2023年位置传感器在心电图机中的应用.doc

沈阳药科大学高职学院毕业论文 沈阳药科大学高职学院毕业论文 传感器在心电图中的应用 毕业生姓名： 刘 旭 学 号： 08606212 所学专业:医用电子仪器与维护 指 导 教 师： 邸 刚 2023年 3 月 毕业论文任务书 学生姓名 刘旭 班 级 医电2班 论文题目 位置传感器在心电图机中的应用 实习单位 论文主要内容：心电图机是医学院校医疗专业最常用的医用电子仪器之一。为了使医学生对心电图机有更进一步的了解，本文重点就位置传感器及其在心电图机中的应用进行详细地阐述 论文要求： 论文撰写进度安排〔起止时间〕： 指导教师〔签字〕 填 表 时 间 年 月 日 目 录 一、心电图机的根本组成 1、心电图机的根本组成 2、前置放大电路板的根本组成 二、位置传感器的介绍 1、“差动变压器〞式位置检测器 2、“电磁传感式〞位置传感器 3、“同轴电位器〞式位置检测器 4、“磁敏电阻〞式检测器 三、位置传感器在心电图机中的应用及其故障分析 1、磁敏电阻式位置反响记录器 2、磁敏电阻式位置反响记录器放大电路 3、记录器故障的检修 位置传感器在心电图机中的应用 ：心电图机是医学院校医疗专业最常用的医用电子仪器之一。为了使医学生对心电图机有更进一步的了解，本文重点就位置传感器及其在心电图机中的应用进行详细地阐述 关键词：电压 传感器 心电图 位置传感器 传感器在人体参数测量过程中起能量变换作用，因此也称换能器。在生物医学测量中，需要测定各种力学量〔距离、位移、力、扭转、速度、加速度、压力等〕，由于这些力学量都与位移有一定的关系，因此通常先将各种力学量通过一次变换器变换成位转量。位移的测量方法很多，诸如光学测量法、超声法、辐射成像法。由于价格昂贵，通常采用电参数传感器，如电阻式、电容式和电感式等。电参数传感器能将位移的变化变换成相应的电参数〔电阻、电容、电感〕的变化，再通过检测电路变换成电信号的幅度或频率的变化，以到达测量人体参数之目的。 一、 心电图机分4个主要电路板：1、电源电路板；2、前置放大电路板；3、主放大电路板；4、键控电路板 位置传感器在前置放大电路板中，其主要组成是： 〔一〕输入电路 1 平衡电阻保护电路 2 缓冲放大器 3 威尔森网络 4 屏蔽驱动电路 5 盗链选择电子开关 (二)前置放大电路 1 差分放大器 2 高伏标压产生电路 3 气波脉冲组成电路 4 时间常数和封闭电路 5 光电耦合放大电路 6 灵敏度滤波选择电路 7 交流肌电选择电路 8 电极脱落检测电路 9 直流-直流转换器 图1 前置放大电路结构框图 图2 放大电路 下面主要介绍位置传感器及其在心电图机中的应用： 二、 位置传感器 1 “差动变压器〞式位置检测器     差动变压器它包含初级线圈和次级线圈两局部。初级线圈接入几百KHz交流信号电压作信号鼓励用，次级线圈由两个结构、尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成。也就是说差动变压器是由一组相对于固定位置的次级线圈而可以移动的初级线圈和两组固定位置的次级线圈组成。它是利用初级线圈作直线移动，以改变初次级线圈的互感的互感量〔初次级之间是通过空间耦合〕来到达两个次级线圈电压的差值与初级线圈作距离线性关系的。差动变压器的工作原理是：在初级线圈L0中参加一定的交流鼓励电压E时，在次级线圈L1和L2中将分别感应出交流信号V1和V2。当L0和L1、L2之间等距时，将在次级L1、L2感应出大小相等相位相同的电压信号，输出为零。当L0和移动到L1附近〔远离L２时〕，L1上上感应到的交流信号V1>V2。反之V２>V1。总之，当L0产生位移时，两个次级线圈L 1、 L2的感应电势就不相等，一个增加伴随另一个减少，因此，差动变压器便产生差动电压输出，输出电压的大小与相位取决于位移的大小与位移的方向。 该系统与传统的盘香弹簧机械式记录系统比拟，其优点是：无噪音，寿命极长，无接触，分辨率小，力矩小，频响和灵敏度高，可靠性好，小型轻量。而且还克服了传统的检流计笔描记录器为提高时间精度采取了各种直线补偿联动机械，其转动惯量和摩擦阻力的增加又导致了固有频率降低，回零滞后增大等缺点，同时也克服了采用增加扭转部件刚度解决上述缺点，从而又带来偏转所需的线圈电流电压会随之增大，甚至超出驱动放大器输出能力和记录器结构功耗能力允许的弱点。缺点是：差动变压器位置检测器的初级线圈需要鼓励信号，电路中增设了高频信号电压产生电路和检波电路等。该传感器应用在国产的XDH—3B型心电图机中，现已淘汰。 2 “电磁传感式〞位置传感器     电磁传感式位置传感器由初级线圈和次级线圈组成，次级线圈有上下两个绕组。与差动式位置传感器的结构大致相似，工作原理根本相同。所不同的是初级线圈接收高频交流信号电压是10KHz，初次级线圈之间装有一个带有螺纹的磁芯。该传感器应用在ECG—5403型心电图机中，已淘汰。   3 “同轴电位器〞式位置检测器    “同轴电位器〞式位置检测器原理图请参看笔者编著的中外心电图机实用技术一书P164图5—61。该位置检测器是采用了与记录线圈同轴转动的固态性电位器结构，其工作原理是当固态线性电位器随记录线圈同轴转动时，R01和R02的阻值也在变化：线性电位器中心臂在中产位置时，R01=R02，此时V0＝；线性电位器中心臂在上面位置时，R01<R02,此时V0>；线性电位器中心臂在下面位置时，R01>R02，，此时V0<。也就是说它是利用电位器中心臂与记录器线圈同轴移动，在不同的位置时R0不同的原理，以到达检测记录器不同位置时的相应反响电压之目的。该传感器应用在进口心电图机中。 4“磁敏电阻〞式检测器    “磁敏电阻〞式检测器原理图请参看笔者编著的中外心电图机实用技术一书P151图5—54。当磁铁在磁敏电阻上、下移动时，R磁1和R磁2的阻值也相应变化：磁铁在中间位置时，此时V0=；磁铁在上面位置时，R磁1>R磁2此时V0<；磁铁在下面位置时，R磁1<R磁2，此时V0>。总之，它是得用磁铁与记录器线圈同轴转动。使磁铁在磁敏电阻上、下移动时，R磁不同的原理，从而到达检测记录器不同位置时的相应反响电压之目的。该传感器已广泛应用于现代心电图机之中。 三、 磁敏传感器在心电图机中的应用     该系统主要由笔马达，位置传感器和主放大电路组成。为了便于读者的理解，以ECG—6511型心电图机为例进行阐述。 1磁敏电阻式位置反响记录器     磁敏电阻式位置反响记录器主要由一个小磁铁和两个磁敏电阻组成。主要特点是无噪音，寿命极长，无接触，分辨率极小，力矩极小，频响和灵敏度高，可靠性好，小型轻量等特点。热笔采用“点〞状接触热笔，它是采用了半导体材料“点〞接触发热元件，元件与笔杆之间用绝缘材料隔离，因而它的热容量，散热量和耗电量均较小。“点〞状热笔必须配合特殊机构才能将记录轴的转动变成笔端的直线运动，从而使笔端的垂位移与记录器的偏转角成正比。 2 磁敏电阻式位置反响记录器放大电路 由前置放大单元放大输出的心电信号加到由输入信号处理器、限幅放大器、位置反响放大器 、信号合成处理器、微分放大器、电压变换器、驱动放大器等组成的磁敏电阻式位置反响记录器放大电路，实现信号电平转换再驱动BTL功率放大器。静态时，由于四个晶体管参数对称，输出为0，热笔不动作。动态时热笔马达在正负心电信号的驱动下带动热笔在记录纸上描记出正负心电波形。     笔马达与位置传感器记录器由热笔机械连接在一起。当笔马达带动热笔偏转时，位置传感器的转轴旋转，固定在转轴上的永久小磁铁也随着转动，使磁场强度的方向发生改变，并导致固定在基座上靠近小磁铁的磁敏电阻的阻值发生变化而产生位置反响信号电压，即产生一个正比于记录器的角位移信号。 3 记录器故障的检修    〔一〕故障现象  开机后热笔单偏，调节基线电位器不起作用或将电位器调到某极限位置时，热笔能够勉强靠近中心位置。当把增益电位器逆时针调节，使增益为零时热笔仍不能回到中心位置。 〔二〕故障分析 1 维修前的准备工作 〔1〕掌握心电图机的整机原理方框图及个局部电路作用和信号流程 〔2〕掌握心电图机的操作及调试 〔3〕掌握前置放大工作原理 2 对此故障进行分析 (1)前置放大电路板故障 〔2〕前置放大电路故障 〔三〕检修步骤 1 询问了解故障现象 2 判定故障类型，电路故障可通电进行检查 3 采用直观检查法重点检查前置放大电路版 4 采用电压测量法，测量电源板输出电压是否正常 5 采用电压测量法，测量IC108A输出1脚工作电压 〔1〕无信号输入时，正常0V 〔2〕定标信号时，正常60mV 测量IC108B输出工作电压 （1） 无信号输入时，正常1.4V （2） 定标信号时，微小负压 测量时假设IC108B输出工作电压低于1.2V高于2V，IC108有故障。 6 采用电阻测量法检查PC-02光电耦合器及Q104 1、2脚正反向电阻值 3、4脚正反向电阻值 5、6脚正反向电阻值 Q104 bc、be结电阻值 7 采用比照法，测量IC115红黑表笔分别对地电阻值，以及外围元器件 8 采用电压测量法，测量IC115 IC1158脚输出 （1） 无信号输入时，正常0V （2） 定标信号输入时，正常在+5、-5之间变化，无电压变化那么IC115损坏 〔分析检修2  当出现此故障时，在确保电路没有问题后，应对记录器进行检查。首先卸下热笔，拔下位置传感器插头，然后用数字万用表测量位置传感器输出端〔兰线与黑线〕之间的电阻。当连杆位置自由上限时兰黑线间阻值正常值在11.60KΩ±3KΩ；当连杆位置在自由下限时兰黑线间的正常阻值在12.60KΩ±3KΩ。变化范围1KΩ。测量时，同时转动位置传感器的连杆观察阻值有无变化，如果无变化，阻值又很大，说明位置传感器已坏，应更换新的。如果在转动传感器的连杆到达极限位置时，阻值从小到大，突然又从大变小，而电阻的变化范围根本正常。出现这种现象主要是由于小磁铁的磁场强度方向没有处在最正确位置所引起。此时应对位置传感器的安装角度进行调整：    ①位置传感器的安装角度调整    松开位置反响传感器的固定螺钉，安装好热笔，将位置反响传感器向热笔单偏相反的方向旋转一个角度，直到将故障排除，然后再紧固螺钉，进行通电实验。     ②限幅〔LIM〕电位器的调整     当电桥失衡比拟严重采取上面的措施仍不理想，热笔在某一侧的偏转幅度不够时，可在开机工作的状态下，将面板上的限幅电位器逆时针微调，以增大限幅范围。此时值得注意的是限幅电位器调整后，增益会随之改变，定标压会增高，所以还需把增益〔GAIN〕电位器逆时针微调一下，到达定标电压幅度符合标准即可。     ③位置传感器磁场强度方向校正法     当磁敏