Датчики

Датчики (в медицине) — это специальные технические устройства, преобразующие одни физические явления в другие в эквивалентных величинах.

В медицине и биологии чаще применяют датчики, преобразующие механическое смещение, интенсивность света, температуру и другие физические величины в электрические сигналы. Датчики обычно малого размера, небольшого веса, дают возможность вести телеметрические наблюдения и регистрацию, позволяют измерять малые и быстро меняющиеся величины. Все датчики по конструкции и принципу преобразования входного сигнала в электрический делятся на динамические и статические.

Среди динамических датчиков широко используются пьезоэлектрические и электродинамические. Пьезоэлектрические датчики используют для регистрации различных процессов, связанных с перемещением и вибрацией частей тела (пневмография, пульсография, механокардиография, сфигмография). К динамическим датчикам относится и термопара, используемая для измерения температуры органов и тканей (рис. 1).



Рис. 1. Термопара (1) и термобатарея (2)


Рис. 2. Схема электродинамического датчика: 1 — тяга; 2 — подвижный магнит; 3 — индукционная катушка; 4— управляющая пружина.
Рис. 3. Схема емкостного датчика Хансена: 1 — выходной кабель; 2— изоляция; 3 — неподвижная пластина конденсатора; 4 — подвижная пластина конденсатора; 5 — место приложения давления


Рис. 4. Схема механоэлектронного датчика (механотрон): 1 — гибкая металлическая диафрагма; 2 — стержень; 3 — подвижный анод; 4 — сетка; 5 — катод; 6 — металлическая оболочка, соединенная с анодом. Рис. 5. Схема фотоэлектрического датчика: 1 — фотокатод; 2 — анод


Электродинамические датчики (рис. 2) используют для регистрации различного рода перемещений частей тела (баллистокардиография, динамокардиография).

Статические датчики, в отличие от динамических, имеют внешний источник питания. Являясь управляемым элементом электрической цепи, они преобразовывают незначительное воздействие от объекта в большой выходной электрический сигнал. Управляемыми элементами схемы могут быть сопротивление, индуктивность и емкость. В соответствии с этим различают датчики резисторные (омические), индуктивные и емкостные.

К омическим датчикам относятся угольный микрофон; тензометр для регистрации напряжений; термистор для регистрации температуры. В устройстве последнего использован принцип изменения сопротивления окислов некоторых тяжелых металлов при перемене температуры, что позволяет определять ее с высокой степенью точности.

Чаще всего используют емкостные датчики, обладающие высокой чувствительностью к различного рода перемещениям и работающие на изменении емкости конденсатора при изменении расстояния между его пластинами. Ими пользуются для регистрации различных перемещений, возникающих в органах и тканях,— перемещения конечностей, движения крови по сосудам, кровяного давления (рис. 3).

К особым видам датчиков относятся механоэлектронный — механотрон (рис. 4) и оптикоэлектронный — фотоэлектрический (рис. 5), основанные на изменении плотности потока электронов между электродами электронной лампы или транзистора.   В  механотронах   это достигается изменением расстояний между подвижным анодом и катодом. Они очень чувствительны и используются для регистрации механических колебаний очень малой амплитуды (пульсация клеток, колебания стенок капилляров). В качестве фотоэлектрического датчика используют фототранзистор или фотоэлемент, регистрирующий изменения плотности светового потока, исходящего от объекта или проходящего через него (фотометрия различных тканей при их гистологическом исследовании, оксигемометрия — определение насыщения крови кислородом).