессора
|
800
МГц
|
|
Масса
|
|
|
Габариты
|
154х88х25
мм
|
1.2. Устройство
измерения и обработки данных LabQuest
Устройство измерения и обработки данных LabQuest – это
специализированное портативное электронно-вычислительное устройство, обладающее
широкими функциональными возможностями. Предназначено для непосредственной
автоматической цифровой обработки сигналов в режиме реального времени.
Устройство позволяет осуществлять операции аналогового
и цифрового ввода-вывода сигналов с различных измерительных устройств
(датчиков) и обмен данными с внешними устройствами. LabQuest может
использоваться автономно (без подключения к ПК) или как интерфейс для ПК.
Устройство LabQuest обладает высокой
производительностью и надежностью, большим временем автономной работы, высокой
ударопрочностью и водонепроницаемостью.
УИОД
должен иметь ударопрочный и водонепроницаемый прорезиненный корпус. Должна быть
функция резервного автосохранения данных. На панели корпуса должны быть: не
менее 4 кнопок для быстрого доступа к функциям, не менее 5 кнопок управления,
не менее 6 каналов для подключения датчиков: не менее 4 аналоговых (ВТА), не
менее 2 цифровых (ВТD). УИОД должно иметь: аудио вход, аудио выход; USB-порт
стандарта A; мини-USB-порт стандарта AB; гнездо для карт памяти SD/MMC; гнездо
питания постоянного тока; кнопку быстрого включения/ выключения.
УИОД
должно иметь 40 Мб встроенной памяти для хранения данных с возможностью
расширения через SD/MMC-карту памяти, флэш-карту памяти или через другой
USB-накопитель, поддерживаемых форматами FAT16 или FAT32.
УИОД
должно иметь: встроенный датчик температуры воздуха, встроенный датчик звука
(микрофон), встроенный динамик.
Должно
быть предусмотрено автоматическое обновление прошивки. УИОД должно поддерживать
работу с такими технологиями, как глобальная система позиционирования (GPS) и
система беспроводных сетей WiFi.
УИОД
должно быть оборудовано разъемами типа «British Telecom».
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Максимальная
частота дискретизации
|
100 кГц
|
|
Количество
каналов для подключения датчиков (каналов ввода)
|
4
аналоговых (ВТА); 2 цифровых (BTD)
|
|
Параметры
источника питания
|
Литий-ионный
аккумулятор 3,6 В, 2100 мА или адаптер переменного тока 5 В, 2,6 А
|
|
Разрядность
|
12-13 бит
|
|
Количество
совместимых датчиков
|
боле 60
|
|
Масса
|
|
|
Габариты
|
165х100х40
мм
|
В комплекте должны быть:
1. АДАПТЕР
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. Должен обеспечивать подзарядку УИОД постоянным током.
Параметры источника питания должны быть: литиево-ионный аккумулятор; 3,7 В,
2100 мАч; минимальное время работоспособности - 2 года. Емкость аккумулятора
должна позволять работать устройству без подзарядки не менее 6 часов.
2. СТИЛУС.
Должен обеспечивать работу на сенсорном экране. Дополнительно должен
поставляться шнурок для крепления стилуса. Количество стилусов не менее 2-х шт.
3. КАБЕЛЬ.
USB кабель должен быть типа А/АВ, длиной не менее 1,45 м .
4.
CD-диск. Должен содержать руководство для преподавателя по подготовке
инструкций к лабораторным работам и
руководство пользователя УИОД на русском языке.
1.3. Система сбора данных (ССД) AFS™
Система сбора данных (ССД) AFSтм
предназначена для автоматизации учебных демонстрационных экспериментов. Система
позволяет подключать все датчики к ПК и производить сбор и передачу
экспериментальных данных.
Дальнейшая обработка данных выполняется с помощью
программного обеспечения, разработанного на базе передовой среды графического
программирования LabVIEWтм.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Количество
каналов для подключения датчиков (каналов ввода)
|
3
аналоговых (ВТА),
1 цифровой
(BTD),
2 винтовых
|
|
Разрядность
|
14 бит
|
|
Количество
совместимых датчиков
|
более 60
|
|
Масса
|
|
|
Габариты
|
90,7 × 104,5
×
|
1.4. Устройство
измерения и обработки данных LabQuest Mini
Устройство измерения и обработки данных LabQuest Mini
предназначено для непосредственной автоматической цифровой обработки сигналов с
датчиков и обмена данными с ПК (ноутбуком) в режиме реального времени.
Программное обеспечение, входящее в комплект, позволяет выполнять измерение,
регистрацию, визуализацию, обработку и хранение экспериментальных данных.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Максимальная
частота дискретизации
|
100 кГц
|
|
Количество
каналов для подключения датчиков (каналов ввода)
|
3
аналоговых (ВТА), 2 цифровых (BTD), 12 винтовых
|
|
Параметры
источника питания
|
шина USB
2.0
|
|
Разряднось
|
12-13 бит
|
|
Количество
совместимых датчиков
|
боле 50
|
|
Масса
|
|
|
Габариты
|
105×85×25
мм
|
2. ДАТЧИКИ
2.1. Датчик артериального давления (тонометр)
Датчик предназначен для измерения артериального
давления косвенным (неинвазивным) способом. Также позволяет оценивать
частоту сердечных сокращений (пульс) человека в состоянии покоя.
Датчик работает в комплекте с компьютерным
измерительным блоком и персональным компьютером.
Датчик предназначен для работы при температуре
от 10 до 35 °С и относительной влажности окружающего воздуха до 80% при 25 °С.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
от
0 до
|
|
Максимальное
давление, которое может выдержать датчик без саморазрушения
|
|
|
Точность
измерений
|
±
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
от
10 до 35 °С
|
|
Разрешение
|
12
бит
|
|
Комбинированная
линейность и гистерезис
|
±
0,2% полной шкалы.
|
|
Время
срабатывания
|
100
мкс
|
|
Размер
манжеты
|
27
-
|
|
Длина
кабеля:
|
|
|
Масса
|
|
2.2. Датчик давления газа
Датчик
предназначен для измерения давления во время физических и химических
экспериментов с газами. Также можно измерять давление пара различных жидкостей
и растворов. С помощью датчика можно наблюдать за производством или
потреблением кислорода и углекислого газа в закрытом пространстве.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений давления
|
0 - 210
кПа
|
|
Комбинированная
линейность и гистерезис
|
± 0,2%
полной шкалы.
|
|
Разрешение
|
12бит
|
|
Количество
совместимых датчиков
|
более 60
|
|
Масса
|
|
|
Габариты
|
73 × 52
×
|
2.3. Датчик жизненной емкости легких (спирометр)
Датчик предназначен для измерения основных параметров
дыхания и оценки состояния дыхательной системы человека.
Спирометр – это прибор для измерения объёма воздуха,
поступающего из лёгких при наибольшем выдохе после наибольшего вдоха. Cпирометрия – метод исследования функции внешнего дыхания,
включающий в себя измерение объёмных и скоростных показателей дыхания.
Датчик жизненной емкости легких можно использовать в
демонстрационных и лабораторных экспериментах для определения:
·
жизненной
емкости легких (ЖЕЛ), которая оценивается как разница между объёмами воздуха в
лёгких при полном вдохе и полном выдохе;
·
дыхательного
объема (ДО) легких (объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого при одном
дыхательном цикле);
·
объема
фиксированного выдоха (ОФВ);
·
и других
параметров дыхания.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон измерений
|
±
10 л/с
|
|
Габариты
|
•
чувствительного элемента:
•
корпуса датчика: 127 × 23 ×
|
|
Длина кабеля:
|
|
|
Масса
|
•
чувствительного элемента:
•
датчика в сборе:
|
2.4. Датчик
излучения (цифровой дозиметр)
Датчик ионизирующего излучения (дозиметр) предназначен
для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.
Прибор может использоваться для измерения уровня
альфа-, бета- и гамма-излучения. Так как прибор оснащен собственным экраном, то
его можно использовать независимо от компьютера и других устройств фиксации
данных в полевых условиях для определения уровня радиации.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазоны
измерений
|
•
Х1: 0 - 0,5 мР/ч; 0 - 500 циклов/мин (СРМ);
•
Х2: 0 - 5 мР/ч; 0 - 5000 циклов/мин (СРМ);
•
Х3: 0 - 50 мР/ч; 0 - 50000 циклов/мин (СРМ)
|
|
Чувствительность
|
1000 циклов/мин/мР/Ч относительно цезия-137
|
|
Точность
|
•
при визуальной калибровке: ± 20 % от полной шкалы;
•
при инструментальной калибровке: ± 10 % от полной шкалы
|
|
Калибровка
|
применяется
Цезий-137
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
0
- 50 °С
|
|
Электропитание
|
•
элемент питания (9В);
• средний срок лужбы элемента питания: 2000
часов при нормальном уровне фоновой радиации
|
|
Тип
чувствительного элемента
|
галогеновый
счетчик Гейгера-Мюллера
|
|
Материал
торцевой пластины
|
слюда
(LND 712)
|
|
Плотность
слюдяной пластины
|
1,5
- 2,0 мг/см2
|
|
Энергочувствительность
|
•
альфа-излучение: до 2,5 МэВ (стандартная эффективность улавливания при
3,6 МэВ выше 80%);
•
бета-излучение: 50кэВ (стандартная эффективность улавливания - 35 %);
•
гамма- и рентгеновское излучение:
– до 10 кэВ (через торцевое окно);•
– 40 кэВ (через корпус)
|
|
Длина
кабеля
|
|
|
Габариты
|
38
× 62 ×
|
|
Масса
|
|
2.5. Датчик концентрации
нитрат-ионов
Датчик
концентрации нитрат-ионов предназначен для измерения концентрации нитрат-ионов
(NO3) в пробах воды. Он
может применяться при аналитическом контроле различных объектов (воды, пищевых
продуктов и сырья), а также для проведения изучения качества воды.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон измерения
|
0,10 - 14,000 мг/л (от 7×10-6
до 1,0 моль/л)
|
|
Точность
|
0,7% от показаний (0,10 ± 0,0007 или
14000 ± 98 мг/л)
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Рабочий диапазон pН
|
2,5
- 11
|
|
Рабочий диапазон
температур
|
От
0 до 50ºС (без температурной компенсации)
|
|
Сопротивление
электродов
|
1
- 4 МОм
|
|
Примерные
калибровочные данные
|
•
тестовый раствор высокой концентрации (NaNO3, 100 мг/л): 1,6 В;
•
тестовый раствор низкой концентрации (NaNO3, 1 мг/л): 2,4 В.
|
|
Минимальное погружение
|
|
|
Габариты
|
•
длина электрода: 155мм;
•
диаметр корпуса:
• диаметр крышки:
|
|
Длина кабеля
|
|
2.6. Датчик оптической плотности (колориметр)
Датчик предназначен для измерения оптической плотности
и коэффициентов пропускания жидкостей и жидкостных растворов. Его также можно
использовать для определения концентрации веществ в растворах.
Колориметр
– это оптический прибор для измерения концентрации веществ в растворах,
действие, которого основано на свойстве окрашенных растворов поглощать
проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация
окрашивающего вещества
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерения оптической плотности
|
0 - 3
|
|
Рабочий
диапазон измерений
|
оптическая плотность от 0,05 до 1,0; коэффициент пропускания - от 90 до
10 % Т
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Спектральные
диапазоны длин волн светодиода
|
фиолетовый -430 нм;
синий -470 нм;
зелёный -565 нм;
красный -635 нм
|
|
Параметры
источника тока
|
40 мА;
25 мВ
время срабатывания - не
более 700 мс
|
|
Диапазон
выходного напряжения
|
0 - 4 В
|
2.7. Датчик оптоэлектрический
Датчик предназначен для
измерения интервалов времени прохода движущихся предметов (тел). Обеспечивает
точное обнаружение объектов без физического контакта с ними
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Параметры
инфракрасного излучателя
|
пиковое
значение при 880 нм
|
|
Параметры источника
тока
|
5
В; 40 мА
|
|
Габариты
|
133 × 22 × 69 мм
|
|
Ширина створа
|
|
|
Длина кабеля
|
|
|
Масса
|
|
2.8. Датчик освещённости
(люксметр)
Датчик предназначен для измерения освещенности,
создаваемой различными источниками.
Используется для различных проектов и исследовательских
работ:
·
по изучению
отражения света и отражательной способности поверхностей;
·
по изучению
поляризационных светофильтров;
·
изучению
солнечной энергии;
·
для
демонстрации мерцания люминесцентных ламп;
·
по
определению естественной освещенности и освещенности, создаваемой источниками
искусственного освещения, и др.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазоны
измерений
|
•
0 - 600 лк;
•
0 - 6000 лк;
•
0 - 150000 лк
|
|
Точность
измерений
|
•
0,2 лк в диапазоне 0 - 600 лк;
•
2 лк в диапазоне 0 - 6000 лк;
• 50 лк в диапазоне 0 - 150000 лк
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
0 - 70 ºС
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Габариты
|
•
щупа датчика:
•
активной части провода:
|
|
Длина
кабеля
|
|
|
Масса
|
|
2.9. Датчик растворенного кислорода (О₂)
Датчик растворенного кислорода должен быть
предназначен для измерения концентрации растворенного кислорода (O₂) в воде и водных
средах. Его можно было бы использовать при проведении различных экспериментов
как в лабораторных условиях, так и на улице.
Растворенный в воде кислород – один из важных
факторов, определяющих качество водной среды, напрямую связанный с
жизнедеятельностью организмов
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
0 - 15
мг/л
|
|
Точность
измерений
|
± 2 мг/л
|
|
Время
отклика
|
0 с (95%
измеряемой величины);
45 с
(98% измеряемой величины)
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
5-
|
|
Минимальный
поток пробы
|
20 см/с
|
|
Габариты
|
|
|
Длина
кабеля
|
|
|
Масса
|
|
2.10. Датчик скорости потока жидкости
Датчик предназначен для измерения скорости воды в
водоемах для изучения стока, режима
течения, перемещения осадочных пород ручья, канала или реки.
При изучении русла ручьёв и рек исследователей волнует
не только скорость течения реки, но и влияние течения на структуру дна,
формирование русла и другие гидрологические параметры.
Датчик скорости потока жидкости поможет
исследователям ответить на эти и многие другие вопросы:
·
одинакова ли
скорость течения потока в случае ламинарного и турбулентного течения?
·
если сделать
«срез» потока в определённом месте, одинакова ли скорость течения реки во всех
участках этого «среза»?
·
как выглядит
карта течения потока?
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
0 - 4,0
м/с
|
|
Погрешность измерений
|
± 1 %
полной шкалы диапазона
|
|
Разрешающая
способность
|
• при
разрешении 13 бит: 0,0006 м/с;
• при
разрешении 12 бит: 0,0012 м/с;
• при разрешении 10 бит: 0,005 м/с
|
|
Разрешение
|
• ССД
(SensorDAQ): 13 бит;
• УИОД LabQuest, мини УИОД LabQuest
Mini, Go! Link: 12 бит.
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
от 0 до
|
|
Габариты
|
• длина
кабеля:
• длина
шеста в сборе: 1м;
• длина
системы (вместе с дополнительными секциями):
|
|
Данные
калибровки
|
• наклон:
1 м/с/В;
• точка
пересечения с осью ординат: 0 м/с
|
2.11. Датчик содержания О2
Датчик предназначен для измерения содержания
газообразного кислорода (содержание О2 в газе, а не в жидкости) в
различных экспериментах. В комплект входит также сосуд с крышкой объемом 250 мл.
Многие процессы в организме человека идут с выделением
кислорода. Кислород, содержащийся в воздухе – это основа метаболизма человека и
других живых существ. Датчик содержания кислорода в газах поможет провести
множество интересных экспериментов, проектных и исследовательских работ в
области дыхания человека, так как насыщенность воздуха кислородом является
важным условием для обитания живых
организмов.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
0 - 15
мг/л
|
|
Диапазон
рабочей влажности
|
0 - 95 %
|
|
Диапазон
рабочего давления
|
5 × 104
÷ 1.5 × 105 Па.
|
|
Диапазон
выходного сигнала
|
0 - 4,8
B DC, 2,7 - 3,8 B DC при 21% О2.
|
|
Точность
измерений
|
± 1%
объема кислорода
|
|
Время
прогрева
|
не менее
5 с
|
|
Время
срабатывания
|
12 с
(90% измеряемой величины)
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
5-
|
|
Минимальный
поток пробы
|
20 см/с
|
|
Габариты
|
длина
наибольший
внешний диаметр:
|
|
Масса
|
|
2.12. Датчик содержания СО2
Датчик предназначен для измерения содержания оксида
углерода (углекислого газа, СО2) в газах в биологических и
химических экспериментах, а так же в экологических исследованиях и изучении
физиологии человека.
Датчик содержания углекислого газа поможет изучать дыхание любых живых организмов: семян
и листьев растений, животных и человека. Можно измерять уровень содержания углекислого газа
даже при очень незначительных его концентрациях и небольших колебаниях его
значения.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
0 - 15
мг/л
|
|
Диапазон
рабочей влажности
|
0 - 95 %
|
|
Диапазон
рабочего давления
|
5 × 104
÷ 1.5 × 105 Па.
|
|
Диапазон
выходного сигнала
|
0 - 4,8
B DC, 2,7 - 3,8 B DC при 21% О2.
|
|
Точность
измерений
|
± 1%
объема кислорода
|
|
Время
прогрева
|
не менее
5 с
|
|
Время срабатывания
|
12 с
(90% измеряемой величины)
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
5-
|
|
Минимальный
поток пробы
|
20 см/с
|
|
Габариты
|
длина
наибольший
внешний диаметр:
|
|
Масса
|
|
2.13. Датчик температуры поверхности
Датчик предназначен для контактного измерения
температуры поверхностей различных объектов, при измерении температуры
небольших воздушных масс, а также - когда необходим гибкий датчик измерения
температуры.
Может быть использован только для измерения температуры в водной или воздушной среде.
Датчик температуры поверхности незаменим при изучении:
·
дыхания
человека, в том числе температуры выдыхаемого воздуха, исследования эффекта
согревания воздуха в носовых проходах;
·
температуры
поверхности кожи человека, даже в труднодоступных местах (например, на
поверхности уха или на коже головы!);
·
явлений
теплопередачи, конвекции, трения и т.п.
Датчик температуры поверхности может быть использован
для демонстрационных, лабораторных и исследовательских работ в области
биологии, физиологии и медицины, а так же при изучении физических и химических
процессов и явлений.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
от - 25
до + 125 ºС
|
|
Точность
|
не более ± 0,2 ºС при 0 ºС;
не более ± 0,5 ºС при 100ºС
|
|
Максимальная
допустимая температура
|
150 ºС
|
|
Тип
терморезистора
|
20 kQ
NTC
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Габариты
|
•
рабочая длина чувствительного элемента:
• длина контактов:
|
|
Масса
|
|
2.14. Датчик
частоты дыхательных движений (поясной тонометр)
Датчик предназначен для исследования
процесса дыхания человека (используется совместно с датчиком давления газа).
Достаточно обвязать датчик вокруг грудной клетки, накачать воздух и
изучать давление, связанное с расширением и сокращением груди во время процесса
дыхания.
Датчик частоты дыхательных движений
поможет вам при изучении:
·
дыхания
человека в период покоя и физических нагрузок;
·
процесса
внезапной задержки дыхания и резкого выдоха, восстановления дыхания после
физических нагрузок;
·
дыхания
людей, активно занимающихся спортом, в том числе плаванием, и дыхания обычных
людей;
·
сравнения
дыхания женщин и мужчин, учащихся разных возрастов;
·
связи
дыхания и частоты сердечных сокращений.
Технические
характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Габариты
|
950×100×25
мм
|
|
Масса
|
|
2.15. Датчик частоты сердечных сокращений (ЧСС) (пульсометр)
Датчик предназначен для оценки частоты сердечных
сокращений (ЧСС) человека. Ручной пульсометр идеально подходит для измерения
ЧСС до, во время и после физических нагрузок, а также для изучения частоты
сердечных сокращений человека в состоянии покоя.
Датчик позволяет проводить различные исследования и
отвечать на следующие вопросы:
·
Отличаются
ли ЧСС у различных людей? Какое показание можно считать нормой?
·
Есть ли
различия по ЧСС у людей, разных по уровню физической подготовки, возрасту, полу?
·
Как
изменяется ЧСС во время небольших физических нагрузок, как быстро
восстанавливается ЧСС после этих нагрузок?
·
Что такое
«барорецепторный рефлекс» и как он проявляется?
Технические
характеристики
|
|
Значение
|
|
Диапазон
устойчивого приёма
|
80 -
|
|
Частота
передачи сигнала
|
5 кГц ±
10 %.
|
|
Потребляемый
ток
|
30 - 55
мкА
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
0 - 60
ºС
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Габариты
|
950 ×
100 ×
|
|
Масса
|
|
2.16. Датчик уровня шума (35 - 130 дБ)
Датчик уровня шума должен
быть предназначен для измерения уровня шума. Он должен позволять измерять
уровень звукового давления в децибелах. А также может применяться для
мониторинга шума в окружающей среде и других акустических измерений. Датчик
может работать как автономное устройство, что должно позволять проводить
измерения уровня шума без подключения к компьютеру (в полевых условиях). Датчик
должен быть снабжен жидкокристаллическим экраном, отображающим результаты
измерения в режиме реального времени; должен имееть индикатор уровня заряда
батареи. Датчик должен быть снабжен ползунковым переключателем, позволяющим
выбирать режим измерения; должен имееть индикатор верхнего/нижнего предела
измерений, который должен сигнализировать об ошибке, если измеряемый уровень
шума выходит за пределы текущего диапазона. Датчик должен комплектоваться
специальной ветрозащитной насадкой, которая минимизирует попадание посторонних
шумов, а также защищает микрофон от пыли и мусора.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазоны измерений
|
режим 1 (Low): не менее от 35 дБ до 90 дБ;
режим
2 (High): не менее от 75 дБ до 130 дБ.
|
|
Частотный диапазон
|
от 31,5 Гц до 8000 Гц.
|
|
Разрешающая способность
|
0,1 дБ.
|
|
Точность
|
1,5 дБ ( 94 дБ при 1 кГц).
|
|
Корректирующие фильтры
|
А. С
|
|
Экспоненциальное усреднение
|
F, S
|
2.17. Датчик
ЭКГ
Датчик предназначен для проведения исследований
биоэлектрической активности сердца человека. С его помощью возможно проведение
анализа электрокардиологической картины работы сердца. Может быть использован
для оценки частоты сердечных сокращений (ЧСС) и определения ориентации оси
сердца.
Электрокардиография – это методика регистрации и исследования
электрических полей, образующихся при работе сердца. Прямым результатом
электрокардиографии является получение электрокардиограммы (ЭКГ) – графического
представления разности потенциалов, возникающих в результате работы сердца и
проводящихся на поверхность тела.
ЭКГ является
важным результатом диагностики работы сердца. Многие заболевания сердца
и функциональные расстройства могут быть выявлены путем проведения
электрокардиографии.
Используя датчик ЭКГ, можно:
·
узнать, что
такое ЭКГ, как она выглядит и что обозначают кривые на графиках ЭКГ;
·
узнать, как
выглядит ЭКГ в норме в состоянии покоя;
·
определить,
есть ли разница в ЭКГ в состоянии покоя и после небольших физических нагрузок;
·
определить,
влияет ли позиция тела (человек стоит, сидит, лежит) на ЭКГ;
·
определить,
влияет ли небольшая стимуляция сердечной деятельности типа выпитой чашки кофе
или кока-колы на ЭКГ.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Смещение
сигнала
|
≈1,00 В
(± 0,3 В)
|
|
Усиление
сигнала
|
1 мВ /
1В
|
|
Габариты
|
950 ×
100 ×
|
|
Масса
|
|
2.18. Датчик pH
Датчик предназначен для измерения уровня рН различных объектов.
Показатель кислотности (pH) – это один из самых
важных и интересных для изучения показателей в химии и биологии и медицине. Датчик pH легок в использовании и почти мгновенно позволяет измерить уровень
кислотности. Датчик не требует калибровки, ведь он уже настроен, и даёт точные
результаты измерений.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазоны
измерений рН
|
0
- 14 ед.
|
|
Выходное
напряжение
|
59,2
мВ / рН при 25 ºС.
|
|
Тип
электродов
|
Ag
/ AgCl.
|
|
Диапазон
рабочих температур
|
5 - 80 ºС
|
|
Разрешение
|
12 бит
|
|
Габариты
|
•
длина общая:
•
длина корпуса:
•
диаметр корпуса:
•
длина ручки:
•
диаметр ручки:
|
|
Масса
|
|
2.19. Инфракрасный термометр
Инфракрасный термометр предназначен для быстрого
бесконтактного (дистанционного) измерения температуры поверхности тел по их
собственному тепловому излучению. Действие датчика заключается в измерении
инфракрасного (теплового) излучения, исходящего от предметов.
Датчик
снабжен лазерным целеуказателем и цифровым дисплеем, что позволяет получать
результаты измерений как автономно, так и при подключении к компьютеру или
другому устройству
сбора данных. Инфракрасный
термометр способен измерить температуру там, где сложно провести измерение с
помощью контактных термометров: в труднодоступных местах и в местах,
находящихся под напряжением, при проведении химических реакций и при изучении
биологических объектов и объектов, созданных человеком.
Технические характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
измерений
|
от
-20 до +400 оС
|
|
Диапазон
рабочей температуры
|
от
|
|
Разрешающая
способность дисплея
|
|
|
Точность
|
±3%
от показаний или ±
5
|
|
Время
срабатывания
|
1 с
|
|
Ресурс
батареи
|
100
часов стандартно (без включения лазера и задней подсветки).
|
2.20. Спектрофотометр
Спектрофотометр предназначен для решения различных
задач спектроскопии видимого и ближнего ИК диапазонов, включая определение:
– спектральной поглощательной способности или
коэффициента пропускания раствора,
– спектра флуоресценции раствора.
Устройство позволяет выполнять сравнительные и
кинетические измерения.
Спектрофотометрия (абсорбционная) – это физико-химический метод
исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров
поглощения в ультрафиолетовой (200-400 нм), видимой (400-760 нм) и инфракрасной
(>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в
спектрофотометрии - зависимость интенсивности поглощения падающего света от
длины волны.
Спектрофотометр может быть использован:
·
при изучении
строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических
реагентов и др.),
·
для качественного
и количественного определения веществ (определения следов элементов в металлах,
сплавах, технических объектах и объектах биологического происхождения).
Спектрофотометр также поможет выполнить
колориметрические и флуоресцентные биопробы.
Технические
характеристики
|
Параметр
|
Значение
|
|
Диапазон
длин волн
|
380
- 950 нм
|
|
Спектральный
максимум длин волн для возбуждения флуоресценции (светодиодов)
|
•
405 нм
•
500 нм
|
|
Оптическое
разрешение
|
2,5
нм
|
|
Время
работы источника излучения
|
•
лампа накала - 8000 ч
• светодиоды - 10000 ч
|
|
Калибровка
|
одноточечная
|
|
Тип
детектора
|
ПЗС
|
|
Масса
|
|
|
Габариты
|
150×90×40
мм
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Минакова, Н.Н. Биофизика: пособие к практическим
занятиям / Н.Н. Минакова, Г.Г. Устинов. – Барнаул: Изд-во Алтайского ун-та, 2007. – 100с.
2.
Суранов,
А.Я. Разработка виртуальных приборов в пакете LabVIE: учебное пособие / С.Я.
Суранов. – Барнаул: Изд-во АГУ. 2003. –
100 с.
3.
Суранов. А.Я. «LabVIEW 7: справочник по функциям» / А.Я.
Суранов. – М.: ДМК Пресс, 2005. –
512 с.
4.
Устинов, Г.Г. Медицинская физика.
Физические процессы в организме человека:
учебное
пособие / Г.Г.
Устинов, В.В.Поляков. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2001. – 207 с.
5.
Устинов, Г.Г. Медицинская физика. Физические
методы и приборы в диагностике и лечении:
учебное
пособие /
Г.Г. Устинов, В.В.Поляков. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та,
2002. – 156 с.
6.
Шимко,. Е.А. Основы научно-исследовательской
деятельности* учебное пособие / Е.А. Шимко. – Барнаул:
Изд-во АГУ, 2007. – 75 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Датчик «Электрокардиограмма» (ЭКГ)
Принцип
работы :
1. Подключить ЭКГ датчик и интерфейс
к компьютеру.
2. Запустить программу excel, simple
logger или программу SC logger
Пример:
Подключить датчик и интерфейс к компьютеру. Затем, запустить программу «Еxcel».
Проверить «Установки ввода данных» часть из меню «Установки эксперимента»:
·
интервал измерения (сек) -0.02
·
время эксперимента (сек) - 60
·
периодичность повторения (N) - 20
Произвести
установку как показано на рисунке .
Кликнуть «Новая диаграмма» в
меню «Научный эксперимент»
Указать вид графика правой кнопкой
мышки. Выбрать вид дисперсии для графика.
Кликнуть «Начать эксперимент» в меню
«Научный экспкримент»
Форма
волн электродиаграммы. Форма волн электродиаграммы зависит от электрический
активации которая состоит из P, Q, R, S, T волн
Р-волна. Р-волна –
это электрическая подпись электрического тока, которая создает предсердное
сжатие. Оба и левое и правое сжатие одновременно могут показать аритмию. Имеет
отношение к совокупности QRS показывающая наличие сердечной блокировки.
Совокупность
QRS. Совокупность QRS соответствует электрическому току, который
является причиной сжатия левого и правого желудочка, который намного мощнее чем
артерия и влечет за собой работу мышечной массы. Это является результатом
наибольшего отклонения EKG. Волна Q представляет собой маленький горизонтальный
электричекий заряд, который проходит через межжелудочковую перегородку. Очень
широка и глубокая волна Q не имеет отношение к перегородке, но указывает на
инфаркт миокардо.
Волны R и S показывают сжатие
сердечной мышц. Аномалии в совокупности QRS могут указывать на bundle branch
block(when wide), вентикулярный источник тахикардии, желудочковая гипертрофия
или вентикулярные аномалии. Совокупность в перикардите обычно маленькая.
Т- волна. Т-волна
показывает диполляризацию желудочков. Совокупность QRS затемняет артриальную
диполляризацию волны так что обычно ее не видно. Электрически,
сердечно-мускульные клетки напоминают нагруженные пружины. Маленький импульс
дает им встать на место, они диполляризуются и затем возникает связь
Правила
фиксирования аппарата на человеке. Применяются все три электрода на
каждый предмет по одному. Электрод может быть использован вторично, но т.к он
впитывает в себя влажность не рекомендуется его повторное
применение. Распечатанный электрод должен храниться в холодильнике в
герметичном контейнере. Но при следующем хранении, электрод не может применяться
более одного года.
1. Электрический сигнал.
производимый сердцем и отраженный на интерфейсе, так мал, очень важно что бы
электрод плотно прилегал к коже.
2. Удалить защитную пленку с
электрода. Закрепить его на внутренней стороне локтя.
3. Закрепить второй электрод на
правое запястье.
4. Закрепить третий электрод на
левое запястье.
5. Соединить электрод от сенсора к
наконечнику кромки электрода.
6. Соединить белый зажим на правый
локоть
7. Соединить красный зажим на правое
запястье.
|
|
|
8. Соединить синий зажим на левое запястье.
Датчик можно применять при
осуществлении различных экспериментов:
1. Monitor resting EKG
2. Изучение волн P, Q, R, S и T
3. Наблюдение EKG после выполнения
легких упражнений
4. Изучение EKG в разных положениях
тела
5. Изучение EKG изменнеия песле
принятия активизирующих напитков
Наблюдение
ЭКГ после выполнения легких упражнений
При помощи датчика EKG, произвести
запись нахождения человека в сосотоянии покоя. Затем отсоединить приводы
датчика от электрода и продолжать производить измерения.
Затем после нескольких минут
пробежки, снова подключить приводы датчика к электроду после окончания пробежки
и записать новые данные. Затем сравнить новые данные с предыдущими.
Изучение
ЭКГ в разных положениях тела
Сначала записать данные при
неподвижном подожении тела. Затем состоянии лежа, сидя и стоя. Сравнить результаты.
Изучение
ЭКГ измерения после принятия тонизирующих напитков.
Сначала записать данные при
неподвижном положении тела. Выпить два стакана кофе, колы или энергетика,
сравнить полученные результаты.
Комментариев нет:
Отправить комментарий