THƯ VIỆN DẠI HỌC NHA TRANG THU VIEN DH NHA TRANG 1000018465 TS NGUYỄN VŨ SƠN Kĩ THUẬT ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC 6T0 G D -0 1443/112-02 Mã sơ' : 7B598M3 L ịi n ói đ ổ u Hiện thiết bị điện tử sử dụng rộng rãi mang lại hiệu cao kỉnh tế quốc dân đời sống xã hội Cuốn sách "Kĩ thuật điện tử ứng dụng" giới thiệu ứng dụng y tế công nghiệp Cuốn sách gồm ba phần : Phần ỉ : K ĩ thuật siêu âm : Được ứng dụng để siêu ăm chẩn đoán bệnh ; siêu âm dò khuyết tật kim loại dò cá Phẩn II : K ĩ thuật X quang : Nêu ý nghĩa vật lí tỉa Rơnghen hoạt động thiết bị X quang Phần / / / K ĩ thuật điện tâm đồ : Nêu chất đặc điểm tín hiệu điện tim ; hoạt động thiết bị điện tim ; phần phụ lục giới thiệu thiết bị ECG 8820 Các vấn đề nêu có tính chất ngun lí, mong muốn cung cấp cho người đọc khái niệm khả ứng dụng (khơng sâu vào phân tích cụ thể mạch điện tử thiết bị Trên sở đó, giúp người đọc tăng cường lực giải vấn đề kĩ thuật thực tế Cuốn sách thích hợp cho sinh viên ngành điện tử ngành y trường đại học cao đẳng tài liệu tham khảo cho người quan tâm đến lĩnh vực điện tử ứng dụng Vì đề cập đến lĩnh vực kĩ thuật đại phát triển nên sách khố tránh khỏi sai sót định Tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp bạn đọc gần xa Thư góp ý xin gửi vê : Bộ môn Điện tử - Tin học ; khoa Điện tử - Viễn thông ; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phần I KĨ THUẬT SIÊU ÂM Chương KHÁI NIỆM CHƯNG VE KĨ THUẬT SIÊU ÂM 1.1 Tính châ't sóng siêu âm 1.1.1 Định nghĩa sóng âm Sóng âm dao động học hay sóng đàn hồi, lan truyền mơi trường đàri hồi Vì sóng âm cịn gọi sóng đàn hồi Sóng âm lan truyền môi trường vật chất đàn hồi chất rắn (thép, đá, ) tinh thể, chất lỏng (nước, dung mơi hữu cơ) chất thể khí 1.1.2 Phân loại sóng âm / Phân loại theo phương dao động Dựa vào cách truyền sóng, người ta chia sóng âm thành hai loại sóng dọc sóng ngang Sóng ngang sóng mà phương dao động phần tử mơi trường vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang xuất mơi trường có tính đàn hồi hình dạng, tính chát có chất rắn Sóng dọc sóng mà phương dao động phần tử mơi trường trùng với phương truyền sóng Sóng dọc xuất mơi trường biến dạng thể chất, tính chất có chất rắn, lỏng khí Sóng siêu âm ứng dụng việc chẩn đốn sóng dọc Phân loại theo tẩn sơ' Cũng sóng điện tử, sóng âm chiếm dải băng tần rộng, tùy theo tần số sóng mà người ta chia vùng sau : Vùng hạ âm tần số f^ m < Hz Vùng âm tần số 16 Hz < ÍẬm < 20 kHz Vùng siêu âm tần sô' fẬm > 20 kHz 1.2 Đại lượng đặc trưng siêu âm 1.2.1 Sóng phẳng sóng cầu Nếu sóng siêu âm lan truyền mặt phẳng, người ta gọi sóng phẳng Nếu nguồn phát sóng có kích thước nhỏ so với bước sóng ta có nguồn sóng điểm mặt sóng có dạng hình cầu khơng gian, gọi sóng cầu Nếu nguồn sóng xa, mặt cầu sóng coi phẳng, ta có sóng phẳng 1.2.2 Vận tốc truyền âm môỉ trường vật chất Vận tốc truyền âm mơi trường vật chất qng đường mà sóng lan truyền đơn vị thời gian Trong lí thuyết đàn hồi, người ta chứng minh mơi trường đẳng hướng, vận tốc sóng dọc xác định : ÍẼ Ễ ( 1- = 1) Vp Trong : c : vận tốc truyền sóng ; a : hệ số đàn hồi môi trường ; p : mật độ vật chất môi trường ; E = 1/a : suất đàn hồi Biểu thức xác định phụ thuộc tốc độ lan truyền sóng vào hệ số đàn hồi a mật độ mơi trường p Nghĩa phụ thuộc vào tính chất vật lí mơi trường Ví dụ khơng khí, vận tốc cùa sóng âm khoảng VÂm = 330m/s, chất lỏng VẬm = 1400 -ỉ1500m/s, chất rắn VÂm = 4500 -r 5500m/s Mơi trường có hệ số đàn hồi lớn vận tốc truyền âm lớn, sóng âm có tần số thấp bị hấp thụ lan truyền xa Với cơng suất sóng âm định, mơi trường khác nhau, khoảng cách sóng âm lan truyền khác mơi trường có hệ số hấp thụ khác Để đặc trưng cho khả truyền sóng âm mơị trường, người ta đưa khái niệm trở kháng âm z z = c.p Trong p mật độ vật chất mơi trường, c vận tốc sóng âm mơi trường Trở kháng âm mơi trường có vai trị định biên độ sóng phản xạ bề mặt phân cách hai môi trường Bảng 1.1 TRỞ KHÁNG ÂM CỦA MỘT s ố MÔI TRƯỜNG M trường Trở kháng âm (Z) Khơng khí 0,0004 X 10 Phổi 0,18 Mỡ 1,34 Nước 1,48 Máu 1,65 X 10 Cơ 1,71 X Xương 4,7 X 10 Ó1\ Ị o X tmmà X 10-6 NO To x 'O o Ngoài ra, để đặc trưng cho độ lớn áp lực âm học mà phần tử môi trường nhận chịu tác động nguồn phát sóng âm, người ta đưa hai đại lượng p I Với p mật độ lượng truyền từ đầu dò vào môi trường, đơn vị đo p w /cm hay mW/cm Thông thường mật độ lượng phát từ đầu dị siêu âm chấn đốn năm phạm vi từ iw /cm đến 10mW/cm I cường độ lượng sóng âm đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền sóng, đơn vị đo I w/crn mW/cm2 1.2.3 Tần số, chu kì bước sóng sóng âm Sóng siêu âm sóng học, q trình lan truyền sóng siêu âm q trình lan truyền dao động, hay trình lan truyền lượng học phần tử vật chất mơi trường truyển âm Ta xem xét sóng siêu âm dạng dao động học : Trong : a(x, t) biên độ dao động phần tử vật chất môi trường truyền âm ; A0 : biên độ dao động cực đại ; 00 : vận tốc góc dao động ; X : xác định vị trí phần tử dao động phương dao động ; t : thời điểm xác định phần tử dao động ; c : vận tốc truyền âm môi trường Vận tốc phần tử vật chất môi trường : v(x, t) = coA0cos(o>t) (1-2) Trong p khối lượng riêng mịi trường sóng Cường độ sóng siêu âm xác định I = Ev Tần số : Tần sô' sóng âm số dao động sóng âm thực đơn vị thời gian, tần số kí hiệu f[Hz] Chu kì : Là thời gian để sóng âm thực dao động, kí hiệu T, T = l/f có đơn vị giây Bước sóng : Là khoảng cách mà sóng âm lan truyền chu kì dao động, kí hiệu k Ằ = cT = c/f [m] 1.2.4 Sự truyền qua phản xạ sóng siêu âm Sóng âm truyền theo tia gọi tia âm Thí nghiệm chứng tỏ tia âm bị phản xạ, khúc xạ hay hấp thụ tia sáng / Sóng âm lan truyền qua m trường khác Khi sóng âm truyền lan tới vng góc với bờ tiếp giáp hai mơi trường có trở kháng âm khác nhau, người ta nhận thấy có sóng phản xạ, sóng truyền thẳng, cường độ sóng phản xạ lại phụ thuộc vào trở kháng âm hai mơi trường (Hình 1.1) Pj ( Z2-cos9t - Z 1.cos6i Ý Ỉ^Z2 cos 0t - Z 1.cos0j J Zi Sóng phản xạ Hệ số phản xạ xác định : k _ pr Sóng âm tới (1_ 3) Mạt phân cách hai mơi trường Do tia tới vng góc với mặt phân cách nên : Z2 - Z \ z +z u Hình 1.1 Sóng âm tới vng góc với mặt phản cách hai môi trường (1-4) Trong t góc khúc xạ, 0r góc phản xạ, 0j góc tới cửa tia sóng, Pr cơng suất sóng phản xạ, Pj cơng suất sóng tới Khi sóng tới tạo với pháp tuyến mặt phân cách hai mơi trường góc 9ị (Hình 1.2) Khi 9ị * 0, theo định luật phản xạ, góc phản xạ góc tới 0j = 0r Sóng tiếp vào môi trường thứ hai lúc không cịn hướng với sóng tới mà tạo góc 0t * 0, 8t * Hiện tượng gọi tượng khúc xạ, góc khúc xạ 0t phụ thuộc vào tốc độ truyền âm hai môi trường xác định cơng thức : Hình 1.2 Khi tia tới tạo với pháp tuyến góc dị SỈnOt _ c2 sin0j C| Nếu Cj > c2 r > 9t tia khúc xạ gần pháp tuyến Nếu Cị < c2 9r < 9t tia khúc xạ xa pháp tuyến (1-5) Trong trường hợp 0t > ©i tăng góc tia tới 0j lớn dần lên góc khúc xạ tiến tới sát bề mặt phân cách, tới giá trị góc 0j nhận tương ứng với 0t = 90° sóng siêu âm bị phản xạ tồn phấn (0j lúc gọi góc giới hạn phản xạ tồn phần) Dựa vào phép đo góc giới hạn phản xạ tồn phần, ta xác định vận tốc sóng siêu âm vật rắn Ngồi ra, tính chất phản xạ sóng siêu âm cịn phụ thuộc vào tần số Trong kim loại, tần số làm việc phù hợp sóng siêu âm từ MHz -ỉ- 2,5 MHz Sự hấp thụ sóng siêu âm truyền qua mơi trường a) Trong mơi trường đồng (hình ) Phương truyền sóng Hình 1.3 Sóng lan truyền mơi trường Khi truyền từ A đến B, lượng sóng siêu âm bị giảm theo hàm mũ (hình 1.4) I(x) = I0e~ax Hình 1.4 Năng lượng cùa sóng siêu âm truyền xa bị giảm theo hàm sô' mũ Trong : X xác định vị trí đến sóng siêu âm sau thời gian lan truyền ; I0 cường độ sóng siêu âm vị trí ban đầu Mức độ hấp thụ đặc trưng hệ số a cịn gọi hệ sơ' giảm, hàm trở kháng âm mơi trường tần số sóng siêu âm a(zf) Hệ số suy giảm biên độ sóng siêu âm, tỉ lệ nghịch với tần số sóng siêu âm phát Vì vậy, đầu dò sử dụng tần số thấp có khả thăm dị vào sâu vật thể kiểm tra b) Trong môi trường khơng đồng Năng lượng phản xạ sóng siêu âm từ mặt phân cách xa nguồn suy giảm mạnh (Hình 1.5) Mật phân cách Mơi trường Mật phân cách Môi trường Môi trường Hình 1.5 Sóng lan truyền mơi trường không dồng 1.2.5 Sự tán xạ Khi gặp cấu trúc vật chất có kích thước nhỏ nhiều lần bước sóng sóng siêu âm với bể mặt khơng đồng đều, tia siêu âm bị tán xạ khắp hướng có phần tới đầu thu (Hình 1.6) H I Hình 1.6 Hiện tượng tán xạ sóng siêu âm Tuy vậy, việc ghi nhận tia tán xạ khó khăn, song phải thừa nhận rằng, chúng có lợi khơng phụ thuộc vào góc tới tia siêu âm quan trọng việc đánh giá cấu trúc vật chất nhỏ Nếu sóng siêu âm có tần số cao có khả nghiên cứu đối tượng có kích thước nhỏ Vì vậy, khả phân giải máy phụ thuộc nhiều vào tần số sóng siêu âm phát từ đầu dị 1.2.6 Sự phân kì chùm tia siêu âm Chùm tia siêu âm thường tia song song Trong lan truyền mơi trường vật chất, chùm sóng dần trải khơng cịn song song Hiện tượng gọi tượng tán xạ, ta nói chùm sóng bị phân kì Góc lệch khỏi phương ban đầu gọi góc tán xạ (Hình 1.7) 10 Quốc gia Quốc tế Trong sơ' đó, chuẩn Quốc gia Mỹ ANSI/AAMl SCL 12/78 áp dụng rộng rãi nhiều nước sản phẩm thương mại nhiều hãng sản xuất thiết bị y tế Theo tiêu chuẩn giới hạn dòng rò nguy hiểm thiết bị đới với người bệnh đánh giá theo hàng loạt điều kiện cụ thể : phương pháp dụng cụ ; đặc trưng tác nhân gây nguy hiểm ; tần số dòng điện nguồn chất phương pháp tiếp xúc với người bệnh Bảng tổng kết giới hạn dòng nguy hiểm phép loại dụng cụ đo với tần số khảo sát khoảng đến kHz Phương pháp đo Nối với bệnh nhân Vật dẫn tiếp đất Thử hở tiếp đất Nối với bệnh nhân cách li lOpA 100 pA 5000 ụA Bệnh nhân không cách li 50 pA 100 pA 5000 ịiA Có thể nối với bệnh nhàn Không áp dụng 100 pA 500 pA Không tiếp xúc với bệnh nhân Không áp dụng 500 pA 5000 pA Các giới hạn dịng điện nguy hiểm với tản sơ'f = (0 -r ỉ ) kHz Các giá trị chuẩn đểu xây dựng dựa ngưỡng cửa sợi dây thần kinh dựa phản ứng tức thời thể Khi xét đến hậu sinh lí lâu dài gần chưa có tiêu chuẩn chấp nhận cách thức Ngoài áp dụng tiêu chuẩn an toàn thiết kế dụng cụ điện tử y tế phải đặc biệt lưu ý đến đột biến xảy trình hoạt động thiết bị đặc điểm sinh lí khơng bình thường thể bệnh nhân Các biện pháp áp dụng để giảm dòng rò thiết bị điện tử y tế thực tế tập trung vào biện pháp ghép cách li nguồn điện với thiết bị, ghép cách li thiết bị với điện cực Tuỳ trường hợp cụ thể mà phương pháp ghép có thổ : - Ghép biến áp cách li với lồng Faraday bao quanh cuộn sơ cấp thứ cấp ; - Ghép điện dung ; - Ghép quang điện Các điện cực ghép với người bệnh lớp ơxít vững có tác dụng cách li dịng rị mà cảm biến tín hiệu cần đo Ví dụ, điện cực sở bán dản silic Do mơi trường y tế có đặc điểm riêng, nên thiết bị y tế phục vụ y học phải ý thiết kế để đảm bảo tuổi thọ tin cậy xác hoạt động Ngoài yêu cầu chung cho thiết bị điện tử môi trường công nghiệp, thiết bị điện tim phải thoả mãn yêu cầu sau kết cấu lắp ráp linh kiện : - Phải có cấu trúc học bền vững để sử dụng môi trường y tế với nhân viên khơng am hiểu kĩ thuật - Phải đảm bảo tính tương thích mặt sinh học vật liệu để tiếp xúc với dụng cụ khơng bị tác dụng độc hại đáng kể - Phải có kích thước trọng lượng phù hợp Để bảo vệ mạch điện tử khỏi bị ăn mịn mơi trường y tế, thiết phải bọc thiết bị vỏ kín lớp phủ bảo vệ 135 P h u lục THIẾT BỊ ĐIỆN TIM ECG 8820 G IỚ I TH IỆU CHUNG ECG - 8820 loại máy 3, kênh điều khiển ghi tự động tay Loại máy có ắc quy máy đặt chế độ ghi cho máy Độ tin cậy máy nâng lên áp dụng tiến sau : - Giảm số lượng linh kiện Số lượng linh kiện tối thiểu hoá, giảm đáng kể sô' lượng mối nối, tăng cường độ tin cậy hoạt động máy việc phát lỗi dễ dàng - Sử dụng IC cỡ lớn Trong máy sử dụng IC cỡ lớn Mỗi IC cỡ lớn tương đương với hàng trăm IC riêng rẽ Điều tạo nên độ tin cậy cao cho máy - Giảm đáng kể số lượng thao tác điều chỉnh Không giống máy điện tim hệ trước cần điều chỉnh tiền khuếch đại, điều chỉnh khuếch đại điều chỉnh mạch khác, máy ECG - 8820 không cần điều chỉnh tiền khuếch đại dùng dò nhiệt bút ghi để thay cho điều chỉnh khuếch đại TÍN H NĂNG K Ĩ THUẬT 2.1 Mạch khuếch đại EC G - Mạch vào : Được cách li tốt - Đầu ECG : 12 đầu tiêu chuẩn, đầu Cabrera, đầu XYZ (từ 12 đầu tiêu chuẩn) - Điện áp hiệu chỉnh : lm V ± 2% - Trở kháng vào > 50 M íl : - CMRR > 100 dB - Độ nhạy : lOOmm/mV (tiêu chuẩn) - Chuyển đổi số : Tần số lấy mẫu 4000 mẫu/s X 1/4, X 1/2, X 1, X Độ xác 1,15 pV/bit - Tần số cộng hưởng : Thèo tiêu chuẩn AMMI EC 11 (9182) 3.2.7.2 tần số kiểm tra A, c D (tần số cộng hưởng máy ECG theo tiêu chuẩn cho thiết bị điện tim 1982 AMMI sử dụng sóng dạng tam giác) : 0,05 Hz đến 100 Hz (-3 dB) - Hằng số thời gian : 136 > 3,2s 2.2 Bộ lọc EMG lọc Có thể chọn dải tần số lọc : Từ 35 Hz đến 45 Hz (-3 dB) 20 Hz đến 25 Hz (-3 dB) Lọc tần số công nghiệp > -20 dB, 50 Hz 60 Hz 2.3 Bút ghi - Tốc độ kéo giấy : Có thể chọn tốc độ sau : ; 10 ; 25 ; 50 mm/s - Độ rộng ghi : 145 Dim - Số kênh ECG : Có thể chọn kênh ; - Mật độ in : Hàng ngang : 40 điểm/mm (ứng với tốc độ kéo giấy 25 mm/s) Hàng dọc : điểm/mm 2.4 Các cổng vào, - Cổng vào DC : 10 mm/0,5 IV - Cổng CRO : 0,5V lV /lm V 2.5 Nguồn điện AC : 100, 110, 117 V 50/60 Hz 120 VA Ắc quy : 12 V ; 1,9 Ah Thời gian hoạt động : > 30 phút làm việc liên tục Thời gian nạp Phương pháp nạp cho ắc quy) : > 12 : dùng dịng ổn định 200 mA (có sử dụng mạch bảo vệ nạp điện 2.6 Tiêu chuẩn an toàn Tiêu chuẩn an toàn IEC 601 - 1, loại I cấp nguồn bên - kiểu CF 2.7 Điểu kiện làm việc Nhiệt độ : 10° -T- 40° c Độ ẩm : 25 -ỉ- 95% Áp suất khí : 70 -ỉ- 106 kpa 2.8 Vận chuyển bảo quản Nhiệt độ : -10° h-60°C Độ ẩm : 15 -ỉ- 95% Áp suất khí : 70 -ỉ- 106kpa 137 2.9 Kích thước, khối lượng Dài : 372mm ; rộng : 266 mm ; cao : 140mm Khối lượng 9kg (kèm theo ắc quy) 2.10 C ác phận khác Chế độ làm việc : liên tục CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN TRONG THIÊT BỊ ĐIỆN TIM ECG - 8820 Thiết bị điện tim ECG - 8820 cấu tạo từ khối : / Khơi điều khiển Khối điều khiển điều khiển tồn chức hoạt động máy - Hoạt động phần cứng - Liên hệ với khối điều hành - Xử lí liệu tín hiệu ECG - Mạch cách li cho bệnh nhân - Nguồn cung cấp cho mạch cách li chuyển đổi DC-DC - Bộ điều khiển ghi M ảng điều hành Gồm khối xử lí trung tâm bit (CPU - Central Processing unit) kiểm tra quét phím, đèn LED hiển thị hình tinh thể lỏng (LCD - Liquit crystal display) CPU bit liên hệ với CPU thơng qua cổng giao diện mảng điều khiển M ảng ghi Khối ghi bao gồm bút ghi nhiệt, kéo giấy, mô tơ, đầu đánh dấu đầu cảm biến bảo vệ hết giấy M ảng nguồn Khối nguồn bao gồm mạch nạp điện cho ắc quy, mạch chọn AC/DC cung cấp +5V ; +24V ; ±8V cho khối điều khiển +24V cho bút ghi nhiệt 3.1 Mảng điều khiển Mảng điều khiển bao gồm mạch vào ECG, khối CPU chính, điều khiển bút ghi mạch điều khiển ghi 3.1.1 M ạch vào ECG Mạch cung cấp mạch bảo vệ đầu vào, có khả chịu điện áp 5kV, chống tia lửa điện, mạch khuếch đại đệm đầu vào, mậch kiểm tra đầu dị, bơ chọn đầu dò, trộn 138 chuyển đổi AD, khối điều khiển trung tâm bit, giao diện nối tiếp để liên hệ với CPU chuyển đổi DC - DC để cách li điện Những chức mạch : - Bảo vệ mạch vào - Thu sóng ECG : I, II, Vị, v 2, v 3, v 4, v5, v (8 kênh) 4000 mẫu/sec/kênh - Kiểm tra đầu dò - Chọn QRS - Liên hệ với CPU thơng qua giao diện nối tiếp (8 Mbaud/sec) Q trình nhận tín hiệu ECG : Tín hiệu ECG từ đầu nối tới bệnh nhân qua mạch bảo vệ khuếch đại lên lần khuếch đại U0101, U0102, U0103 tín hiệu I, II lấy từ tín hiệu R.L.F mạch U0104 tín hiệu R.L.F trộn hồi tiếp ngược trở lại đầu RF Một tín hiệu điện tim khuếch đại (ỉ, II V ị đến v 6) tín hiệu R, L, F sau chọn dồn kênh U0105 dược đưa tới mạch khuếch đại bậc thang U0201 sau đưa đến mạch chuyển đổi AD U0213 Chuyển đổi AD thực tốc độ 250 ps kênh điều khiển U0303 Tám tín hiệu điện tim chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng số Những tín hiệu số sau lấy trung bình yà chuyển thành 1000 mẫu/s kênh Sai lệch đầu dò kênh nhận biết xuất giá trị chuyển đổi AD cao thấp Các thành phần DC đặt lên tín hiệu ECG đưa ngược trở lại thông qua Ưộ chuyển đổi DA (U0220, U0205) để bù cho tín hiệu vào ECG mạch khuếch đại bậc thang (U0201) khuếch đại tích phân (U0309) CPU bit (U0307) điều khiển liên hệ với khối CPU với tốc 18B/ms tìm thơng tin QRS, sai lệch đầu dị nhiễu thơng qua cổng liên lạc (U0309) Các tín hiệu BR, BL, BF đưa tới dồn kênh U0208 sau thơng qua tín hiệu điều khiển từ U0303 đưa đầu 1Q, 2Q, 3Q Các tín hiệu sau qua khuếch đại dòng U0206 tới khuếch đại bậc thang U0210 3.1.2 Khối CPU Khối CPU bao gồm CPU MC 68000, ROM, RAM cổng kiểm tra cổng kiểm tra này(U llO l) kiểm tra liên hệ khối đầu vào ECG, kiểm tra ghi, khối điều hành Các chức - Các chức lọc : - Lọc nhiễu điện lưới AC loại bỏ ECG cao, lọc lưới ■V Lưu giữ dạng sóng ECG cho chức copy - Kiểm tra hoạt động máy 139 cổng liên lạc kiểm tra nhận liệu sau ms phát xung tín hiệu điều khiển ngắt Hoạt động khối CPU điều khiển tín hiệu ngắt Các chức cổng liên lạc điều khiển : Liên lạc với CPU ( U1404) - Giải mã địa c h ỉ: Đưa tín hiệu cửa trong, chuyển Dip, ROM tín hiệu chọn giao diện - Điều khiển ngắt : Kiểm tra che giải mã tín hiệu ngắt Đưa tín hiệu IPL cho CPU Kiểm tra RAM tự động Cổng liên lạc kiểm tra cung cấp RAM động 256k X bit Giao diện bàn phím Có hai phương pháp liên hệ với CPU mảng thực Giao diện liên lạc với CPU mảng thực Giao diện AID -D /A Một môđun giao diện cung cấp để tổng hợp chuyển đổi gần A/D D/A với chuyển đổi D/A 12 bit Giao diện chuyển đổi Dip - Giao diện để giải mã đặt chuyển đổi Dip Giao diện song song Giao diện để chọn chế độ nguồn cung cấp (AC dùng ắc quy) đưa tín hiệu kiểm tra ngắt nguồn tới khối nguồn cung cấp Mảng chứa chuyển đổi D/A mạch giữ mẫu, dồn kênh khuếch đại Bộ chuyển đổi A/D, mạch giữ mẫu, cổng giao diện kiểm tra GA4 (UI 101) tạo thành chuyển đổi A/D gần Chuyển đổi A/D - D/A kiểm tra tín hiệu kiểm tra chuyển đổi D/A XLD, SD XSCK, mẫu D/A tín hiệu giữ DAHOLD, mẫu A/D tín hiệu giữ ADHOLD, chuyển đổi kênh A/D - D/A thiết lập sau 2ms Chuyển đổi D/A : ± 2,56V ; 12 bit Chuyển đổi A/D cho tín hiệu vào DC : Các tín hiệu vào DC đưa tới khuếch đại lặp lại U0517 để tạo mức tín hiệu đủ lớn trước đưa tới dồn kênh GA4 đặt MUXO mức thấp cao để chọn tín hiệu tương tự DC - INI hoặc'DC IN thông qua dồn kênh (U0515) Khi ADHOLD mức cao, đầu dồn kênh đóng U0507 Bộ so sánh (U 0506) so sánh điện áp u 0507 với điện áp tương ứng từ chuyển đổi D/A (U0512) Chuyển đổi A/D thực có tín hiệu ADCMP từ so sánh (U 0506) 140 Chuyển đổi D/A cho tín hiệu CRO : GA4 đạt MUXO mức thấp đưa nhịp dẫn liệu tới chuyển đổi D/A (U0512) U0512 tạo tín hiệu CRO từ nhịp dẫn liệu : Tín hiệu lấy mẫu dồn kênh (U0515) DAHOLD mức cao giữ lại DAHOLD mức thấp Tín hiệu đưa tới cổng CRO thông qua khuếch đại (U 051 OA) lọc (U0510B) để loại tần số cao Chuyển đổi D/A cho tín hiệu điều khiển bút ghi : GA4 đặt MƯXO mức thấp đưa giá trị trung bình giá trị tuyệt đối tín hiệu ECG in tới chuyển đổi D/A (Ư 0512) Tín hiệu chuyển đổi D/A lấy mẫu dồn kênh (U 0515) DAHOLD mức cao giữ lại DAHOLD mức thấp Tín hiệu (PENCNT) đưa tới điểu chế A/M thông qua khuếch đại (U0505A) lọc (Ư 0505B) để loại bỏ thành phần tần số cao Lực điều khiển bút ghi sinh từ nhiễu nên điều chế tín hiệu ECG chuyển đổi D/A (PENCNT) Có thể điều chỉnh âm lượng chiết áp VR 0601 3.2 Mảng ghi Mảng ghi gồm có khối sau : - Khối ghi kiểm tra cổng xếp ; - Bộ điều khiển bút ghi nhiệt ; - Bộ điều khiển mô tơ ; - Bộ đánh dấu báo hết giấy 3.2.1 Khối giao diện điều khiển ghi (U 1602) Khối gổm có : chuyển đổi liệu ECG, kiểm tra RAM đệm phơng kí tự, máy phát tần số kiểm tra mô tơ, cổng vào cho khối giao diện bút ghi nhiệt Khối giao diện điều khiển ghi chuyển liệu ECG từ CPU thành liệu đưa tới bút ghi nhiệt Dữ liệu ECG chuyển đổi liệu đặc biệt đưa tới đệm phông đặc biệt chuyển thành liệu nối tiếp chuyển tới bút ghi nhiệt 3.2.2 Bộ điều khiển bút ghi nhiệt Mạch giữ cho mật độ in ổn định có thay đổi nhiệt độ bút ghi nhiệt cách áp dụng cho đầu ghi nhiệt xung cho phép thích hợp Xung điều khiển mạch điều khiển Ư 0804, tốc độ kéo giấy dòng thay đổi để nạp cho tụ thời gian Đầu đo nhiệt bút ghi nhiệt điều chỉnh giá trị điện áp cho mạch nạp tụ thời gian Xung cịn điều khiển tín hiệu XLACH từ cổng giao diện điều khiển ghi Mỗi bút ghi nhiệt có trở kháng riêng Dip SW1 phải đặt theo giá trị trỏ kháng bút ghi nhiệt để có mức lượng in đậm Khi hết giấy, để bảo vệ bút ghi nhiệt, điều khiển u 0804 dừng phát xung 141 3.2.3 Bộ điều khiển mỏ tơ Mạch điều khiển mơ tơ sử dụng vịng lặp khoá pha (PLL - phase locked loop) Khối giao diện điều khiển ghi đưa xung đồng hồ (MCLK) tín hiệu RUN Bộ so sánh pha so sánh xung đồng hồ tương ứng với tín hiệu tốc độ quay cùa mơ tơ dị đầu cảm biến tốc độ Nếu có độ lệch pha đầu vào so sánh pha (tốc độ mô tơ cao thấp tốc độ yêu cầu) so sánh phát tín hiệu sai số tới mơ tơ thơng qua lọc thông thấp tự động điều khiển pha APC (Auto phase controller), tự động điều khiển tần số AFC (Auto frequency controller) để giữ cho tốc độ mô tơ ổn định Điều khiển tốc độ mô tơ điều chế độ rộng xung (PWM) Để bảo vệ mô tơ, người ta sử dụng hạn chế q dịng (Max 1A) Khi có q dịng (chẳng hạn động bị kẹt, dòng qua động tới đầu vào gây sụt áp điện trở R 0715 Giá trị điện áp đưa tới đầu vào +IN2 U0728 Nếu điện áp vượt mức ngưỡng cho phép u 0728 đóng Q 0701 để cắt dịng qua động cơ, đảm bảo an toàn 3.2.4 Bộ đánh dấu báo hết giấy Bộ chọn đánh dấu Mạch chọn dấu giấy ghi Nó sử dụng đầu dò phản xạ (đầu đo phản xạ quang) Điện áp xuất có tia sáng chiếu thẳng vào photo transistor đưa đến đệm kiểu khuếch đại quang kích hoạt Tr (Q 0802) với đầu ON OFF Khi chọn dấu, cường độ chùm sáng chuyển PHTrl OFF, đầu vào dương Ư 0801 mức cao táng đầu lên, chuyển D 0801 OFF nên Vbe Tr trở thành mức cao chuyển Tr ON Khi chọn khoảng trống sau dấu chuyển sang chạy ngược lạ i Bộ báo hết giấy Mạch chọn chế độ ghi hết giấy ỏ khay đựng giấy Việc dò hết giấy thực nhờ photo transistor Việc thực nhả khay đựng giấy đừợc thực nhờ chuyển đổi SW1 3.3 Mảng điểu hành Mảng bao gồm công tắc chuyển đổi, đèn hiển thị LED, hình tinh thể lỏng LCD chip điều khiển CPU Việc liên hệ với mảng điều khiển thực thông qua giao diện song song hai chiẻu bit chip CPU (U0101) Đường quét giải mã nhờ giải mã (U0102) 10ms Khi phím bấm ấn đường qt (SW SO-3) cho phím bấm trở mức thấp, mã đường quay lại cho phím bấm mức thấp tạo hoạt động bật tắt Đèn LED bật điều khiển IC (U 0103) Màn hình tinh thể lỏng điều chỉnh điều khiển u 0101 3.4 Mảng nguồn Mảng nguồn bao gồm mạch vào AC, ắc quy bảng mạch nguồn 142 3.4.1 M ạch vào AC Mạch cung cấp nguồn điện AC 14V cho bảng mạch nguồn 18V cho mạch nạp điên ắc quy Trong mạch cịn có ổ cho cầu chì, cơng tắc nguồn lọc nhiễu 3.4.2 Ắc quy Ac quy chuyên dụng LCT - 1912ANK Để bảo vệ ắc quy, người ta dùng cầu chì nối bảng mạch nguồn ắc quy 3.4.3 Bảng mạch nguồn Bảng mạch nguồn bao gồm mạch thực chuyển đổi, mạch nạp điện cho ắc quy, mạch điều khiển chuyển đổi, mạch cung cấp +24V (bút ghi nhiệt, chuyển dổi DC - DC bảng điểu khiển mô tơ) +5V cho mạch số, ±5V cho mạch tương tự Mạch thực chuyển đổi Chức làm việc tù nguồn điên AC từ ắc quy chọn chuyển đổi (RY 0101) Để giảm dòng, tụ (C 01080 c 0109) nạp Q 0105 thông qua R 0107 khoảng ls, sau chuyển đổi (RY 0102) dược đặt thành ON Mạch nạp điện cho ắc quy Mạch nạp điện cho ắc quy điều khiển IC đa (Ư 0113) Quá trình nạp thực sau : Khi ắc quy hoàn toàn phóng hết điên, có dịng điện ổn định (khoảng 200mA) đưa đến ắc quy, đèn báo nạp điện ắc quy sáng lên Đèn điều khiển Q0103 Khi điện áp ắc quy đạt tới khoảng 15V (ở 20°C), điện áp ổn định cung cấp cho ắc quy Điện áp phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt ắc quy Khi ắc quy nạp điện hoàn toàn (80%), dòng nạp cho ắc quy hạ xuống 50mA (là kết của.quá trình nạp điện cho ắc quy) điện áp sử dụng tăng lên 13,5V Nếu dòng nạp tiếp tục hạ trình nạp dừng lại Dòng nạp giới hạn R 0109 Điều chỉnh điện áp nạp điện cho ắc quy : Để điều chỉnh điện áp nạp điện cho ắc quy, người ta dùng VR 0101 Tháo ắc quy nối với gá, hiệu chỉnh điện áp lên 15V 20°c Mạch điểu khiển chuyển ch ế độ Mạch điều khiển chuyển đổi chế độ cung cấp nguồn gửi trạng thái nguồn đến CPU bảng mạch điều khiển Điều khiển chuyển ON : Khi công tắc nguồn bật sang ON, XPON chuyển sang trạng thái mức thíp Q 0203 chuyển sang ON Điện áp +5V (Vcc) cung cấp cho mạch chuyển đổi điều chỉnh cổng (Ư 0215) Điện áp dò dò điện áp (U 0216) Khi U 0202A phát xung đơn (xung có độ rộng see), chân U0207 chuyển sang mức cao Q 0203 Q 0105 chuyển sang ON nên u 0215 tiếp tục cung cấp nguồn Vcc Khi xung đơn trở mức thấp, chân u 0209 trở mức thấp RELAY (OPERATE) chuyển sang mức thấp 143 + Bộ chuyển đổi (RY 0102) chuyển thành ON cung cấp nguồn cho thực chuyển đổi Khi Q 0202 chọn 18 VAC để nạp cho ắc quy, RELAY (BATT) chuyển sang mức thấp + Bộ chuyển đổi (RY 0101) trở ON để cung cấp nguồn AC Điều khiển chuyển đổi OFF : Công tắc nguồn bật sang OFF (XOFF chuyển sang mức thấp, PCHG chuyển sang mức cao) Khơng có phím hoạt động vịng phút (CPU chuyển XCPU mức thấp) Điện áp ắc quy (PSOURCE) mức 10,5V (± 2,5%) hoạt động chế độ dùng ắc quy Điện áp +5V bảng mạch giảm xuống mức khoảng 4,2V Quá trình dị điện áp ắc quy : Trong thời gian hoạt động chế độ dùng nguồn điện ắc quy Khi điện áp PSOURCE giảm xuống khoảng 11,24V, dò điện áp (U0225) chuyển LOW VOLTAGE xuống mức thấp thông báo cho CPU Khi điện áp PSOURCE hạ xuống mức (± 2,5%) chuyển đổi chuyển sang OFF - Bộ điều chỉnh +24V Bộ điều chỉnh cung cấp điện áp +24V cho bảng mạch điều khiển bút ghi nhiệt Điện áp đầu vào : 10V đến 20V Điện áp đầu : 24V ± 2,5% Dòng đầu : Max 2,5A Bộ hạn chế dòng củạ nguồn cung cấp cho bút ghi nhiệt Dịng gần : 2A Đặc tính ngắt : Khi dịng cung cấp trở thành 2A sau điện áp cung cấp giảm xuống khoảng 1,3V điện áp +24V ngắt (OFF) - Bộ điều chỉnh 5V : Bộ điều chỉnh cung cấp 5V cho bảng mạch điều khiển mảng thực thông qua mảng điều khiển Điện áp đầu vào : 10V đến 20V Điện áp đầu : 5V ± 10% Dòng đầu : Max 80mA - Bộ điều chỉnh -8 V : Bộ điều chỉnh cung cấp điện áp - 8V cho mạch tương tự Điện áp đầu vào : 10V đến 20V Điện áp đầu : -8 V ± ,5 % Dòng điện : lOOmA 144 TAI LIỆU THAM KHÁO Máy siêu âm chẩn đốn y học KS PHẠM NGỌC HỒN - Viện trang thiết bị y tê'Bộ y tê 1991 Tìm hiểu số thiết bị chẩn đốn hình ảnh kĩ thuật cao KS PHẠM ĐẮC HIÊN Tài liệu tập huấn, dự án trang thiết bị y tể ME - - ¡992 • Tia X máy X-quang dùng tăng sáng truyền hình Tài liệu tập huấn dự án trang thiết bị y tế ME - - ỉ 992 Practical Echocardiology J ROCELANDT - The Thoraxentre, Erasmus ưniveraty Rotterdam 1997 Kĩ thuật mạch điện tử PHẠM MINH HÀ - Nhà xuất KHKT 1997 Kĩ thuật mạch bám dẫn TỔNG CỤC BUU ĐIỆN - Nhà xuất Trung tâm thông tin 1998 Bộ khuếch đại xử lí IC tuyến tính WILLIAM D STANDLEY - Nhà xuất KHKT 1999 Tài liệu hướng dẫn sử dụng máy điện tim ECG 8820 Tài liệu hướng dẫn sử dụng máy siêu âm chẩn đốn ATL 145 MỤC LỤC Lời nói đầu Phần / : Kĩ THUẬT SIÊU ÂM Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KĨ THUẬT SIÊU ÂM 1.1 Tính chất sóng siêu âm 1.2 Đại lượng đặc trưng siêu âm 5 Chương THU - PHÁT SÓNG SIÊU ÂM 2.1 Vật liệu áp điện dùng làm đầu dò 2.2 Hiệu ứng áp điện 2.3 Cấu tạo đầu dị 2.4 Ngun lí hoạt động xung kích siêu âm đầu dị 13 14 15 19 Chương SIÊU ÂM CHẨN ĐOÁN TRONG Y TẾ 3.1 Phương pháp tạo ảnh siêu âm 3.2 Xử lí tín hiệu siêu âm 3.3 Máy siêu âm chẩn đốn ATL 20 26 29 Chương SIÊU ÂM DỊ KHUYẾT TẬT KIM LOẠI 4.1 4.2 4.3 4.4 Sơ đồ khối máy dò khuyết tật kim loại Chức nhiệm vụ khối Nguyên lí làm việc máy Phương pháp kiểm tra khuyết tật kim loại siêu âm 35 36 38 38 Chương SIÊU ÂM DỊ CÁ 5.1 Sơ đồ khối máy dị cá 5.2 Đặc điểm máy dò cá 42 42 Phần I I : Kĩ THUẬT X-QUANG Chương VẬT LÍ TIA RỐNGEN 6.1 Khái niệm chung 6.2 Tia Rơngen 6.3 Sự hấp thụ tia X 6.4 Tán xạ tia X 6.5 Nhiễu xạ tia X 6.6 Bước sóng tia X 6.7 Các phổ tia X 146 47 49 52 53 53 56 57 6.8 Các tính chất tía X 58 6.9 Ảnh hưởng yếu tố phát sinh tia X quang phổ tia X 6.10 Tác dụng sinh lí tia X 6.11 Phương pháp bảo vệ để tránh tác hại cùa tia X 58 59 62 Chương sơ Đồ KHƠÌ TổNG QUÁT THIẾT BỊ X - QUANG 7.1 Nguồn cung cấp 7.2 Khối điều khiển trung gian 7.3 Mạch cao áp mạch cung cấp cho sợi đốt bóng X - quang 7.4 Khối phát tia 63 64 71 75 Chương KĨ THUẬT TẠO ẢNH 8.1 Hệ thống tạo ảnh tia X 8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến X - quang 81 82 Chương THIẾT BỊ X - QUANG 9.1 Cấu trúc chung thiết bị X - quang 9.2 Thiết bị X - quang có tăng sáng truyền hình 9.3 Máy X - quang chẩn đoán Shimadzu - ED125L 84 86 94 Phần ỈU : KĨ THUẬT ĐIỆN TÂM Đổ Chương 10 TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 10.1 Điện sinh vật tế bào 10.2 Bản chất đặc điểm tín hiệu điện tim 10.3 Hệ thống chuyển đạo 98 100 103 Chương 11 CÁC LOẠI NHIỄU TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN TIM 11.1 Nhiễu trường điên 11.2 Nhiễu thân bệnh nhân (nhiễu cơ) 11.3 Nhiễu môi trường 11.4 Nhiễu từ trường 50/60 Hz 107 109 109 109 Chương 12 THIẾT BỊ ĐIỆN TIM 12.1 Sơ đồ khối thông sô' kĩ thuật 12.2 Chức khối 111 113 Phụ lục THIẾT BỊ ĐIỆN TIM ECG 8820 Giới thiệu chung Tính kĩ thuật Cấu tạo, hoạt động phận thiết bị điện tim ECG - 8820 Tài liệu tham khảo 136 136 138 143 147 Chịu trách nhiệm xuất Giám đốc NGÔ TRẦN ÁI Tổng biên tập v ũ DƯƠNG THỤY Biên tập nội dung : DƯƠNG VĂN BẰNG NGUYỄN THỊ HIỀN Biên tập kĩ thuật : KIỀU NGUYỆT VIÊN Biên tập mĩ th u ậ t: VŨ THANH BÌNH Trình bày bìa : TÀO THU HƯƠNG Sửa in : THU HƯƠNG C hế : PHÒNG CHẾ BẢN (NXB GIÁO DỤC) Kĩ THUẬT ĐIỆN TỬ ÚNG DỤNG Mã số: 7B598M3 In 2.000 (QĐ3/ĐH), khổ 19 X 27cm, Xí nghiệp In Bắc Giang SỐ in: 13, Số xuất bản: 1443/112-02 In xong nộp lưu chiểu tháng năm 2003 TÌM Đ Ọ C C Ủ A S Á C H N H À — ■ T H A M X U Ấ T — K H Ả O BẢN KĨ G IÁ O — — T H U Ậ T D Ụ C - ■ — - Cơ sở k ĩ thuật Laser T ràn Đức H â n N guyễn M inh H iển - Kĩ thuật điện tử Đỗ X uân T h ụ (C hủ biên) - Bài tập k ĩ thu ật diện tử Đỗ X uân T hụ N guyễn V iết N guyên - Kĩ thuật đ iện tử ứ n g d ụng N guyễn Vũ Sơn - Kĩ thu ật đ iện tử số Đ ặng V ăn C huyết - Kĩ th u ật m ạch điện tử phi tu yến P h m M inh Việt T rần Công N hượng - Hệ th ốn g v iễn thôn g tập tập P h m M inh Việt T hái H ồng N hị - Cơ sở k ĩ thu ật đ iện tử số Vũ Đức Thọ dịch - Kĩ th u ật ch u yển m ạch số N guyễn V ăn T h ắn g 10 - T hiết bị đầu cuối th ôn g tin Vũ Đức Thọ \ 11 - Kĩ thuật đ iện tử (Dùng cho Cao đẳng) Đ oàn N h â n Lộ 12 - Tính tốn m ạng thơng tin di động số Vũ Đức Thọ Bạn đọc tìm mua Cơng ti Sách - Thiết bị trường học địa phương Cửa hàng Nhà xuất Giáo Dục: Tại Hà Nội: 25 Hàn Thuyên, 81 Tràr>Hưng Đạo, 57 Giảng Võ, 232 Tây Son, 23 Tràng Tiền Tại Đà Nẳng: 15 Nguyễn Chí Thanh Tại Thành phố Hồ Chí Minh : 231 Nguyễn văn Cừ, 240 Trần Bình Trọng c 4980 22065 Giá: 17.500đ ...TS NGUYỄN VŨ SƠN Kĩ THUẬT ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC 6T0 G D -0 1443/112-02 Mã sơ' : 7B598M3 L ịi n ói đ ổ u Hiện thiết bị điện tử sử dụng rộng rãi mang lại hiệu... dân đời sống xã hội Cuốn sách "Kĩ thuật điện tử ứng dụng" giới thiệu ứng dụng y tế công nghiệp Cuốn sách gồm ba phần : Phần ỉ : K ĩ thuật siêu âm : Được ứng dụng để siêu ăm chẩn đoán bệnh ; siêu... điều khiển điện tử cho đầu dị có nhiều phần tử áp điện, thường gọi đầu dò tuyến tính - Loại điều khiển điện tử cho đầu dị có phần tử áp điện, thường gọi đầu dò dải quạt hay đầu dò điện Tạo ảnh