Методи вимірювання частоти серцевих скорочень

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

АНОТАЦІЯ

В даній курсовій роботі проаналізовані методи вимірювання частоти серцевих скорочень від найпростішої методики намацуванням біля основи кистей рук до аналогових та цифрових методик.

Також розроблені структурна та функціональна схеми пульсоміру - приладу для вимірювання частоти серцевих скорочень.

Проведено розрахунок теплового режиму пристрою з урахуванням розрахунку габаритних розмірів пристрою та проведено моделювання теплового режиму пристрою.



ВСТУП

Метою даної курсової роботи є визначення методик вимірювання частоти серцевих скорочень, тобто вимірювання пульсу від найпростішої методики намацування пульсу у людини біля основи кистей рук до аналогових та цифрових методик. Розглянуті основні методики та прилади, що виконані за допомогою цих методик, а саме різні варіації пульсометрів (нагрудний ремінь, пульсометр-годинник, пальцевий фото плетизмограф, ЕКГ апарат).Цифрові методи вимірювання частоти є безпосередніми, тобто частота вимірюється як число імпульсів за фіксований проміжок часу.

В даний час дуже актуально мати при собі пульсометр особливо людям з хворобами серця, яким потрібен постійний контроль за частотою серцевих скорочень, щоб передбачити погіршення стану здоров`я. Пульсометри також необхідні для спортсменів, щоб покращити ефективність тренувань та щоб не перевантажувати свій організм. Чергувати навантаження та відпочинок, що дуже важливо для людського організму.

Також створені структурна та функціональна схеми приладу та їх опис. Зазначення технічних характеристик приладу.Велике значення для поліпшення характеристик медичних приладів має можливість їх дослідження шляхом комп'ютерного моделювання. Більшість сучасних пульсометрів мають функцію передачі даних від приладу до комп`ютера. Використовують дротову передачу чи бездротову.

Проведена розводка плати за допомогою програмного середовища Diptrace. Здійснений розрахунок та моделювання теплового режиму пристроюза допомогою програмного комплексу ТРиАНА. Додані рисунки з зображенням теплового режиму для деталей плати пристрою.

пульсомір серцевий скорочення прилад



1. МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ПУЛЬСУ

Серце -- кровоносна система кровоносної системи людини, який наганяє кров в артеріальну систему і забезпечує її повернення по венах. У деяких плазунів (крокодил), птахів, ссавців і людини серце -- порожнистий орган, що складається з 4 камер: праве і ліве передсердя, правий і лівий шлуночки. Биття серця контролюється автономною нервовою системою, внутрішнім контролюючим органом є синоатріальний вузол. Імпульси якого провідною системою серця передаються від передсердь до шлуночків.[2]

Нервова регуляція роботи серця

У порожнині серця і в стінках великих судин розташовані рецептори, що сприймають коливання тиску крові. Нервові імпульси, що приходять від цих рецепторів, викликають рефлекси, що налаштовують роботу серця до потреб організму. Імпульси-команди про перебудову роботи серця поступають від нервових центрів довгастого мозку і спинного мозку. Парасимпатичні нерви передають імпульси, що знижують частоту сердечних скорочень, симпатичні нерви доставляють імпульси, що підвищують частоту скорочень. Будь-яке фізичне навантаження, що супроводжується підключенням до роботи великої групи м'язів, навіть проста зміна положення тіла, вимагає корекції роботи серця і може збудити центр, який прискорює діяльність серця. Больові подразники і емоції також можуть змінити ритм роботи серця. Позитивні емоції прискорюють роботу серця, негативні, - знижують його працездатність. [2]

Частота серцевих скорочень

Поняття "Частота сердечних скорочень" і "частота пульсу"

В сучасній літературі під поняттям частоти сердечних скорочень може також фігурувати і частота пульсу. Хоча у великій кількості літератури коли говорять про число ударів в хвилину, то розрізняють поняття "Частота сердечних скорочень" і "частота пульсу". Частота сердечних скорочень - це кількість ударів серця в хвилину, яке вимірюється, наприклад, ЕКГ. Частота пульсу - це кількість імпульсів крові, що виникають в артерії за одну хвилину. Частота пульсу найчастіше вимірюється на зап'ясток, шиї або в паховій області. Частота сердечних скорочень і частота пульсу можуть бути різними. Якщо частота сердечних скорочень і частота пульсу різні, то можна говорити про порушення ритму і робити висновки про певні хвороби. [2]

Взагалі, пульс (Частота сердечних скорочень, ЧСС) - синхронне із скороченням серця періодичне розширення кровоносних судин, видиме оком і визначуване на дотик. При кожному сердечному скороченні артерії пульсують, коли кров проштовхується через них. (Пульс - хвиля коливань, що поширюються по стінках аорти, і що виникають при скороченні лівого шлуночку серця.) [2]

Нормальна частота сердечних скорочень

Частота сердечних скорочень залежить від віку, навантажень і індивідуального обміну речовин. Пульс здорового нетренованого чоловіка в стані спокою - 60-75 ударів в хвилину, жінки - 75-80. При частоті сердечних скорочень за межами 100 ударів за хвилину вимагається медичне обстеження. У людей, що займаються видами спорту, що вимагають витривалості, частота сердечних скорочень складає усього біля 45 - 60 ударів в хвилину. [2]

При фізичному навантаженні, зміні емоційного стану, а також при пов'язаних з дефіцитом гемоглобіну в крові і інших захворюваннях частота пульсу збільшується, оскільки організм людини стандартно реагує на вимогу органам і тканинам підвищеного кровопостачання збільшенням сердечних скорочень. [2]

На частоту пульсу впливає також зростання (зворотна залежність - чим вище зростання, тим менше як правило кількість сердечних скорочень в хвилину), вік (пульс новонародженої дитини в стані спокою дорівнює 120-140 ударам в хвилину, і тільки до 15 років досягає норми), стать (у чоловіків в середньому пульс дещо нижчий, ніж у жінок), натренованість організму (при схильності організму постійним активним фізичним навантаженням пульс в стані спокою зменшується). У професійних спортсменів пульс до навантаження - 40-50 ударів в хвилину. Потім - 90-100. У нетренованих пульс після підняття 7 кг гантелей 100-120 ударів в хвилину. Після нетривалого бігу 120-150 ударів в хвилину. А після серйозної фізичної напруги, такої, як тривалий біг, сильне навантаження на м'язи і тому подібне пульс може досягати 150-205 ударів в хвилину. [2]

Орієнтовне значення максимальної частоти пульсу розраховується по формулі: 220-вік = максимальна частота сердечних скорочень. Значно точніші результати дає тест з навантаженням: після розминки пробігти з максимальною швидкістю 3- 2 хвилини, з паузою в одну хвилину. При цьому вимірюйте пульс.

Дляконтролю якісних характеристик пульсу і сатурації киснем артеріальної крові використовують метод пульсометрії. [2]

Вимірювання частоти серцевих скорочень (методики вимірювання)

Найпростіше пульс визначають намацуванням трьома пальцями біля основи кистей рук зовні над променевою кісткою або на підставі скроневих кісток. Зазвичай пульс рахують протягом 6, 10 і 15 секунд і множать відповідно на 10, 6 і 4 (рахунок протягом 6 секунд застосовують на висоті навантаження), але слід враховувати, що частота пульсу міняється, через це результат може відрізнятися, тому краще відлічити повну хвилину. [2]

Оскільки ЧСС має фізичний зміст частоти - кількості коливань (ударів) за певний проміжок часу, для визначення оптимального методу вимірювання потрібно спочатку розглянути існуючі методи вимірювання ЧСС. Умовно їх можливо поділити на дві групи - аналогові та цифрові. Аналогові методи дають деяку залежність якоїсь фізичної величини (наприклад, напруги) від частоти. Суть полягає в тому, що вимірюється саме ця інша фізична величина, а про значення частоти робиться висновок в залежності від виміряного значення цієї фізичної величини. Таким чином, аналогові методи є непрямими методами вимірювання. Єдиним винятком є метод порівняння за допомогою фігур Ліссажу, який найбільш зручний для кратних частот. [2]

Цифрові методи вимірювання частоти є безпосередніми, тобто частота вимірюється як число імпульсів за фіксований проміжок часу. [2]

Велике значення для поліпшення характеристик медичних приладів має можливість їх дослідження шляхом комп'ютерного моделювання. Існує безліч методів та приладів для вимірювання частоти серцевих скорочень.

1.1 Пульсометрія

Дану методику використовують сучасні пульсометри. Найбільш відомі фірми, що випускають пульсометри це Sigma, Beuer,PyleIPolar.

Пульсометр дозволяє визначити такі властивості артеріального пульсу як частота, ритмічність, наповнення пульсу, напруга і висота пульсу, відобразити інформацію в реальному масштабі часу на екрані дисплея, а також передати інформацію для подальшої обробки даних. [1]

Сучасні пульсометри розрізняються по способу передачі даних: на проводні та безпровідні. В проводних пульсометрах передача здійснюється через дріт, але він не є зручним і практичним, однак при цьому, апарат стійко працює при високому ступені радіоперешкод. Останнім часом велику популярність серед користувачів отримує бездротовий пульсометр. Дані від датчика передаються по радіоканалу як в аналоговому так і цифровому вигляді. Недоліком є необхідність зміни елементів живлення, а також порушення передачі даних в умовах сильних радіоперешкод. [3]

Сенсорні пульсометри

Пульс вимірюється за допомогою пальцевого сенсора, вбудованого в годинник. Щоб виміряти пульс, треба доторкнутися пальцем до металевої пластини на годиннику. Це займе приблизно 5-8 секунд. Як бачите, в сенсорних пульсометра немає нагрудного ременя і це, мабуть, їх головна перевага. Однак є й недоліки:

По-перше, через відсутність безперервного вимірювання пульсу можна запросто пропустити момент небажаного виходу з цільової зони пульсу. [13]

По-друге, для вимірювання пульсу вам треба використовувати обидві руки.

Сенсорні пульсометри ідеально підходять для спортивної ходьби, прогулянок, а також для тих, кому необхідно контролювати частоту серцевих скорочень час від часу протягом усього дня. [13]

Приклади сенсорних пульсометрів: Beurer PM15, PM18.[13]

Пульсометри з нагрудним ременем

У пульсометра цього типу на нагрудному поясі є електроди і кардіопередатчик, які вловлюють серцебиття і передають радіосигнал до годинника. Пульсометри з ременем мають ряд переваг: Пульс вимірюється безперервно протягом всього тренування - це значить, ви відразу дізнаєтеся, коли пульс став занадто високим або низьким, і тут же приймете заходи - збільшите або знизите темп; Ваші руки не задіяні у вимірюванні пульсу - можете займатися на тренажерах, брусах, з гантелями або штангою, кататися на лижах, роликах або велосипеді; Пульсометри з нагрудним ременем дуже багатофункціональні - ви зможете налаштувати цільову пульсову зону (наприклад, зону спалювання жиру для схуднення), включити сигналізацію при виході з цієї зони, стежити за витратою калорій під час тренування, а в бігових пульсометра будете контролювати швидкість, відстань і навіть кількість кіл, які пробігли на стадіоні; На біговій доріжці або орбітрек ваш пульс дублюється на дисплеї тренажера за умови, що пульсометр з аналоговою передачею даних; Величезні можливості аналізу результатів: від отримання простого звіту про останньому тренуванні - і до детального аналізу і планування на комп'ютері (залежно від моделі пульсометра). [13]

У пульсометрів з нагрудним ременем всього один недолік - нагрудний ремінь. Незважаючи на те, що зараз виробники роблять ремені максимально комфортними - невеликими, легкими, еластичними, одним словом такими, щоб забути про їх існування, все ж було б краще займатися зовсім без ременя.

При виборі пульсометра зверніть увагу на його функціональність - наприклад, для бігу краще підібрати пульсометр з опцією підрахунку кіл, вимірювання швидкості та відстані, а для їзди на велосипеді - з кріпленням на кермо. В цілому пульсометри з нагрудним ременем підходять для всіх видів спорту.

Пульсометри з нагрудним ременем - це класика і їх абсолютна більшість: пульсометри Suunto, Sigma, практично всі пульсометри Beurer. [13]

Пульсометри на зап'ясті

Такі пульсометри вимірюють пульс безпосередньо на зап'ясті за допомогою електронно-оптичного сенсора, розташованого на внутрішній поверхні годин. Ця інноваційна технологія дає очевидну перевагу - безперервне вимірювання пульсу за відсутності нагрудного ременя. Власне, звідси і головні достоїнства пульсометрів на зап'ясті: Постійний контроль пульсу; Повна свобода рухів без ременя, плюс - немає потрібні його знімати-одягати до і після тренування; Пульсометр можна використовувати як звичайний годинник, а для початку зчитування пульсу досить натиснути кнопку; При сполученні зі смартфоном або іншим сумісним пристроєм можна стежити за швидкістю, темпом, витратою калорій, маршрутом, а також аналізувати і планувати тренування; Використовуються у всіх видах спорту. [13]

Враховуючи вищесказане, і факт стрімкого зростання популярності пульсометрів на зап'ясті, можна припустити, що саме за ними майбутнє.

Серед недоліків треба відзначити поки ще невеликий асортимент цього виду пульсометрів. На сьогоднішній день в Україні представлений тільки один виробник - Mio Alpha. Цим обумовлена ??і досить висока ціна. Крім того, функціональність нижче, ніж у класичних пульсометрів з ременем. Втім, враховуючи високий попит і регулярний вихід нових програм для MIO Alpha, можна сподіватися, що в недалекому майбутньому ці мінуси будуть усунені.

Пульсометри з нагрудним ременем - це класика і їх абсолютна більшість: пульсометри Suunto, Sigma, практично всі пульсометри Beurer. [13]

Пульсометр складається з датчика інфрачервоного випромінювання, підсилювача та вимірювального пристрою. Джерело і приймач ІЧ-випромінювання встановлені зверху приладу під пластмасовою кришкою. Якщо на неї натиснути пальцем, то мікрокнопка , що знаходиться під нею включає живлення і світлодіод направляє на палець ІЧ-випромінювання. Підшкірні капіляри відображають це випромінювання на приймач - фотодіод. Коли кров наповнює капіляри, вони розширюються, поглинаючи ІЧ-випромінювання. При звуженні судини відбувається відображення випромінювання. [6]

Сигнал з фотодіода надходить на двухкаскадний підсилювач, виконаний на інтегральних мікросхемах. У першому каскаді включений між інвертуючим і неінвертуючим входами операційного підсилювача. Тому постійна напруга на фотодіоді не перевищує 3 мВ.[6]

Амплітуда імпульсної напруги на виході залежить від багатьох факторів, але зазвичай вона не перевищує 10 мВ. Тому основне посилення забезпечує операційний підсилювач, у якого в ланцюзі зворотного зв'язку включено Т-подібне з'єднання резисторів, еквівалентний одному резистору зворотного зв'язку опором 52 МОм.

Для подавлення паразитної частоти 50 Гц, що виникає на виході підсилювача через проникнення світла штучних джерел крізь палець на фотодіод, застосовані два фільтра. [6]

Імпульси позитивної полярності з виходу через узгоджувальний повторювач, що виконаний на транзисторі, надходять на вхід тригера Шмітта, зібраного на двох логічних ТТЛ-елементах. Для запобігання помилкових спрацьовувань тригер Шмітта - стробований. Строб з виходу очікуючого одновібратора подається на вивід 2 двухвходового логічного елемента. Вихідні імпульси формуючого тригера, пройшовши через диференціювальний ланцюжок, запускають очікуючий режим одновібратор, зібраний на логічних елементах, який виробляє калібровані імпульси тривалістю 200 мс. До цього одновібратора підключені: інвертор на транзисторі з світлодіодом в колекторному ланцюзі, що відображає биття серця та двокаскадна схема вимірювача частоти пульсу. Щоб зменшити габарити пульсоміра, у ньому застосований стрілочний прилад на 1 мА і двухтранзисторна схема вимірювання частоти методом заряду і розряду конденсатора. Частота пульсу, а отже, і частота проходження імпульсів очікуючого одновібратора визначає величину струму, що протікає через вимірювальний прилад. Зі збільшенням частоти імпульсів конденсатор буде заряджатися до більшої напруги, і стрілочний прилад покаже більше значення. Заряджений ланцюг конденсатора проходить через відкритий транзистор і резистор. Зважаючи на низьку частоту пульсу (1-2 Гц) і великої величини ємності, стрілка вимірювального приладу досягає свого сталого значення тільки після 10 імпульсів, здійснюючи невеликі коливання біля нього.[6]

Наступним я використаю пульсометр на базі п`єзоелектричного датчика тиску.

Застосування п`єзолектричного датчика тиску забезпечує значне зменшення габаритів пристрою та енергоспоживання, підвищує надійність виробу.[4]

Розглянемо компонувальну схему пристрою, який призначений для реєстрації тиску пульсової хвилі.

Пульсометр містить корпус, п'єзоелемент, індикатор, інтерфейс.

П'єзоелемент виконаний у вигляді радіально поляризованого циліндра і жорстко з'єднаний з корпусом клейовим прошарком, товщиною не більше 20 мкм. Клейовий шов забезпечує безперервність зсувів між корпусом і п'єзоелементом. Зовнішній тиск діє на торець і бічні поверхні корпусу, деформація якого передається на п'єзоелемент, що генерує заряд, пропорційний тиску. Інформаційний сигнал через кабель надходить у систему обробки. Принцип дії пульсометра полягає в передачі електронних сигналів роботи серця, які виникають завдяки його скорочень або ударам, від датчика до приймаючого пристрою, який і обробляє їх. У результаті на дисплеї з'являється значення частоти серцевих скорочень.[4]

Схема нормалізації сигналу складається з ідентичних активних фільтрів нижніх частот з частотою зрізу близько 2,5 Гц. Це означає, що максимальне вимірюється значення пульсу становить 150 ударів на хвилину. Операційний підсилювач, використовуваний в схемі - здвоєний операційний підсилювач, що працює від однополярного джерела напруги. Вихідний сигнал має розмах рівний напрузі живлення. Фільтрація сигналу необхідна для блокування високочастотного шуму. Мікроконтролер працює на тактовій частоті 4 МГц, в якості джерела тактової частоти застосований кварцовий резонатор. Мікроконтролер активізує передачу імпульсів. Величина пульсу по закінченню вимірювання відображається на індикаторі [5].

1.2 Фотоплетизмографія

Методфотоплетізмографії заснований на реєстрації оптичноїщільності досліджуваної тканини (органа). Плетизмографіядозволяєвідстежувати важливігемодинамічні показникиорганізму (частоту серцевих скорочень, об'ємнушвидкість кровотоку, ударний викидта ін...)не порушуючи йогоцілісності,а в разіфотоплетізмографії, - навіть безнеобхідності організаціїбезпосереднього контакту зтілом пацієнта.

Фотоплетизмограф - це прилад, який визначає зміну розміру органів людини за допомогою фоточутливих елементів, він також може використовуватися для вимірювання пульсу. У цьому випадку реєструєтьсязміна інтенсивності світла від штучного джерелачерез проходження пульсової хвилі. Як правило, для реєстрації використовуються остання фаланга пальця, мочка вуха, зап'ястя або скроня голови.Дуже часто принцип фотоплетізмографії застосовується в різних спортивнихаксесуарах.[7]

Для реєстрації фотоплетизмограми потрібні джерело світла і фотоприймач. Джерелом зазвичай служить світлодіод, а приймачем - фототранзистор або фотодіод. Світло, що випромінюється джерелом, поглинається тілом людини. У першому наближенні можна сказати, що ступінь поглинання залежить від кількості крові в тій точці тіла, де знаходиться датчик. При зміні кількості крові, змінюється поглинання світла і сигнал на виході фотоприймача. По відношенню один до одного джерело і приймач можуть розташовуватисядвома способами. Ці способи називаються «на віддзеркалення» і «напросвіт». У разі «на віддзеркалення» приймач і джерело розташовуються в однійплощині. Світло від джерела потрапляє на шкіру, частковопоглинається і, відбиваючись, потрапляє на приймач. Чутливий елемент складаєтьсяз друкованої плати, знапаяними на неї фототранзистором і світлодіодом. Дріт йдедо вимірювальної коробочки. [7]

Сигнал з фотоприймача надходить на схему посилення і фільтрації. Резистори задають струм світлодіода і робочу точку фототранзистора відповідно.Розділовий конденсатор забирає постійнускладову, яка виникає через освітленість приміщення, де відбувається вимірювання.Підтягуючий резистор зрушуєнапругу в позитивну область (так як підсилювач однополярний). Напруга зсуву подається також в зворотньому зв'язку підсилювача,щоб уникнути насичення. Після посилення сигнал надходить на ще один розділовий каскад, щоб остаточно забрати напругузсуву. Потім відбувається оцифровка даних за допомогою аналогово цифрового перетворювача.[7]

Датчиком реєстрації зміни кровотоку в судинах є спеціальна прищепка, яка містить інфрачервоний випромінювач - світлодіод і приймач - фотодіод. Між випромінювачем і приймачем розташовується палець пацієнта.[8]

Фотодsод підключений безпосередньо до входу диференціального підсилювача з високоомним входом, що забезпечує надійне подавлення синфазної перешкоди, створеною промисловою електромережею.[8]

Всі каскади підсилювача сигналу фотодіода побудовані на операційних підсилювачах з високим вхідним опором і низьким значенням дрейфу нуля, наприклад - TL064. Схемотехніка каскадів підсилювача не відрізняється від класичних, побудованих за допомогою диференціальних, інвертуючих і неінвертуючий ступенів.[8]

Даний прилад оснащений автоматичним регулюванням посилення і зсуву нуля, так як рівень сигналу залежить від індивідуальних особливостей пацієнта. Корекція автоматичного регулювання посилення і рівень сигналу здійснюється програмно і дозволяє адаптувати рівень вимірюваного сигналу під динамічний діапазон вхідних напруг. Адаптація має на увазі використання не менше 70% шкали. [8]

Макет пристрою має два типи підсилювачів: низькочастотний і високочастотний (40 кГц), що дозволяє провести порівняння якості підсиленого сигналу методом прямого посилення (без використання модулюючого коливання) і за допомогою амплітудної модуляції (модулятор - система судин і капілярів із змінним кровонаповненням). Після порівняльного аналізу двох видів підсилювачів встановлено, що при дотриманні загальних радіотехнічних правил монтажу електронних компонентів (з'єднання аналогової і цифрової «землі» в одній точці, використання фільтрів в ланцюгах живлення підсилюючих приладів) різниці в якості підсиленого сигналу немає.[8]

Пристрій базується на 8-ми розрядному мікроконтролері з RISC архітектурою ATMega16. Вибір мікроконтролера обумовлений широкою функціональністю і прийнятною вартістю. [8]

Візуалізація графіка пульсової хвилі, варіабельності і всіх вимірюваних і обчислюваних параметрів проводиться за допомогою графічного рідкокристалічного індикатора WG12864.[8]

Пристрій оснащенийслотом дляSD-карти пам'яті, щодозволяє зберігатиданіна електронному носіїдляподальшого проведенняконтурногоаналізупульсової хвилівжена персональному комп'ютері.[8]

Програмні можливості приладу

Програма мікроконтролера розроблена в середовищі AVR Studio на мові С++ і складається з наступних модулів:

- Роботи з аналогово цифровим перетворювачем, що дозволяє міняти частоту дискретизації і керувати швидкістю розгортки на графічному рідкокристалічному індикаторі;

- Роботи з інтерфейсом SPI, який служить для обміну даними між пристроєм і стандартною картою пам'яті;

- Роботи з вбудованим універсальним асинхронним приймально-передавачем, який забезпечує безпосередній зв'язок з комп`ютером через перетворювач інтерфейсів USB-UART;

- Простий цифровий фільтр, який реалізує алгоритм змінного середнього по трьох точках: який згладжує випадкові імпульсні перешкоди і істотно (позитивно) впливає на якість знаходження максимумів і точок перегину пульсової хвилі;

- Обчислення амплітудних і тимчасових інтервалів.

- Роботи з рідкокристалічним індикатором, що забезпечує виведення графічної (графік функції і гістограму) і символьної інформації (знакогенератор для функцій друку рядка), налагоджені бібліотеки для роботи з рідкокристалічним індикатором фірми «WINSTAR»;

1.3 Електрокардіографія

Електрокардіограмфія (скорочено ЕКГ) -- це метод графічної реєстрації електричних явищ, які виникають у серцевому м`язі під час його діяльності, з поверхні тіла. Криву, яка відображає електричну активність серця, називають електрокардіограмою (ЕКГ). Таким чином, ЕКГ -- це запис коливань різниці потенціалів, які виникають у серці під час його збудження.[9]

Електрокардіографія є одним з основних методів дослідження серця і діагностики захворювань серцево-судинної системи. ЕКГ є незамінним у діагностиці порушень ритму і провідності, гіпертрофій, ішемічної хвороби серця. Цей метод дає можливість з великою точністю говорити про локалізацію вогнищевих змін міокарда, їх розповсюдженість, глибину і час появи. ЕКГ дозволяє виявити дистрофічні й склеротичні процеси в міокарді, порушення електролітного обміну, що виникають під впливом різних токсичних речовин. ЕКГ широко використовують для функціонального дослідження серцево-судинної системи. Поєднання електрокардіографічного дослідження з функціональними пробами допомагає виявити приховану коронарну недостатність, перехідні порушення ритму, проводити диференційний діагноз між функціональними та органічними порушеннями роботи серця.[9]

Структу расерцевого циклу

На ЕКГ серцевий цикл розділений на зубці та інтервали, кожен з яких відповідає певній фазі розповсюдження хвилі збудження у міокарді.

Зубець P відповідає деполяризації передсердь (макс 0,12 сек)

Інтервал P-Q -- поширення деполяризації до атріовентрикулярного вузла (проміжок часу від початку збудження передсердь до початку збудження шлуночків)

Шлуночковий комплекс QRS (макс 0,10 сек, але у 21 % населення діагностується розширення комплексу до 0,12 сек, яке не вважається патологією)складається з трьох окремих зубців Q, R, S і відображає розповсюдження збудження тканиною шлуночків.

Q -- перший негативне відхилення від ізоелектричної лінії

R -- перший позитивне відхилення

S -- негативне відхилення після R зубця

сегмент S-T повна деполяризація волокон міокарда шлуночків(тому різниця потенціалів не виявляється)

Зубець Т -- хвиля реполяризації шлуночків

U хвиля є непостійним компонентом і може з'являтися при електролітних порушеннях (наприклад, гіпокаліємії)

Вимоги до ЕКГ.

Вхідні кола апарата ЕКГ повинні підсилювати достатньо слабкий сигнал - в діапазоні напруг 0,5-5мВ в поєднанні з постійною складовою до плюс мінус 300мВ, яка виникає при контакті електрода з шкірою, плюс синфазна складова величиною до 1,5 В між електродами та спільним проводом. Смуга частот, що підлягає обробці та аналізу, складає в залежності від виду дослідження від 0,5 Гц до 50 Гц та до 1 кГц при дослідженні водіїв серцевого ритму. Стандартний класичний апарат ЕКГ працює зі смугою частот 0,05-100Гц.[10]

На сигнали ЕКГ можуть накладатися різного роду шуми та перешкоди. Основні з них:

-Вплив мережевих завад з частотою 50 Гц (чи 60 Гц) та гармонік мережевої напруги;

-Вплив зміни параметрів контакта електрода зі шкірою, що призводить до дрейфу постійної складової;

-Скорочення м`язів: при цьому на сигнал ЕКГ накладуються сигнали типу міографи (ЕМГ);

-Дихальні рухи викликають зміщення постійної складової;

-Електромагнітні наводки від інших електронних приладів, коли провода ЕКГ грають роль антени;

-Високочастотні шуми від інших електронних приладів.

Для точної та достовірної реєстрації ЕКГ необхідно прийняти міри для відфільтровування чи усунення перекислених шумів.[10]



2. ОСНОВИ ПОБУДОВИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ ПРИЛАДУ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ЧАСТОТИ СЕРЦЕВИХ СКОРОЧЕНЬ

2.1 Структурна схема пульсометра

На рисунку 2.1 представлена структурна схема приладу для вимірювання частоти серцевих скорочень - пульсометра.

Рисунок 2.1 - Структурна схема пульсометра

У запропонованому однокристальному мікропроцесорному вимірювачі пульсу (пульсометрі)використаний метод поглинання модульованого світла. Датчик пульсометраскладається з інфра-червоного світлодіода та фотодіода і може розміщуватися на різних частинахлюдського тіла: на пальці,кисті або на вусі. У такому випадку, залежно від розміщення датчика, світлопроходить різний шлях.Коли датчики розміщуються на протилежних сторонах пальця або вуха, то дофотодіода доходитьдостатньо сильний сигнал і може бути легко підсилений та оброблений. Аколи датчики розміщені наодній стороні пальця або вуха, то фотодіод отримує розсіяний сигнал, який єслабким та містить шуми.На нього ще накладаються такі різні зовнішні джерела світла, як сонячне світло та світло від різнихтипів ламп. Тому необхідна ретельна обробка отриманого сигналу для одержання правильного вимірупульсометром. Розроблений пульсометр підтримує всі вище описанірозміщення датчиків,використовуючи апаратні та програмні методи обробки сигналів. [11]

Для зменшення рівня завад пристрій використовує технологію модуляції. Наінфрачервонийсвітлодіод ІСД подається сигнал генератора модульованого сигналу ГМС.Модульований світловийпромінь просікає людську тканину та потрапляє на фотодіод ФД. Сигнал ФД підсилюється іфільтрується смуговим фільтром СФ. Генератор напруги зміщення ГНЗвилучає низькочастотнішуми з сигналу ФД та піднімає рівень сигналу. Вихідний сигнал СФвипрямляється синхроннимамплітудним демодулятором САД. Випрямлений сигнал дискретизуєтьсяінтегруючим АЦП(ІАЦП). АЦП такого типу виконує низькочастотну фільтрацію апаратно, щодозволяє подати навхід АЦП безпосередньо випрямлений сигнал. Для уникнення впливумодуляції на результат, часінтегрування АЦП необхідно встановити таким, який дорівнює цілому числумодульованихімпульсів. [11]

Наступна обробка потоку даних АЦП реалізується програмно. Фільтрнизьких частот ФНЧдодатково вилучає шуми з вихідного сигналу. Для збільшення динамічногодіапазону вхіднихсигналів реалізована система автоматичного контролю підсилення САКП,яка за даними ФНЧзмінює коефіцієнт підсилення СФ. Фільтр високих частот ФВЧ вилучаєпостійну складову зсигналу ФНЧ та розділяє сигнали імпульсів. Ці імпульси виявляютьсядетектором імпульсів ДІ завтоматичним вирівнюванням порогового рівня для зменшення завад.Програмне забезпеченняобраховує частоту пульсу в ударах за хвилину, оцінює мінімальне тамаксимальне значення під частривалого вимірювання та надає різну візуальну інформацію: рівень сигналуФД, стан помилки,режим роботи, рівень підсилення тощо. З метою відлагодження зовнішньогонакопичення таобробки, дані АЦП можуть бути завантажені до ПК через послідовнийінтерфейс. [11]

Система побудована із використанням реконфігурованого процесора PSoCCY8C27443 (абоCY8C24443), який характеризується наявністю реконфігурованих аналоговихта цифрових модулів,функції яких можуть бути змінені під час роботи. Ця властивістьвикористана у цій системі та даєзмогу спростити апаратну частину системи, зменшити енергоспоживання та вартість системи вцілому. Тому зупинимося власне на програмній реалізації, оскільки апаратначастина - простеконфігурування процесора на вказані вище модулі та зв'язки між ними.[11]

Для вимірювання пульсу необхідно вставити палець між світлодіодом та фотодіодом або розігнути діоди та вставити між ними руку. Для завантаження зібраних даних система може виконати обмін даними з PC через послідовний інтерфейс. В таблиці наведено основні технічні характеристики пристрою.[11]

2.2 Функціональна схема пульсометра

На рисунку 2.2 представлена функціональна схема пульсометра.

Рисунок 2.2 - Функціональна схема пульсометра



Г - генератор, В1,В2 - вентилі, УА1, УА2, УА3 - лічильники одиниць, десятків та сотень, ПК1, ПК2, ПК3 - перетворювачі коду, КЛ1, КЛ2, КЛ3 - ключі, ІНе - індикатор одиниць, ІНд - індикатор десятків, ІНс - індикатор сотнів, Ф.Вимір - формувач сигналу «вимірювання», Ф.Старт - формувач сигналу «Старт», Ф.Скидання - формувач сигналу «Скидання». [12]

При натисканні та відпусканні кнопки «Скидання» чи після увімкнення живлення блок «Ф.скидання» формує імпульс скидання «Скидання», який встановлює в початковий стан лічильники підрахунку імпульсів «УА1», «УА2», «УА3» (на індикаторах нулі), скидає дільник частоти «Дільник», переводить формувач «Ф.Старт» в стан «Не-Старт», а формувач «Ф.Вимір.» в стан «Вимірювання». Таким чином на вхід лічильника «УА1» не поступають імпульси від датчика, тому що вентиль «В1» замкнутий через відсутність сигналу «Старт». По тій же причині не поступають імпульси від генератора, через вентиль «В2» на вхід дільника «Дільник».[12]

Генератор «Г», разом з дільником частоти «Дільник» та формувачем «Ф.вимір.» створюють таймер, який формує сигнал «Вимірювання», який триває 60 сек. Після натискання та відпускання кнопки «Старт», так як імпульс «Скидання» вже закінчився, блок «Фстарт» формує сигнал «Старт» і тим самим запускає 60-ти секундний таймер (імпульси від генератора «Г» проходять через вентиль «В2» на вхід дільника «Дільник»). Цим же сигналом «Старт» відкривається вентиль «В1» (наявний сигнал «Вимірювання») та розширюється проходження імпульсів «Твх» від датчика на вхід ланцюга лічильників ударів серця «УА1», «УА2», «УА». Вентилі «В1» та «В2» організовані по схемі «І», тому вони пропускають імпульси тільки якщо є сигнал «Старт» та сигнал «Вимірювання», протягом 60 секунд.[12]

Лічильник імпульсів «УА1», являє собою керуючий автомат, який працює в коді 2-4-4-1 від 0 до 9. Чотири виходи «УА1» передають інформацію на входи блоку «ПК1», який перетворює код лічильника «УА1» в код семи сегментного індикатора, та через ключі «КЛ1», які посилюють струм, запалюють відповідні сегменти індикатора молодшого розряду «ІНе». При переході «УА1» з стану 9 в стан 0, формувач «Ф1» створює активний фронт на лічильник десятків «УА2», який разом з «ПК2», «КЛ2» та «ІНд» цифри десятків ударів серця. Всі блоки цієї вітки аналогічні вітці одиниць. Вітка «УА3», «ПК3», «КЛ3», «ІНс» виводить на індикатор сотні ударів серця та, оскільки верхня границя приладу 399 уд./хв., лічильник «УА3», рахує в діапазоні 0..3, а «ПК3» перетворює тільки коди цифр.

По закінченню 60 секунд блок «Ф.Вимір.» знімає сигнал «Вимірювання» зі входів вентилів «В1», «В2» і тим самим забороняє проходження імпульсів від датчика на вхід лічильника «УА1» і від генератора на вхід дільника. Вимірювання закінчено, лічильники «УА1», «УА2», «УА3» не вимірюють свій стан, а на індикаторах фіксується остання кількість ударів, яке і являється частотою пульсу в ударах за хвилину.[12]

Для наступного вимірювання необхідно знову натиснути кнопку «Скидання», а потім «Старт».[12]

2.3 Технічні характеристики пульсометра

В таблиці 2.1 розглянуті технічні характеристики приладу.

Таблиця 2.1 - Технічні характеристики пульсометра

Метод вимірювання частоти пульсу	Оптичний, з використанням властивості зміни рівня поглинання модульованого світла при пульсаціях заповнення судин кров`ю
Напруга живлення	3.3 В
Споживана потужність	35 мА
Межі вимірювання пульсу	30-300 ударів за хвилину
Похибка вимірювання	4%
Час вимірювання	7-9 інтервалів пульсу або 30\60с, залежно від вибраного методу
Методи обрахунку пульсу	Вимірювання інтервалу часу між імпульсами або обрахунок кількості ударів під час фіксованого проміжку часу
Тип дисплею	Багатофункціональний графічний ЖК, роздільна здатність 48-84 пікселів
Особливості експлуатації	-Автоматичний початок вимірювання при виявленні сигналів биття пульсу - Зберігання останніх виміряних даних - Оцінка мінімального та максимального пульсу - Представлення рівня сигналу імпульсів гістограм-мою для знаходження оптимальної позиції датчика



3. РОЗРАХУНОК ТА МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ ПРИСТРОЮ

3.1 Розрахунок теплового режиму пристрою

Модуль РЕА другого рівня і вище, наприклад блок, являє собою складну систему тіл з безліччю внутрішніх джерел теплоти. Точне аналітичне опис температурних полів всередині блоку неможливо через громіздкість завдання і неточності вихідних даних: потужності джерел теплоти, теплофізичних властивостей матеріалів, розмірів кордонів. Тому при розрахунку теплового режиму блоків РЕА використовують наближені методи аналізу і розрахунку. Метою розрахунку є визначення температур нагрітої зони і середовища поблизу поверхні ЕРЕ, необхідних для оцінки надійності. Рекомендується проводити розрахунок для найбільш критичного елемента, елемента, допустима позитивна температура якого має найменше значення серед усіх елементів, що входять до складу пристрою і утворюють нагріту зону.[14]

В таблиці 3.1 представлені початкові дані до розрахунку теплового режиму.

Таблиця 3.1 - Початкові дані

L1 мм	L2 мм	L3 мм	l1 мм	l2 мм	l3 мм	hн мм	hв мм	Sп мм2	Р0 Вт	Мат.	Рк Вт	t0
90	90	36	80	80	25	3	2	50	12,5	лак	3	25

Етап 1. Визначення температури корпусу.

1.Розраховуємо питому поверхневу потужність корпусу блоку



- площа зовнішньої поверхні корпусу блока

м

По графіку ми задаємося перегрівом корпусу блоку в першому наближенні Дtк=30 °С

3.Визначаємо коефіцієнт промене випромінювання для зовнішньої . , бокової и нижньої поверхні корпусу:

де -- степінь чорноти і-ї зовнішньої поверхні корпуса; визначається в залежності від матеріалу із табл. 3.2.

Таблиця 3.2 - Степінь чорноти для заданого матеріалу

Матеріал	еі
Лак	0,88

4.Для визначення температури

розраховуємо число Грасгофа Gr для кожної поверхні корпусу:

де Lonp і - визначальний розмір і-ї поверхні корпусу; вm - коефіцієнт об`ємного розширення, для газів

;

g - прискорення вільного падіння, g = 9,8 м·с -2 ; хm = 16*106 - кінетична в'язкість газу

5.Визначаємо число Прандтля Рr

Рr = 0,701

6. Знаходимо режим руху газу або рідини, що обтікають кожну поверхню корпусу:

(GrPr)1 = 5,89*10-18

(GrPr)2 = 2,88*10-18

(GrPr)3 = 2,1*10-18

(GrPr)m ? 5·102 - режим перехідний до ламінарного;

7. Розраховуємо коефіцієнти теплообміну конвекцією для кожної поверхні корпусу блоку



- для ламінарного режиму

8. Визначаємо теплову провідність між поверхнями корпусу і оточуючим середовищем :

де , , - площі нижньої, бічної і верхньої поверхонь корпусу відповідно;

Зустрічаються блоки РЕА з ребристими поверхнями. В цьому випадку необхідно визначити ефективний коефіцієнт теплообміну ребристої i-тої поверхні, розрахунок проходить як і для радіатора.

9. Розраховуємо перегрів корпусу блоку РЕА у другому наближенні

де . - коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта перфорації корпусу блоку . ; - коефіцієнт, що враховує атмосферний тиск навколишнього середовища

Графіки для визначення коефіцієнтів

. і

представлені на рис. 4 і 5. Коефіцієнт перфорації визначається як відношення площі перфораційних отворів до суми площ верхньої і нижньої поверхні корпусу:

10. Визначаємо похибку розрахунку

=

Якщо д ? 0,1 то розрахунок можна вважати закінченим. В іншому випадку слід повторити розрахунок температури корпусу для іншого значення , скоригованого в бік . Розраховуємо температуру корпусу блоку.

На цьому 1-й етап розрахунку теплового режиму блоку РЕА завершується.

Етап 2. Визначення середньо поверхневої температури нагрітої зони.

1. Обчислити умовну питому поверхневу потужність нагрітої зони блоку

де - потужність, що розсіюється в нагрітій зоні. У загальному випадку ,

де - потужність, що розсіюється в елементах, встановлених безпосередньо на корпус блоку; в цьому випадку останній відіграє роль радіатора.

2.Знаходимо в першому наближенні перегрів нагрітої зони щодо температури, навколишнього блок середовища

?tз = 50

3. Визначаємо коефіцієнт теплообміну випромінюванням між нижніми , верхніми і бічними поверхнями нагрітої зони і корпусу:

де - приведена степінь чорноти i-ї поверхні нагрітої зони і корпусу:

де и - степінь чорноти і площа i-ї поверхні нагретої зони

Для визначальної температури

і визначального розміру hi знаходимо числа Грасгофа і Прандтля Рr.

; хm = 23,13*106 ; Рr = 0,688

(GrhPr)1 = 3,09*10-18

(GrhPr)2 = 1,51*10-18

(GrhPr)3 = 1,1*10-18

5. Розраховуємо коефіцієнти конвективного теплообміну між нагрітою зоною і корпусом для кожної поверхні:

- для нижньої поверхні

- для верхньої поверхні

- для бічної поверхні

6. Визначити теплову провідність між нагрітої зоною і корпусом:

де Ку - коефіцієнт, що враховує конвективний теплообмін;



7. Розраховуємо нагрів нагрітої зони в другому наближенні:

8. Визначаємо похибку розрахунку

Якщо д < 0,1, то розрахунок закінчено. При д > 0,1 слід повторити розрахунок для скорегованого значення .

9. Розраховуємо температуру нагрітої зони

На цьому 2-й этап розрахунку теплового режиму блока РЕА завершується

Отже, ми провели розрахунок теплового режиму блоку при природному конвективному теплообміні. Розрахунок був проведений в 2 етапи. В 1 етапі ми визначали температуру корпусу, а в 2 етапі ми визначали середню поверхневу температуру нагрітої зони.

3.2 Моделювання теплового режиму пристрою

На рисунку 3.1 зображено схему електричну принципову стабілізатора напруги для моделювання.

Рисунок 3.1 - Стабілізатор напруги схема для моделювання

В таблиці 3.3 представлений перелік елементів до схеми стабілізатора напруги.

Таблиця 3.3 - Перелік елементів

Поз. познач.	Найменування	Кіл.
	Конденсатори
C1, С4	K50-16-50В-2000мкФ	2
С2	K10-17-1-50В-4000мкФ	1
С3	K50-16-50В-200мкФ	1
С5	K50-16-50В-0.1mкФ	1
	Резистори
R1	С2-23-1.2kОм - 0.5Вт±2%	1
R2	С2-23-1.6kОм - 0.5Вт±2%	1
R3	С2-23-10kОм - 0.5Вт±2%	1
R4	С2-23-2.7kОм - 0.5Вт±2%	1
R5	С2-23-390Ом - 0.125Вт±2%	1
R6	С2-23-2.2kОм - 0.5Вт±2%	1
	Транзистори
VT1	П701А	1
VT2	КТ608А	1
VT3	КТ602А	1
VD1-VD4	Діодний містКД202В	4
	Стабілітрони
VD5,VD6	Д814А	2



Стабілізоване джерело живлення +40В, 1.2А

Вихідна напруга 40В, струм навантаження 1.2 А, коефіцієнт стабілізації>100

На рисунку 3.2 розглянуте трасування плати за допомогою програмного продукту DipTracePCBLayout.

Рисунок 3.2 - Трасування плати

Розводка плати була створена автотрасувальником в програмному середовищі DipTracePCBLayout.DipTrace - це могутня система проектування принципових схем та друкованих плат.DipTrace включає в себе чотири основні програми: Schematic- розробка принципових схем; PCBLayout - розводка плат, ручне та автоматичне трасування; ComEdit-редактор корпусів; SchemEdit-редактор компонентів.[14]

В DipTraceSchematic створюються принципові схеми. Компоненти знаходяться зліва в меню бібліотек компонентів. Там є як компоненти лише для схеми електричної принципової, але ми можемо від цієї схеми перейти до трасування та моделювання в PCBLayout. Якщо клацнути лівою кнопкою миші по бібліотеці вона розгорне нам певну кількість компонентів та якщо ми виберемо один з них то отримаємо деяку інформацію про них. Наприклад позначення компонента на схемі електричні принциповій та вигляд корпусу цього компонента. Щоб встановити компонент треба виділити його лівою кнопкою миші та клацнути по частині вікна, де ми хочемо, щоб цей елемент розташовувався. За допомогою DipTraceSchematic ми можемо скоротити час для створення схем, тому що ми можемо вибрати фільтр елементів та ввести ім`я елементу і програма нам видасть конкретний потрібний для нас елемент.[14]

Щоб з DipTraceSchematic, з нашою готовою схемою, перейти до трасування в PCBLayout, потрібно натиснути в меню «Файл» пункт «ConverttoPCD». Почне завантажуватись PCBLayout. Програма зробить автотрасування. Але ми можемо редагувати розміщення компонентів на платі до розводки плати. Натиснувши кнопку авто трасування ми отримаємо розводку плати. Потім можна буде перейти до 3D моделей.[14]

PCBLayout може не тільки робити розводку плат та трасування, а й 3Dмоделі плати, але лише якщо попередньо буде встановлена бібліотека з 3D моделями.Панельбібліотекмістить тількибібліотекикорпусів, апанель компонентівне маєобласті попереднього, але кожен компонент, будучи виділеним, виявляється як би в індивідуальнійобласті попереднього.[14]

На рисунку 3.3 представлена 3Dмодель розводки плати.

Рисунок 3.3 - Розводка плати 3Dмодель



Загальний вигляд та 3D модель встановлених елементів показані на рисунках А.1 та А.2 в додатку А. Загальний вигляд та 3D моделі розроблені в програмному комплексі ТРиАНА.

Встановлені граничні умови для плати, а саме температура 18 оС. Дослідивши повністю теплові процеси стабілізатора напруги температури ЕРЕ можуть використовуватися при дослідженні показників надійності як окремих компонентів установки, що входять в прилад, так і всього приладу в цілому.

Результати визначення температури ЕРЕ друкованої плати приведені на рис. А.3.

Аналіз температури корпусів показує, що найбільшу температуру мають такі елементи, як: електролітичний конденсатор С3(200мкФ), що складає 18,24 оС, резистор R3 (10кОм), що складає 18,24 оС та транзистори VT1(П701А), VT2(КТ608)та VT3(КТ602), що складають також 18,24 оС. Якщо дивитись рисунок А.6, то можемо сказати, що перегрітих елементів немає. Всі вони відносяться до відносно холодних, температури яких особливо не відрізняються.

Активні зони

Результати визначення температури активних зон друкованої плати приведені на рисунку А.4. Зазначимо, що найбільша температура активних зон знаходиться на VT2 та VT3, що складає 18,74 оС.

Суміщені температури ЕРЕ

Суміщені температури ЕРЕ - температури елементів які змінюються в залежності від температури навколишнього середовища

Результати визначення суміщення температури ЕРЕ друкованої плати приведені на рисунку А.5.

Як ми можемо побачити з рисунку А.5, найбільш суміщена температура на VT2 та VT3.

Перегріті ЕРЕ

Перегріті ЕРЕ - знаходження найвищої температури радіоелементів за допомогою проведення аналізу друкованої плати.

Результати визначення перегрітих компонентів друкованої плати приведені на рис. А.6.

З рисункуА.6 ми можемо побачити, що на платі немає перегрітих компонентів.

Потужності ЕРЕ

Результати визначення потужності ЕРЕ приведено на рисунку А.7.

Як бачимо найбільша потужність у конденсаторів С1, С2, С3, С4, С5; діодного моста D1; резисторів R3 таR6; та транзисторівVT1,VT2 та VT3 потужність яких складає 50 Вт.

Коефіцієнт теплового навантаження ЕРЕ

Коефіцієнт теплового навантаження ЕРЕ - показує які встановлені елементи є найбільш перегрітими, та для яких по можливості повинен бути встановлено радіатор, або пристрій для їх охолодження.

Результати визначення коефіцієнту теплового навантаження ЕРЕ приведено на рис. А.8.

Як бачимо найбільший коефіцієнт у конденсаторів С1, С2, С3, С4, С5, що складає 0,18.

Ізотерми

Ізотерми це - моделювання на геометричній моделі елементів установки з використанням кольорової палітри дає розробнику можливість отримати достатньо повну інформацію про теплові процеси, що протікають в встановлених елементах.

Результати визначення ізотермів приведено на рис А.9.

Видно що найбільше нагрівання плати (повітря на платі) знаходиться під діод ним мостом D1, що складає 18,04. Наймеше нагрівання плати знаходиться під резисторами R1 таR4, що складає 18,01.

Термограма

Термограма - показує температуру навколишнього середовища навколо встановлених елементів.

Результати визначення теплограми друкованої плати приведено на рис. А.10.

Видно, що найбільше виділення тепла відбувається на конденсаторі С1, діодному мосту D1, діоді D2 та транзисторах VT2 таVT3, що складає 18,24 оС.



ВИСНОВОК

В даній курсовій роботі були розглянуті методи вимірювання частоти серцевих скорочень, тобто вимірювання пульсу від найпростішої методики намацування пульсу у людини біля основи кистей рук до аналогових та цифрових методик. Розглянуті основні методики та прилади, що виконані за допомогою цих методик, а саме різні варіації пульсометрів (нагрудний ремінь, пульсометр-годинник, пальцевий фото плетизмограф, ЕКГ апарат).Цифрові методи вимірювання частоти є безпосередніми, тобто частота вимірюється як число імпульсів за фіксований проміжок часу.Велике значення для поліпшення характеристик медичних приладів має можливість їх дослідження шляхом комп'ютерного моделювання. Більшість сучасних пульсометрів мають функцію передачі даних від приладу до комп`ютера. Використовують дротову передачу чи бездротову.

В даний час дуже актуально мати при собі пульсометр особливо людям з хворобами серця, яким потрібен постійний контроль за частотою серцевих скорочень, щоб передбачити погіршення стану здоров`я. Пульсометри також необхідні для спортсменів, щоб покращити ефективність тренувань та щоб не перевантажувати свій організм. Чергувати навантаження та відпочинок, що дуже важливо для людського організму.

Також розроблені структурна та функціональна схеми приладу для визначення частоти серцевих скорочень та їх опис. Зазначили технічні характеристики приладу.

Зроблене трасування та розводка плати в програмному середовищі DipTrace. Здійснений розрахунок та моделювання теплового режиму пристрою за допомогою програмного комплексу ТРиАНА. Додані рисунки з зображенням теплового режиму для елементів РЕА плати пристрою.



СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Костенко В. Л. Моделирование измерительного канала компьютерного фотоплетизмографа / В. Л. Костенко, М. В. Ядрова, А. А. Николенко // Электротехнические и компьютерные системы. - 2011.- № 04 ( 80 ). - С. 205-208

Физиология человека / под ред. В.М. Покровского и Г.Ф. Коротько. -- 2. -- М. : Медицина, 2003. -- 656 с. 

Дикунов А. Строительство датчика пульса. Биологическая обратная связь. - М.: Медицинские приборы, 2002.

Богуш М.В. Гориш А.В. Исследование технических характеристик пьезоэлектрических датчиков методом конечных элементов. - Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: науч. тр.- Вып.6 - (2003). - М.: РКА, МГУЛ, 2003. - 242c.

Яценков В.С Микроконтроллеры MICROCHIP. Практическое руководство. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 296с.

Стаття «Пульсометр», Автори В. ЕФРЕМОВ, Ю. ШНАПЦЕВ. «Домашние технологии» Патлах В.В. 2007

Стаття «Фотоплетизмографія» http://pdf.b111.org/01467%20puljsometr_s_bluetooth_ili_ustrojstvo_fotopletizmografa_cha.pdf

Пальцевий фото плетизмограф http://fbme.univer.kharkov.ua/2011/02/palcevyj-fotopletizmograf/

Електрокардіографія для лікарів загальної практики -- Клінічні випадки у журналі «Медицина світу».

Журнал «Компоненти та технології», №6,2004. «Електрокардіограф на базі мікроконтроллера», автори статті - Е.Комани-Бош та Е.Хартманн.

В.Т. Кремінь, О.О. Карпін, стаття «Однокристальний мікропроцесорний вимірювач пульсу», 2004.

Ю.Н, Сотніков, А.А. Тєстоєдов «Цифрова схемотехніка», навч.посібник - Севастопіль:СевНТУ,2005,-20с.

стаття «3 типи пульсометрів для здорового життя»: http://ves.biz.ua/articles/3-tipa-pul'sometrov-dlja-zdorovogo-serdca.html

DipTrace руководство пользователя

В.В. Воловиков, М.Л. Декретев, Ю.Н. Кофанов «Исследование тепловых характеристик РЭА с применением программного комплекса ТРиАНА»:Монография. - М.: Издательство «ДМК Пресс», 2014.



ДОДАТОК А

Рисунок А.1 - Загальний вигляд встановлених елементів

Рисунок А.2 - 3Dмодель встановлених елементів

Рисунок А.3 - Температура корпусів ЕРЕ

Рисунок А.4 - Температура активних зон

Рисунок А.5 - Суміщені температури ЕРЕ

Рисунок А.6 - Перегріті компоненти плати



Рисунок А.7 - Потужності ЕРЕ

Рисунок А.8 - Коефіцієнт теплового навантаження



Рисунок А.9 - Ізотерми плати

Рисунок А.10 - Зображення термограми в простому та 3D вигляді

Размещено на Allbest.ru