Вимірювальний перетворювач для автоматизованої діагностики стану серцево-судинної системи

Реферат: Вимірювальний перетворювач для автоматизованої діагностики стану серцево-судинної системи містить датчик на основі кварцового резонатора із модульованим міжелектродним зазором, генератор та частотний демодулятор. Чутливий кварцовий елемент має сфероподібну увігнутість внутрішньої поверхні, над якою розташовано ферокерамічну пластину, а між ними встановлено діелектричну плівку (мембрану) із нанесеним металевим покриттям у вигляді двох котушок індуктивності, з яких одна є спіральною, а друга є кільцевою. При цьому в середині мембрани утворено дроселюючий отвір для вирівнювання тиску в обох частинах датчика. UA 93352 U (12) UA 93352 U UA 93352 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до контрольно-вимірювальної техніки і може бути застосованою в спеціалізованих лікувально-діагностичних закладах із метою проведення комплексної діагностики стану організму пацієнта при лікуванні та деяких методах діагностики захворювань серцево-судинної системи, зокрема для сфігмографічної діагностики. Відомим є вимірювальний перетворювач для діагностики стану серцево-судинної системи 7 (за пат. 44108 А України, МПК G01L 9/08, G01L 9/12, опубл. 15.01.2002 p.), що виконано на основі кварцового резонатора, який містить корпус, металеву круглу мембрану, дисковий кварцовий п'єзоелемент, встановлений на поверхню кварцоутримувача паралельно мембрані з утворенням зазору між ним і мембраною, круглий електрод, нанесений на поверхню п'єзоелемента в центральній його частині, металеву основу із донною частиною, металеве опорне кільце, заклепку із циліндричною пласкою голівкою, регулювальний гвинт, при цьому пневматичний фільтр та пневматичні канали сполучаються із об'ємом, обмеженим стінками, донною частиною і внутрішньою поверхнею мембрани, та врешті із корпусом. Вадами цього вимірювального перетворювача є те, що діагностика стану серцево-судинної системи організму відбувається на підставі визначення результатів вимірювань значень сигналу тиску із звуженою смугою частоти, що має достатню роздільну здатність, але не забезпечує потрібної точності визначення комплексних показників та надійності діагностики стану пацієнта. Найбільш близьким до запропонованого за сукупністю ознак є вимірювальний перетворювач 7 для автоматизованої діагностики стану серцево-судинної системи (пат. 53900 U України, МПК G01L 9/08, G01L 9/12, опубл. 25.10.2010 р.), що містить кварцовий резонатор із модульованим міжелектродним зазором, електроди, підключені до параметричного входу генератора високих частот, вихід якого з'єднаний із входом частотного детектора, водночас функція зняття коливань суміщена із функцією збудження резонатора, а частотний детектор має коло частотної стабілізації та адаптивного налаштування частоти дискримінації, при цьому вихід частотного детектора підключений до підсилювача постійного струму, до виходу якого підключено загальну точку з'єднання резонатора та варикапа через схему формування напруги керування варикапом. Недоліками цього вимірювального перетворювача є також те, що не забезпечено потрібну точність вимірювання внаслідок визначення лише частотної характеристики кварцового резонатора у вузькій смузі, що призводить до втрати швидкодії і, як наслідок, особливостей динамічного процесу зміни стану тиску повітря за рахунок конструкції перетворювача. А це призводить до втрати якості інформаційного сигналу, що призводить до зниження достовірності результатів вимірювання та кінцевого встановлення діагнозу. В основу корисної моделі, поставлено задачу підвищення швидкодії вимірювання інформаційного сигналу, підвищення точності та достовірності тиску вимірювальним перетворювачем. Поставлена задача вирішується тим, що у вимірювальному перетворювачі для автоматизованої діагностики стану серцево-судинної системи, що містить датчик на основі кварцового резонатора із модульованим міжелектродним зазором, виходи якого підключено до генератора, частотний демодулятор, згідно з корисною моделлю, чутливий кварцовий елемент має сфероподібну увігнутість внутрішньої поверхні, над якою розташовано ферокерамічну пластину, а між ними встановлено діелектричну плівку (мембрану) із нанесеним металевим покриттям у вигляді двох котушок індуктивності, з яких одна є спіральною, а друга є кільцевою, при цьому в середині мембрани утворено дроселюючий отвір для вирівнювання тиску в обох частинах датчика. Підвищення швидкодії вимірювання корисного сигналу та точності роботи вимірювального перетворювача для автоматизованої діагностики стану серцево-судинної системи досягається тим, що форма чутливого кварцового елемента забезпечує розширення смуги частот сигналу тиску від об'єкта, а встановлена ферокерамічна пластина разом із діелектричною плівкою (мембраною) із нанесеними котушками індуктивності надає можливості враховувати зміни індуктивності у разі змінення міжелектродного зазору, що підвищує точність визначення коливань, та врешті зміни тиску та пульсових хвиль. Це надає можливості корекції діагностики в автоматизованому режимі. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких наведено: схему датчику вимірювального перетворювача - фіг. 1, зовнішній вигляд діелектричної плівки (мембрани) із котушками індуктивності - фіг. 2, структурну блок-схему вимірювального перетворювача - фіг. 3. Вимірювальний перетворювач виконано наступним чином. Датчик вимірювального перетворювача (фіг. 1) виконано у герметичному корпусі 1, до соплової частини 2 якого підводиться вимірювальний тиск Pj  P~ від встановленого об'єкта 3 дослідження. Усередині корпусу 1 знаходиться ферокерамічний елемент 4, який вмонтовано 1 UA 93352 U 5 10 15 20 25 30 35 таким чином, що його поверхня співпадає із поверхнею дна корпусу 1. Над дном прилаштовують діелектричну плівку 5 (мембрану), на якій знаходиться металеве покриття 6 у вигляді двох котушок індуктивності. Мембрану 5 розташовано на деякій відстані від дна корпусу 1 завдяки ізолюючій діелектричній прокладинці 7. У середині мембрани утворено дроселюючий отвір 8 для вирівнювання тиску в обох частинах датчика. На протилежному боці корпусу 1 встановлено чутливий кварцовий елемент 9, котрий має сфероподібну увігнутість внутрішньої поверхні, яка повернута до діелектричної плівки 5 (мембрани). Металеве покриття 6 діелектричної плівки 5 (мембрану) виконано наступним чином: перша спіралеподібна котушка 10 (фіг. 2) та навколо цієї котушки нанесено кільцеву котушку 11 зворотного зв'язку із виводами U1 , U2 , U3 , U4 на електронну схему вимірювального перетворювача (фіг. 3). Тобто котушки 10, 11 індуктивності (фіг. 2) є елементами генератора 12 (фіг. 3) та підключені до його першого та другого входів. На фіг. 3 відображено загальну схему з'єднання між блоками вимірювального перетворювача. Вихід генератора 12 підключено до першого входу частотного демодулятора 13 та першого входу системи 14 встановлення опорної частоти, вихід якої підключено до третього входу генератора 12. Електронна схема вимірювального перетворювача містить генератор 15 опорної частоти (ГОЧ), вихід якого з'єднано з другим входом системи 14 встановлення опорної частоти та другим входом частотного демодулятора 13, підключеного до входу системи 16 обробки інформаційного сигналу. Вимірювальний перетворювач працює наступним чином. Перша спіралеподібна котушка 10 (фіг. 2), розташована на діелектричній мембрані 5, є основним частотно-задавальним елементом генератора 12 (фіг. 3). Товщина ізолюючої діелектричної прокладинки 7 (фіг. 2) визначає статичну ємність задавального контуру при статичному тиску Po . У випадку, якщо тиск змінено, у той чи інший бік, мембрана 5 рухається відносно дна корпусу 1 та ферокерамічного елемента 4, викликаючи загальну зміну індуктивності та ємності індуктивного контуру. Генератор 12 (фіг. 3), в основі роботи якого полягає основний контур з індуктивністю L та ємності C , виробляє автоколивання на резонансній частоті контуру за допомогою котушки 11 зворотного зв'язку L зв . У стартовій ситуації, коли відсутня змінна компонента тиску P~ , частоту роботи генератора 12 встановлюють (налагоджують) системою 14 налагодження опорної частоти, яка формує сигнал керування для генератора 12. Водночас сигнал керування формують на основі аналізу різниці між вихідною частотою генератора 12 та ГОЧ 15. У цьому випадку датчик налагоджується на частоту ГОЧ 15, після чого система 16 обробки фіксує цю частоту. Надалі, якщо виникає динамічна складова сигналу на виході генератора 12, то система 14 встановлення опорної частоти на це не реагує. Якщо необхідно провести контроль статичного тиску Po , то на систему встановлення 40 45 опорної частоти необхідно подати команду Uобн "Обнуління". З виходу генератора 12 частотномодульований сигнал надходить на частотний демодулятор 13, де проводиться демодуляція сигналу на основі сигналу ГОЧ 15. З виходу частотного демодулятора 13 сигнал потрапляє на систему 16 обробки інформаційного сигналу. Водночас врахування вищих гармонік інформаційного сигналу надасть вищої швидкості отримання результатів, і як наслідок, отримання більшої якості отриманого сигналу для підвищення надійності роботи вимірювального перетворювача. Якщо виокремити функцію залежності індуктивності на поверхні котушки від амплітуди вібрацій мембрани 5 при зміні тиску, то частоту датчика можна визначити як f 1 2  z L0  LPC0  CP , де L 0 - початкова індуктивність датчика, C0 - початкова ємність датчика, 50  z - магнітна проникність матеріалу ферокерамічного елемента, P - зміна вимірюваного тиску. У цьому випадку частота налагодження контуру починає змінюватися зі зміною амплітуди коливань індуктивності. Оскільки опорна частота контуру стабільна, то будь-яке частотне розлагодження призведе до того, що вихідний сигнал контуру зменшується. Це явище викликає 2 UA 93352 U 5 модуляцію сигналу за амплітудою. Водночас, зберігається висока чутливість до зміни тиску як у статичному, так і у динамічному режимах. Оскільки амплітуда вібрацій впливає на величину міжелектродного зазору  датчика, то врешті індуктивність є функцією, що залежить від величини  . Змінення величини індуктивності L в процесі роботи датчика залежить від змінення  величини  під впливом зміни тиску P в організмі. Тоді функція датчика набуває вигляду   UI    10 15 2 2    1  1  C0  C     R         z     1 ,  S  C  f        є функціями, залежними від змінення геометричних розмірів де   f  , міжелектродного зазору в процесі роботи вимірювального перетворювача, S - активна площа чутливого кварцового елемента 9. Отже, на підставі цих виразів можна аналізувати вихідні сигнали датчика при діагностиці стану серцево-судинної системи пацієнта. Позитивним ефектом корисної моделі є підвищення швидкодії та точності визначення стану серцево-судинної системи організму, яке досягається в порівнянні із системою найближчого аналога шляхом аналізу форми інформаційного сигналу датчика, що характеризує динаміку перетворень у зоні вимірювання тиску. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Вимірювальний перетворювач для автоматизованої діагностики стану серцево-судинної системи, що містить датчик на основі кварцового резонатора із модульованим міжелектродним зазором, виходи якого підключено до генератора, частотний демодулятор, який відрізняється тим, що чутливий кварцовий елемент має сфероподібну увігнутість внутрішньої поверхні, над якою розташовано ферокерамічну пластину, а між ними встановлено діелектричну плівку (мембрану) із нанесеним металевим покриттям у вигляді двох котушок індуктивності, з яких одна є спіральною, а друга є кільцевою, при цьому в середині мембрани утворено дроселюючий отвір для вирівнювання тиску в обох частинах датчика. 3 UA 93352 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4