Модуль сьема дыхания термисторным методом

ЭКГ - это информативное и безболезненное обследование, которое рекомендуется пройти всем людям, страдающим от избыточного веса, часто подвергающимся стрессам, ведущим малоподвижный образ жизни и имеющим такие заболевания, как сахарный диабет и гипертонию. Разумеется, что кардиологические пациенты также регулярно снимают электрокардиограмму. Проведение ЭКГ обязательно перед любым хирургическим вмешательством и во время беременности.

3.2 ЧСС

Пульс - толчкообразные колебания стенок артерий, связанные с сердечными циклами. В более широком смысле под пульсом понимают любые изменения в сосудистой системе, связанные с деятельностью сердца, поэтому в клинике различают артериальный. Различные варианты методик, так или иначе связанных с анализом сердцебиений и пульсовой волны, широко используются в современной медицине. При этом развиваются как «традиционные» методики, похожие на применявшиеся в исторической медицине, так и аппаратные (когда для анализа ритмичности работы сердца используют приборы: пульсомер, пульсоксиметр, электрокардиограф и др.). Таким образом, сегодня исследования пульса можно условно разделить на 2 ветви:

1. мануальные исследования проявлений работы сердца;

2. аппаратные исследования ритмичности сердцебиений.

К аппаратным методикам можно отнести, например, анализ вариабельности кардиоритма, основы которого в СССР и России были заложены в 60-х гг. XX-века. Пионером метода в СССР чаще всего называют Р.М. Баевского. Аналогичные методы анализа получили признание во всем мире.

В практической медицине выделяют ряд направлений, связанных с анализом ритмичности сердечной функции:

1. скрининг грубой патологии сердца, мониторирование функции сердца у тяжелобольных и в операционной;

2. рутинная диагностика нарушений проводимости;

3. оценка (прогноз) риска острой сердечнососудистой патологии, включая смерть;

4. скрининг различных кардиомиопатий;

5. контроль так называемой «кардиотоксичности» фармакологических препаратов и субстанций;

6. функциональный контроль в общемедицинской и спортивной практике.

Широкое распространение анализ вариабельности кардиоритма получил также для оценки уровня стресса. Сегодня, исследуются когнитивные аспекты кардиоритма, где связывается состояние психической сферы и особенности структуры кардиоритма

3.3 НИАД и АД

Для оценки давления крови используют инвазивные и неинвазивные методики.

3.3.1 Инвазивные методики

Инвазивные методики измерения, как артериального давления крови, так и венозного давления крови не имеют принципиальных технологических различий. Все эти методики основаны на введении в полость кровеносного сосуда иглы (зонда, катетера) с датчиком, преобразующим давление крови в электрический ток. Электрический сигнал поступает последовательно: к усилителю постоянного тока, к аналого-цифровому преобразователю, к вычислительному устройству для запоминания сигнала и различных его преобразований, к устройству отображения сигнала монитор, устройство записи на бумагу.

Первым устройством, предназначенным для исследований, основанных на вероятностной методологии, было устройство: Трифонов Е.В. Аналоговое устройство для вычисления оценок параметров распределений числовых характеристик переходных процессов биологических систем.

3.3.2. Неинвазивные методики

Неинвазивные методики косвенной оценки давления крови позволяют оценить давление крови опосредованно, без проникновения в кровеносные сосуды. Методики неинвазивной оценки артериального давления крови и методики неинвазивной оценки венозного давления крови имеют различия.

Неинвазивные методики (косвенной) оценки артериального давления крови по способу регистрации разделяются на три типа: пальпаторная аускультативная и осциллометрическая оценки артериального давления крови. Все они используют единый приём: пережатие периферической артерии на руке (или ноге) до полного прекращения кровотока, постепенное уменьшение пережатия до полного восстановления кровотока и одновременная регистрация над артерией (дистальнее места её пережатия) механических и/или звуковых явлений, связанных со степенью пережатия артерии (преодоления давления крови внешним давлением пережатия). Для пережатия артерии используют эластическую (резиновую) полую манжету, которой охватывают конечность. В полость манжеты закачивают или выпускают воздух и этим изменяют степень сдавливания артерии. Используют вместе или в отдельности следующие три способа регистрации механических и/или звуковых явлений над артерией дистальнее места её пережатия. Прощупывание артериального пульса (пальпаторная оценка артериального давления). Выслушивание фонендоскопом звуков («тонов» Короткова) над артерией (аускультативная оценка артериального давления). Инструментальная регистрация механических колебаний, осцилляций давления в манжете (давления, объёма пережимаемой артерии) с последующей математической обработкой полученной информации по определенному алгоритму (осцилляторная оценка артериального давления).

Этапом любого измерения является регистрация. Различают дискретную регистрацию давления крови и непрерывную регистрацию давления крови

3.4 Температура тела

3.4.1 Термометр сопротивления

Термометр сопротивления -- датчик для измерения температуры, сопротивление чувствительного элемента которого зависит от температуры. Может быть выполнен из металлического или полупроводникового материала. В последнем случае называется термистором. Представляет собой

резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления -- платиновые термометры.

Это объясняется тем, что платина имеет высокий температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом не менее 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ Р 8.625-2006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте впервые отказались от нормирования конкретных номинальных сопротивлений. Сопротивление изготовленного термометра может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1°C (класс АА при 0°C). Термометры сопротивления на основе напыленной на подложку плёнки отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660°C (класс С), для плёночных 600°C (класс С). Термистор -- полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления, простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

3.4.2 Преимущества термометров сопротивления

· Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0,13м °C(0,00013).

· Возможность исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений.

· Практически линейная характеристика.

3.4.3 Недостатки термометров сопротивления

· Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)

· Более дорогой (по сравнению с термопарами), если это платиновый термометр сопротивления типа ТСП

· Требуется дополнительный источник питания для определения температуры

3.5 Капнограмма

Концентрацию углекислого газа в газовой смеси определяют различными способами. Однако для целей клинического мониторинга пригодны лишь те из них, которые отвечают следующим требованиям:

* обеспечивают длительное измерение с немедленным отображением текущего значения;

* гарантируют достаточную для клиники точность измерения;

* реализуются в надежных, компактных и нетрудоемких в обслуживании мониторах;

* не нуждаются в частых калибровках; при этом сама процедура калибровки должна быть простой и недорого стоящей;

* не представляют даже потенциальной опасности для пациентов и не дополняют вредными факторами (шум, электромагнитное излучение, инкубация инфекции и пр.) и без того нелегкую жизнь операционных и палат интенсивной терапии.

В настоящее время медицинская промышленность выпускает капнографы, работа которых основана на использовании одного из четырех способов определения СО2:

* масс-спектрометрии;

* рамановской спектрометрии;

* инфракрасного оптического анализа;

* инфракрасного оптико-акустического анализа.

В последнее десятилетие наиболее широкое распространение в мире получили инфракрасные капнографы, и в нашей стране риск встречи с монитором иного принципа действия крайне невысок. Ниже мы рассмотрим все перечисленные методы газового анализа, но более подробно осветим устройство и работу инфракрасных анализаторов.



3.5.1 Масс- спектрометрия

Масс- спектрометрия. Этот метод газового анализа применяется с 1950 года, однако активное внедрение масс-спектрометров в анестезиологии началось с 1970 года, после усовершенствования системы .

Масс- спектрометры - очень дорогие приборы, поэтому лечебные учреждения приобретают мультиплексные модели, в которых один анализатор попеременно измеряет состав газовых смесей, поступающих от нескольких (до 16-ти) больных, находящихся в десятках метров от прибора.

Небольшая часть вдыхаемого и выдыхаемого газа специальной помпой постоянно доставляется от пациента по тонкой трубке-магистрали в вакуумную камеру прибора. Разреженный газ подвергается бомбардировке пучком электронов, превращающих молекулы газовой смеси в заряженные частицы - ионы. Газовые ионы фокусируются электромагнитным полем в пучок, разгоняются и попадают в мощное постоянное магнитное поле, которое изменяет траекторию их полета. Отметим, что степень отклонения каждого иона зависит от его массы и заряда: тяжелые ионы отклоняются меньше, чем легкие. Таким образом смесь ионизированных газов разделяется на потоки, состоящие из отдельных компонентов газовой смеси. На пути каждого потока устанавливается счетчик ионов. Месторасположение каждого счетчика на коллекторе соответствует определенной величине соотношения масса: заряд иона.

Не вдаваясь во множество несущественных для врача технических Проблем, запомним, что общее количество ионов, достигших коллектора, принимают за 100%, а по количеству разрядов отдельных счетчиков вычисляют процентное соотношение компонентов исследуемой газовой смеси. Программное обеспечение современных моделей масс-спектрометров предполагает, что в состав газовой смеси входят азот, кислород, углекислый газ, закись азота, галотан, энфлюран и изофлюран. Сумма их концентраций должна равняться 100%. Появление в дыхательной смеси какого-либо другого газа (гелия, ксенона, пропеллента аэрозоля и т. д.), для которого не предусмотрен отдельный счетчик, приводит к резкому искажению результатов измерения.

Перечислим достоинства и недостатки масс-спектрометров.

3.5.1.1 Достоинства масс- спектрометров:

* высокая точность измерения;

* определение всех компонентов газовой смеси одним методом и в одной пробе.

3.5.1.2 Недостатки масс- спектрометров

* высокая цена (оборудование окупается, если к одному монитору подключено несколько рабочих мест);

* необходимость в квалифицированном обслуживании;

* поломка одного монитора приводит к остановке мониторинга у нескольких пациентов;

* монитор потребляет много электроэнергии и производит много шума и тепла;

* задержка в измерении и отображении данных иногда составляет от 5 до 15, а в отдельных случаях до 60 с, что связано с большой протяженностью газовых магистралей и разделением времени измерения между несколькими больными.

Внедрение в медицинскую практику масс-спектрометров можно рассматривать как своего рода вынужденную попытку решить наболевшую проблему весьма сложным в техническом отношении способом, не дожидаясь появления более простых решений. По этой причине масс-спектрометры получили довольно ограниченное распространение. Например, в США к началу 90-х годов они имелись лишь в 300 госпиталях. Сегодня масс-спектрографами, отличающимися высочайшей точностью измерения, оснащены в основном научно-исследовательские центры.

Современный уровень развития техники позволил создать и прикроватные масс-спектрометры, однако в нашей стране их практически нет.

В медицине критических состояний повсеместное использование мониторинга газовых смесей стало возможным благодаря появлению более простых, дешевых и компактных мультигазовых мониторов; их сейчас выпускают десятки фирм. Мультиплексный принцип организации мониторинга в отделениях (один монитор одновременно обслуживает несколько пациентов) уступил место принципу центральных мониторных станций, когда каждый больной обеспечен отдельным прикроватным монитором, но данные от каждого монитора обрабатываются центральным компьютером, который осуществляет анализ, отображение и архивирование информации (PCMS - Personal Computer Monitor Station).

3.5.2 Рамановская спектрометрия

Рамановская спектрометрия. В мониторах, работающих по этому принципу, исследуемая газовая смесь поступает в измерительную камеру, где облучается потоком света, источником которого служит аргоновый лазер. В результате молекулы газа переходят в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в исходное состояние, излучают свет более низкой энергии и большей длины волны. Это явление известно в физике как "рамановский сдвиг"*. Величина волнового сдвига специфична для каждого газа, а интенсивность вторичного излучения зависит от концентрации газа. Таким способом можно одновременно определить концентрацию всех компонентов газовой смеси, включая кислород и азот.

К этому способу измерения прибегают очень редко. Принцип рамановской спектрометрии положен в основу действия монитора модели RASCAL П американской фирмы OHMEDA. Достоинство метода - возможность измерения концентраций любых компонентов газовой смеси. Главный недостаток монитора - недолговечность аргоновой лазерной трубки, которая требует периодической замены, что обходится весьма недешево.

3.5.3 Инфракрасный оптический анализ

Инфракрасный оптический анализ основан на способности молекул газа поглощать инфракрасное излучение определенной длины волны (рис. 2.2). Этим свойством обладают не все газы, а лишь те, молекулы которых состоят из разных атомов. К ним относятся углекислый газ (СО2), закись азота (N20), пары воды (Н2О) и летучие анестетики (галотан, энфлюран, изофлюран, се-вофлюран и пр.). Симметричные молекулы кислорода, азота или гелия не поглощают инфракрасное (ИК) излучение, и их присутствие не влияет на результаты измерения. Каждому газу присущ свой собственный спектр поглощения поэтому, применяя излучения разных длин волн инфракрасного диапазона, можно определять содержание различных компонентов в одной пробе газа. Например, углекислый газ поглощает ИК-излучение с длиной волны 4,25 мкм, спектр поглощения N2O состоит из 4 составляющих, максимальная из которых имеет длину волны 3,86 мкм, а спектр поглощения летучих анестетиков приходится на 3,2-3,4 мкм. Величина концентрации водяного пара в газовой смеси не представляет существенного интереса, но наличие примеси воды может искажать результаты и нарушать работу прибора из-за конденсации. Вот почему перед попаданием в измерительную камеру анализируемый газ должен быть обезвожен.

Вдыхаемый и выдыхаемый газ поступает в прозрачную измерительную камеру, на которую направлен исходящий из специального источника поток инфракрасного излучения. В диапазоне его частот присутствуют и частоты, специфичные для газов, концентрацию которых определяют. Между излучателем и измерительной камерой находятся вращающаяся крыльчатка-прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго определенной длины волны (для СО2, как указывалось выше, она составляет 4,25 мкм). После прохождения через измерительную камеру часть излучения поглощается, а оставшаяся часть падает на фотодетектор, определяющий интенсивность светового потока (рис. 2.3). Чем больше молекул СО2 или другого измеряемого газа содержится в камере, тем интенсивнее поглощается ИК-излучение и тем меньше ток, генерируемый фотодетектором. Нетрудно заметить сходство этой схемы с устройством датчика пульсоксиметра.

Крыльчатка-прерыватель попеременно освещает ИК-лучами измерительную и эталонную камеры. Это дает возможность выявить, какая часть светового потока поглощается газовой смесью. По калибровочной зависимости между концентрацией газа и силой тока фотодетектора монитор рассчитывает парциальное давление углекислого газа или другого компонента газовой смеси.

Частота вращения крыльчатки не должна быть кратной частоте переменного тока электросети (50-60 Гц) и обычно составляет 70-90 об/с. От частоты прерываний зависят плавность процесса измерения и скорость реакции системы на изменение концентрации газа.

В многофункциональных мониторах, способных определять не только углекислый газ, но и газообразные анестетики, крыльчатку заменяют диском с вмонтированными в него фильтрами, каждый из которых пропускает излучение, поглощаемое определенным газом. Таким образом, на фотодетектор попеременно попадают ИК-лучи разных длин волн. Впрочем, это - лишь одно из нескольких технических решений, применяемых разными фирмами.

Серьезная проблема в инфракрасной капнографии связана с чрезвычайной близостью спектров поглощения углекислого газа (4,25 мкм) и закиси азота (максимальное поглощение - на длине волны 3,86 мкм), причем одна из полос спектра поглощения N2O практически накладывается на ту полосу поглощения СО2, с помощью которой осуществляется измерение (рис. 2.2). Поэтому в присутствии закиси азота капнограф дает завышенные результаты измерения СО2; ошибка оказывается тем значительней, чем больше концентрация N2O в газовой смеси. Артефакты в измерении CO2 во время наркоза закисью азота иногда настолько существенны, что дело может закончиться необоснованной коррекцией режима вентиляции.

В мониторах, измеряющих концентрации СО2 и N20 по отдельности, имеется специальный алгоритм для исправления такой ошибки. Более простые модели либо не обращают внимания на эту проблему, либо просят указать, используется закись азота или нет. При получении подтверждения они включают элементарный алгоритм коррекции, который учитывает только сам факт применения закиси азота, но не ее концентрацию. Точность коррекции в этом случае невысока, но для клинических целей она достаточна. Если Вы забыли отключить алгоритм, он будет продолжать работать и после окончания анестезии, искажая результат.

В любом случае документация, прилагаемая к монитору, содержит сведения о способе решения данной проблемы.

3.5.4 Инфракрасный фотоакустический анализ

На этом принципе работают, пожалуй, только мониторы датской фирмы BRUEL amp; KJAER, например модель В amp; К 1304 - мультигазовый монитор с пульсоксиметрическим блоком. Измерительные блоки BRUEL amp; KJAER установлены также и в мониторе MERLIN фирмы HEWLETT PACKARD.

Суть принципа заключается в том, что переход молекул газа в возбужденное состояние под воздействием инфракрасных волн сопровождается появлением звука, улавливаемого микрофоном. На диске-прерывателе находятся фильтры, попеременно пропускающие ИК-лучи с длинами волн, соответствующими линиям спектров поглощения исследуемых газов. Амплитуда звука определяется концентрацией газа. Встроенная программа анализирует фонограмму и выделяет из нее сигналы, соответствующие каждому компоненту газовой смеси. Метод отличается высокой точностью и стабильностью, а приборы, функционирующие на этом принципе, имеют хорошую репутацию.



3.6 Фотоплитизмограмма

Стремление оценивать показатели, параметры и характеристики организма с помощью методов и чувствительных элементов, которые вносят минимальные изменения в его функциональное состояние, привело к широкому использованию фотометрических методов получения измерительной информации. В основу их положена способность биологической ткани изменять степень поглощения или отражения светового потока, проходящего через нее. В соответствии с законом колориметрии поглощение света в объекте с однородными оптическими свойствами зависит от толщины слоя, через который это излучение проходит.

Если световой поток пропускать через биологическую ткань, в которой имеются кровеносные сосуды и оценивать значение светового потока, прошедшего через нее, то поглощение (абсорбция) светового излучения будет зависеть от толщины биоткани, ее внутренней структуры, размеров кровеносных сосудов и спектрального состава источника света. При изменении размеров сосудов, пульсирующих синхронно с работой сердца, соответственно изменяется степень поглощения светового потока и коэффициент его отражения.

На выходе фотоприемника будет регистрироваться сигнал, который однозначно характеризует пульсацию крови в кровеносных сосудах. Методы, основанные на оценке уровня абсорбции биологической тканью светового излучения, в медицине получили название фотоплетизмографических. Кривые, характеризующие изменение степени поглощения светового излучения в зависимости от времени, называются фотоплетизмограммами. В настоящее время отдельные авторы этот термин трактуют более расширенно и понимают под ним регистрируемые с помощью технических средств кривые взаимодействия света с веществом. По их виду неинвазивно удается установить наличие различных гемодинамических нарушений в движении крови на исследуемых участках сосудистого русла.

Амплитуда регистрируемых колебаний зависит от разности давления в сосудах при систоле и диастоле. Усредненное значение коэффициента поглощения света зависит, в том числе, и от среднего давления крови в сосудах. Действительно, при увеличении давления размеры сосудов, наполненных кровью, увеличиваются, и уменьшается степень их светопропускания. При уменьшении среднего давления наблюдается обратный процесс. Фотоплетизмограмма обычно оценивается качественно и выводится на экран монитора для того, чтобы медицинский персонал мог оценить гемодинамические показатели сердечно - сосудистой системы. Хотя теоретически метод может быть использован для оценки гемодинамических показателей работы сосудистой системы на любом участке биологического организма, на практике его используют на тех участках биоткани, которые имеют сравнительно небольшую толщину и абсорбируют только часть светового излучения. Интенсивность его выбирают, исходя из соображений медицинской безопасности.

При использовании маломощных источников света, хорошие результаты можно получить при размещении датчика на конце пальца или на мочке уха. В этом случае он может быть выполнен в форме прищепки, с помощью которой "зажимается" контролируемый участок биоткани. С одной ее стороны устанавливается источник света, а с другой - фотоприемник. Световое излучение проходит через биоткань между источником света и фотоприемником

Сигнал фотоприемника подается на монитор, который осуществляет его визуализацию, или подается в устройство, где проводится запись его в течение определенного промежутка времени. В качестве источника светового излучения могут быть использованы миниатюрные лампы накаливания или светодиоды.

Используя сигнал фотоприемника или фотоплетизмограмму, можно определить частоту сердечных сокращений (ЧСС). Для этого следует измерить время между соседними максимумами фотоплетизмограммы. Частота сердечных сокращений, обычно, определяется количеством ударов в минуту. При построении измерительных устройств, для определения ЧСС следует помнить, что в мелких и средних венах практически отсутствуют колебания кровяного давления.

При использовании монохроматических источников излучения с несколькими частотами, можно реализовать идеи, использованные в спектрофотомерах. С помощью их неинвазивно, применяя накладные датчики, определяют сатурацию крови кислородом. В основу их работы положено то обстоятельство, что в зависимости от частоты излучения источника света коэффициенты светопоглощения гемоглобином и оксигемоглобином одинаковы или существенно различны. Так при длине волны 660 нм (красная область) гемоглобин поглощает приблизительно в 10 раз больше светового потока, чем оксигемоглобин. А при длине волны 940 нм (инфракрасная область) поглощение света оксигемоглобином больше, чем гемоглобином.

3.7 Пневмограмма

Графическая регистрация дыхательных движений с помощью прибора -- пневмографа. В ветеринарии для пневмограммы пользуются пневматической капсулой, обтянутой тонкой резиной. Её фиксируют на теле животного в области 9--12-го ребра бинтом или резиновым тонким жгутом.

Возникающие в капсуле колебания воздуха при движении стенок грудной клетки передаются через резиновую трубку писчику кимографа, на котором вычерчивается соответствующая кривая -- пневмограмма. На ленте кимографа с помощью хронографа отмечается также время наблюдений Восходящее колено кривой на пневмограмме соответствует вдоху, нисходящее -- выдоху. При нормальном состоянии животного восходящее колено пневмограммы круче и короче нисходящего, вершина -- в виде дугообразной линии, на кривой нет вторичных подъёмов и неровностей. Пользуясь П., выявляют частоту дыхания, ритм и силу дыхательных движений грудной клетки, устанавливают патологические типы дыхания

3.8 Расчет надежности

Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в допустимых пределах, соответствующих принятым режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Эксплуатационная надёжность аппаратуру зависит в основном от качества разрабатываемой конструкции аппаратуры, качество в использующих в аппаратуре комплектующих изделий и уровня технологического процесса изготовляемой аппаратуры. Ответственность за качество серийно-выпускаемой аппаратуры несёт изготовитель, независимо от причин её отказов. Поэтому изготовители РЗА при выборе производственного процесса должен учесть значение нескольких параметров характеризующих надёжность изделия.

При расчёте надёжности определяются основные показатели надёжности: суммарная интенсивность отказов, наработка на отказ, вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ.

Для оценки надежности используется следующие количественные показатели:

-суммарная интенсивность отказов л(m) рассчитывается по формуле 50.

л = ? лi

где лi - интенсивность отказов каждого элемента, рассчитывается по формуле 13.



лi=л0*а1*а2*а3* …*аn

где лi - интенсивность отказов при нормальных условиях;

а1, а2, а3 - коэффициент воздействующих факторов.

Обычно при расчёте надежности используются три коэффициента:

а1 - электрический коэффициент нагрузки;

а2- коэффициент эксплуатации;

а3 - температурный коэффициент;

Для резисторов:

а2 = Рраб./ Рном.

где: Рраб.- мощность, потребляемая в рабочем режиме;

Рном.- номинальная потребляемая мощность;

Для конденсаторов:

а2 = Uраб./Uном.

где: Uраб. - рабочее напряжение конденсатора;

Uном. - номинальное напряжение конденсатора.

Для микросхем:

а2 = Краз. раб./Краз. ном.

где: Краз. раб - коэффициент разветвления рабочий;

Краз. ном - номинальный коэффициент разветвления.

Для нашего случая будет равняться 30-50.

Вероятность безотказной работы P(t)-это вероятность того, что в заданном промежутке времени не произойдет ни одного отказа. Вероятность безотказной работы это вероятность того, что в заданный интервал времени не произойдёт ни одного отказа и определяется по формуле 17.

P(t)=e-лt

где е - основание натурального логарифма;

л - суммарная интенсивность отказов;

t - время работы блока;

Результаты расчёта надёжности для каждого элемента схемы приведены в таблице 2.

Таблица 2

Расчёт надёжности

Тип и наименование	Интенсивность отказов (*10/час)	Коэффициент нагрузки	Температурный коэффициент	Количество элементов	Интенсивность отказов (0,000001)
AD620ARZ	0,2	0,2	0,1	1	0,004
AD8541ARZ	0,2	0,2	0,1	1	0,004
AD8542ARZ	0,2	0,2	0,1	1	0,004
AD8629ARZ	0,2	0,2	0,1	2	0,008
ADR3440ARJZ	0,2	0,2	0,1	2	0,008
MAX4372HEUK-T	0,2	0,2	0,1	12	0,048
TI REF2940AIDBZT	0,2	0,2	0,1	4	0,016
TI TL064CD	0,2	0,2	0,1	2	0,008
TI TLV431CDBVR	0,2	0,2	0,1	4	0,016
Конденсаторы
Керам. 0805 X7R 4700 пФ 10% 50В	0,1	0,2	0,2	2	0,008
Керам. 0805 X7R 0,01 мкФ 10% 50В	0,1	0,2	0,2	4	0,016
Керам. 0805 X7R 0,047 мкФ 10% 50В	0,1	0,2	0,2	1	0,004
Керам. 0805 X7R 0,1 мкФ 10% 16В	0,1	0,2	0,2	15	0,136
Керам. 0805 X7R 0,22 мкФ 10% 16В	0,1	0,2	0,2	4	0,016
Керам. 0805 X7R 0,47 мкФ 10% 16В	0,1	0,2	0,2	5	0,02
Керам. 0805 Y5V 0,1 мкФ 20% 25В	0,1	0,2	0,2	25	0,176
Тант. B-Case 10,0 мкФ 20% 16В	0,1	0,2	0,2	2	0,008
Алюм. 6 мм 100,0 мкФ 20% 16В	0,1	0,2	0,2	1	0,004
Резисторы
0805 82,5 Ом 0,1%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
0805 3,4 кОм 0,1%	0,2	0,2	0,1	2	0,008
0805 10,2 кОм 0,1%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
0805 274 кОм 0,1%	0,2	0,2	0,1	4	0,016
0805 470 Ом 1%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
0805 4,12 кОм 1%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
0805 5,1 кОм 1%	0,2	0,2	0,1	2	0,008
0805 560 Ом 5%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
0805 22 кОм 5%	0,2	0,2	0,1	2	0,008
0805 100 кОм 5%	0,2	0,2	0,1	3	0,012
0805 200,0 кОм 5%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
1206 100 МОм 5%	0,2	0,2	0,1	1	0,004
Разъемы	0,001	1	1	2	0,001
Пайка	0,0001	1	1	780	0,0185
Плата	0,85	1,2	1	1	0,85
ИТОГО 1,5335

С учетом воздействия внешних условий (К=150) суммарная интенсивность отказов составляет:

лt = 0,000230025

Среднее время безотказной работы (наработка на отказ) составляет: Т=7491 ч.

Вероятность безотказной работы за время t=1000 составляет 0.8758;



4. БЖД

4.1 Анализ опасных факторов при изготовлении и эксплуатации прибора

4.1.1 Физически вредные и опасные факторы

К физическим вредным и опасным факторам относятся: повышенные уровни электромагнитного, рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного излучения; повышенный уровень статического электричества и запыленности воздуха рабочей зоны; повышенное содержание положительных аэронов и пониженное содержание отрицательных аэройонов в воздухе рабочей зоны; повышенный уровень блескости и ослепленности; неравномерность распределения яркости в поле зрения; повышенная яркость светового изображения; повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

4.1.2 Химически вредные и опасные факторы

Химические вредные и опасные факторы следующие: повышенное содержание в воздухе рабочей зоны двуокиси углерода, озона, аммиака, фенола и формальдегида.

4.1.3 Психофизические вредные и опасные факторы

Психофизиологические вредные и опасные факторы: напряжение зрения и внимания; интеллектуальные, эмоциональные и длительные статические нагрузки; монотонность труда; большой объем информации, обрабатываемый в единицу времени; нерациональная организация рабочего места.

Механизм нарушений, происходящих в организме под влиянием электромагнитных полей, обусловлен их специфическим (нетепловым) и тепловым действием.

Специфическое воздействие ЭМП отражает биохимические изменения, происходящие в клетках и тканях. Наиболее чувствительными являются центральная и сердечно-сосудистая системы. Возможны отклонения со стороны эндокринной системы.

В начальном периоде воздействия может повышаться возбудимость нервной системы, проявляющаяся раздражительностью, нарушением сна, эмоциональной неустойчивостью. В последующем развиваются астенические состояния, т.е. физическая и нервно-психическая слабость. Поэтому для хронического воздействия ЭМП характерны: головная боль, утомляемость, ухудшение самочувствия, гипотония (снижение артериального давления), брадикардия (урежение пульса), боли в сердце. Указанные симптомы могут быть выражены в разной степени.

Тепловое воздействие ЭМП характеризуется повышением температуры тела, локальным избирательным нагревом клеток, тканей и органов вследствие перехода ЭМП в тепловую энергию. Интенсивность нагрева зависит от количества поглощенной энергии и скорости оттока тепла от облучаемых участков тела. Отток тепла затруднен в органах и тканях с плохим кровоснабжением. К ним в первую очередь относится хрусталик глаза, вследствие чего возможно развитие катаракты. Тепловому воздействию ЭМП подвергаются также паренхиматозные органы (печень, поджелудочная железа) и полые органы, содержащие жидкость (мочевой пузырь, желудок). Нагревание их может вызвать обострение хронических заболеваний. При этом под условиями работы подразумевают комплекс физических, химических, биологических и психофизических факторов, установленных стандартами по безопасности труда (ССТБ).

К физическим факторам относятся:

- вибрация и шум из-за движущихся машин, механизмов и их элементов, запыленность и загазованность воздуха, температура поверхностей оборудования, материалов и воздуха;

- плотность воздуха, ее резкое изменение, подвижность и ионизация воздуха;

- ионизирующие и электромагнитные излучения, статические заряды и повышение напряжения в цепи, электрические и магнитные поля;

- отсутствие или недостаток естественного света, повышенная или пониженная освещенность, яркость и контрастность, блесткость поверхности, пульсация светового потока;

- ультрафиолетовое или инфракрасное излучение.

К химическим факторам относятся:

- общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные;

- действующие через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожный покров.

К психофизическим факторам относятся перегрузки:

- физические (статические, динамические, гиподинамия);

- нервно-психические (умственное перенапряжение, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

При проектировании рабочего места инженера-программиста необходимо учитывать и нормировать все указанные группы факторов, поскольку при определенных условиях они могут вызвать нежелательные функциональные сдвиги в организме оператора, снизить качество и эффективность его работы, оказать отрицательное влияние на его здоровье.

Наиболее значительным фактором является микроклимат, особенно температура и влажность воздуха

Атмосферное давление в пределах 80-106 кПа легко переносимо человеком. При давлениях, выходящих за эти пределы, человеку требуется предварительная акклиматизация.

Результаты работы инженера-программиста в большой степени зависят и от освещенности рабочего места. Чтобы правильно спланировать рациональную систему освещения, необходимо учитывать яркость источников света, их расположение в помещении, яркостной контраст между устройствами ЭВМ и фоном, блесткость поверхностей, качество и цвет светильников и поверхностей. Для малой и средней контрастности поверхностей ЭВМ при темном фоне наименьший уровень освещенности должен быть 150 лк. Для большой контрастности при светлом или темном фоне наименьший уровень освещенности 100 лк.

В помещениях, где эксплуатируют ЭВМ, необходимо предусматривать систему искусственного освещения из люминисцентных ламп дневного света или ламп накаливания. Существуют прямая, отраженная и диффузная системы искусственного освещения. При прямом освещении свет попадает на объект непосредственно от источников света. При этом 90-100% мощности светильника направлено на рабочую поверхность, что вызывает яркостные контрасты, резкие тени и блесткость (свойство ярко освещенной поверхности вызывать ослепление или дезадаптацию наблюдателя). При освещении отраженным светом 90-100% света направляется на потолок и верхнюю часть стен, от которых свет более или менее равномерно отражается по всему помещению. При этом достигается равная освещенность без теней и блесткости. Диффузное освещение обеспечивает рассеянный свет, одинаково распределенный по всем направлениям. Такая система освещения требует меньшей мощности, чем две предыдущие, но вызывает частичное образование теней и блесткости.

Кроме освещенности, большое влияние на деятельность человека оказывает цвет окраски помещения и спектральные характеристики используемого цвета. Рекомендуется, чтобы потолок отражал 80-90%, стены - 50-60%, панели - 15-20%, а пол - 15-30% падающего на них света. Кроме того, цвет обладает некоторым психологическим и физиологическим действием. Так, например, применение тонов теплой гаммы (красный, оранжевый, желтый) создает впечатление бодрости, возбуждения и замедленного течения времени. Эти же цвета вызывают у человека ощущение тепла.

Большое влияние на деятельность инженера-программиста оказывает и уровень акустического шума. Шум резко снижает производительность труда и увеличивает травматизм. Физиологически шум воздействует на органы зрения и слуха, повышает кровяное давление, при этом притупляется внимание.

Шум оказывает также и эмоциональное воздействие: он является причиной возникновения таких отрицательных эмоций, как досада, раздражение. Особенно неприятны высокочастотные и прерывистые шумы.

Основным из механических факторов производственной среды являются вибрации. Они не только вредно воздействуют на организм, но и мешают человеку выполнять как мыслительные так и двигательные операции. Под действием вибраций ухудшается зрительное восприятие, в особенности на частотах между 25 и 40 Гц и между 60 и 90 Гц. Наиболее опасна вибрация с частотой 6-8 Гц, так как в этом диапазоне лежит собственная резонансная частота тела, головы и брюшной полости человека.

К числу неблагоприятных факторов относятся электромагнитные поля (ЭМП) высоких частот. Их воздействие на человека может вызвать функциональные сдвиги в организме: быструю утомляемость, головные боли, нарушение сна, раздражительность, утомление зрения и т.п.

Предельно допустимые уровни ЭМП следующие:

- в СВЧ-диапазоне - мкВт/см;

- в диапазоне до 300 МГц по электрической составляющей - 5 В/м, по магнитной составляющей - 5 А/м. С учетом этого стандарта было исследовано свыше 150 мониторов различных типов.

На жизнедеятельность человека большое влияние оказывает газовый состав воздуха. Здесь обычно исследуется две группы факторов: изменение обычного состава воздуха (кислорода и углекислого газа) и посторонние добавки к нему в результате работы техники.

Благоприятными условиями газового состава воздуха считается содержание кислорода 19-20%, углекислого газа около 1%; допустимые значения, при ко-торых не происходит выраженного снижения работоспособности составляют: кислорода - 18-29%, углекислого газа - 1-2%. Снижение содержания кислорода ниже 16% и повышение содержания углекислого газа выше 3% являются недопустимыми и могут привести к нежелательным последствиям. Важнейшим способом борьбы с неблагоприятным воздействием на человека химических факторов является соблюдение их предельно допустимых концентраций в производственных помещениях. Предельно допустимыми считаются такие максимальные концентрации вредных веществ, которые при ежедневной рабо-те не могут вызывать у работающих заболевания или отклонения в состоянии здоровья. Такими концентрациями считаются, например, для аммиака - 20 мг/м, анилина - 3 мг/м, ацетона - 200 мг/м, бензола - 5 мг/м, бензина - 100 мг/м, серной кислоты - 1 мг/м.

4.2 Акустический расчет

Задачами акустического расчета являются:

- определение уровня звукового давления в расчетной точке, создаваемого источником шума,

- расчет необходимого снижения шума.

- разработка мероприятий по снижению шума до допустимых величин,

- определение толщины стального облицованного кожуха, необходимой для достижения эффективной звукоизоляции.



Исходные данные

Номер источника шума	Характеристика помещения	Размеры помещения	Расстояние от ИШ до РТ, r	Вид деятельности	Материал кожуха
		Длина А	Ширина В	Высота Н
8	1	34	20	8	6	1	Сплав А

4.2.1 Расчет уровня звукового давления, создаваемого источником шума, в каждой октавной полосе

-- фактор направленности для равномерного шума;

-- площадь поверхности, на которую распределяется излучаемая энергия;

;

-- постоянная помещения на частоте 1000 Гц.

; ;

4.2.2 Определение допустимых уровней звукового давления для заданного вида работ



4.2.3 Расчет требуемого снижения уровня звукового давления

4.2.4 Выбор октавной полосы, в которой требуемое снижение уровня звукового давления имеет наибольшую величину

Такой полосой является полоса с

4.2.5 Определение толщины кожуха

Исходя из условия, что кожух обеспечивает необходимую звукоизоляцию, получаем:

Найдём толщину кожуха.

-- коэффициент звукопоглощения материала;

Так как

и , то

, откуда

,

,

,

,

-- поверхностная плотность материала кожуха.

Так как , то , тогда

.

Таким образом, толщина кожуха из сплава А равна 21мм.

4.3 Расчет освещения методом коэффициента использования светового потока

От освещения в значительной степени зависит производительность труда и качество продукции. Неудовлетворительное освещение приводит к искажению получаемой человеком информации, утомляет зрение и весь организм. Для выполнения работ высокой точности в производственном помещении необходимо рассчитать общую систему равномерного освещения. Выбираем для освещения помещения светильники с люминесцентными лампами. Принимаем систему комбинированного освещения.

Характер зрительной работы в цехе соответствует IV разряду.

Согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» норма освещенности на рабочем месте - 400 лк.

Для освещения цеха выбираем позвенные светильники типа ПВЛП-1-2х40, применение которых допускается в любых производственных помещениях.

Предусматриваем частично пыленепроницаемое исполнение светильников. В качестве источников света используем люминесцентные лампы типа ЛД.

При высоте помещения Н = 6,0 м и высоте расчетной поверхности над полом hр = 1.3 м величина свеса светильников hc = 0,9 v.

Расчетная величина подвеса светильников над рабочей поверхностью:



h = H - hр - hс,

где H = 6 - 1,3 - 0,9 = 3,8 м.

Расстояние между рядами светильников Lр выбираем из соответствующего соотношения

Lp/h = 1,4 2,6.

Выбираем

Lp/h = 2,5, тогда Lp = 2,5x3,8 = 9,5 м.

Расстояние от крайних светильников до стен

L = 0,4Lp, т.е. L = 0,4x9,5 = 3,8 м

Расстояние между светильниками 5 м.

Таким образом, принимаем тридцать светильников, по десять в трех рядах. В каждом светильнике по две лампы ЛД. Следовательно, общее количество ламп N = 60.Расчет освещения производим методом коэффициента использования светового потока.

Дано:

А = 60 м, В = 30 м, h = 6 м, п = 50%, с = 30 м, р = 10%.

где: А,В,h - соответственно длина ширина и высота помещения, п, с, р - коэффициенты отражения потолка, стен и рабочих поверхностей.

Определяем индекс помещения по формуле

i = АхВ/hх(А+В),

где

i = 60х30/6(60+30) = 3,3

Для светильников ПВЛП с индексом помещения i = 3,3 с учетом коэффициентов отражения стен, потолка и рабочих поверхностей определяем соответствующее значение коэффициента использования светового потока = 47%. Для производственных помещений с содержанием пыли не менее 1 кг/м3 при освещении люминесцентными лампами коэффициент запаса Кз = 1,5.Следующим этапом определяем расчетное значение светового потока по формуле:

Fp = EнКзSZ / N,

где: Ен - нормативное значение минимальной освещенности, Лк,

Кз - коэффициент запаса, S - площадь помещения, кв.м ,Z - поправочный коэффициент,- коэффициент использования светового потока, N - количество ламп

Fp = 400x1,5x1800x1,2/47x60 = 459,6 Лм.

Выбираем лампу ЛДЦ-1,5-4, мощность 15 вт со световым потоком Fл = 475 лм, который несколько больше расчетного.Проводим проверочный расчет освещенности по формуле:

Е = FлN/KзSZ

E = 475x60x47/1,5x1800x1,2 = 413 лк.

Общая мощность осветительной установки по формуле:



Po = KnPN,

где: Кn - коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре для люминесцентных ламп, Кn = 1,2 Р - мощность лампы, квт,

N - количество ламп.

Ро = 1,25х0,015х60 = 1,125 квт

Естественное освещение может осуществляться через окна или световые проёмы в наружных стенах (боковое освещение), через застеклённые световые фонари и перекрытия (верхние) или через фонари и окна одновременно (комбинированное). Естественное освещение резко изменяется в течение дня, времени года и существенно зависит от атмосферных условий. От этих недостатков свободно искусственное освещение - освещение помещений искусственным светом с помощью электрических ламп.

При изготовлении данного изделия используется комбинированное освещение, при котором наряду с общим искусственным освещением используются светильники местного освещения для создания на рабочих местах освещённости более высоких уровней.

Для определения соответствия естественной освещённости в производственном помещении требуемым нормам измеряют освещённость: при верхнем и комбинированном освещении - в различных точках помещения с последующим усреднением; при боковом - на наименее освещённых рабочих местах. Для искусственного освещения нормируемым параметром является освещённость.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте были модернизированы аппаратные средства монитора МИТАР-01-“Р-Д”. Была разработана конструкция термисторного датчика дыхания, предусмотрена возможность установки модуля дыхания вместо одного из модулей инвазивного давления, на плате процессора были предусмотрены порты для распознавания типа установленного в монитор модуля.

Расчет и выбор элементов произведен в соответствии с принципиальной схемой.

В разделе «Экономическое обоснование проекта» рассчитана стоимость прибора, обоснована целесообразность создания данного прибора и его эксплуатации.

В разделе «Безопасность и экологичность проекта», произведен анализ соответствия данного прибора критериям экологичности и безопасности, произведен расчет вентиляции с выбором вентилятора, расчет шума.

Прибор являются полезными, а в ряде случаем и незаменимыми в медицинских учреждениях, в зависимости от предъявляемых требований к использованию.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ананченко В.Н., Гофман Л.А. Теория измерений: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2003

2. Нестеров П.В., Шеньгин В.Ф. Микропроцессоры: Кн.1. Архитектура и проектирование микроЭВМ. Организация вычислительных процессов. - М.: Высш. шк., 1986.

3. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. - М.: Радио и связь, 1989.

4. Баранов В.В., Бекин Н.В. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987.

5. Коффрон Дж., Лонг В. Расширение микропроцессорных систем. - М.: Машиностроение, 1987.

6. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - Третье издание, 1978.

7. Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности "Радиотехника" / В.О. Дмитрук, В.В. Лысак, С.М.Савченко, В.І. Правда. - К.: КПІ, 1993.

8. Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. - 2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004.

Размещено на Allbest.ru