Аналоговые регистрирующие устройства

Конечным элементом технической схемы, изображенной на рис. 17.1, является измерительное (контролирующее) устройство, отображающее или регистрирующее медико-биологическую ин­формацию.

Под устройством отображения понимают устройство, кото­рое временно представляет информацию, при появлении новой информации прежняя информация бесследно исчезает. Такими являются, в частности, стрелочные приборы: амперметр, вольт­метр и др. Стрелочный амперметр, например, показывает силу то­ка в данный момент и не фиксирует ее. При изменении силы тока в цепи информация о прежнем значении безвозвратно утрачива­ется. Для запоминания информации, отображаемой такими уст­ройствами, необходимо специально ее фиксировать, что, напри­мер, и делают студенты в физической лаборатории, снимая пока­зания приборов. Медико-биологическое применение устройств отображения достаточно мало: электротермометр сопротивления, частотомер пульса и др.

Значительно большее распространение в медицинской элект­ронике получили регистрирующие приборы, которые фиксиру­ют информацию на каком-либо носителе. Это позволяет докумен­тировать, хранить, многократно использовать, обрабатывать и анализировать полученную медико-биологическую информацию.

Отображающие и регистрирующие приборы подразделяют на аналоговые — непрерывные, дискретные и комбинированные, сочетающие возможности аналоговых и дискретных.

Рассмотрим подробнее наиболее распространенные в практике медико-биологических исследований аналоговые регистрирую­щие устройства. Некоторые из них называют также самопишу­щими приборами или самописцами.

В медицине, биологии и физиологии в основном используются следующие способы регистрации информации на носителе: а) нане­сение слоя вещества (красителя): чернильно-перьевая и струеписная системы; б) изменение состояния вещества носителя: фотореги­страция, электрохимическая, электрофотографическая (ксерогра­фия) и магнитная запись; в) снятие слоя вещества с носителя: закопченная поверхность, тепловая запись.

Простейшим самописцем, находящим и сегодня применение в физиологическом эксперименте, является кимограф (рис. 17.8), работающий от заведенной пружины, или электрокимограф, рав­номерное вращение барабана которого осуществляется электро­двигателем.

Идея кимографа — равномерное вращение или перемещение поверхности носителя — сохраняется в подавляющем большинст­ве современных аналоговых регистрирующих приборов, фикси­рующих временную зависимость исследуемой величины. Смеще­ние у писчика или светового пятна, пропорциональное регистри­руемой величине, является ординатой полученного графика (рис. 17.9). Равномерное перемещение носителя (бумага, фотопленка) означает, что абсцисса прямо пропорциональна времени t. В ре­зультате полученная кривая отражает зависимость у = f(t).

Самопишущие приборы, используемые в медицинской аппара­туре, преобразуют электрический сигнал в механическое переме­щение. Физически они являются гальванометрами — высокочув­ствительными электроизмерительными приборами, реагирующи­ми на достаточно малую силу тока. В этих приборах ток, проходящий по катушкам, проволочной рамке или по петле, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. В ре­зультате этого взаимодействия подвижная часть (магнит, прово­лочная рамка или части петли) отклоняется пропорционально си­ле тока, т. е. пропорционально электрическому сигналу.

В качестве примера на рис. 17.10 схематически изображен струйный самописец. Здесь 1 — электромагнит, через обмотки ко­торого проходит регистрируемый электрический сигнал; 2 — по­стоянный магнит в форме цилиндра, он жестко связан со стеклян­ным капилляром 3. Из сопла капилляра 4 под давлением вылетают чернила, оставляя след у, пропорциональный отклонению посто­янного магнита и, следовательно, силе тока в электромагните.

Важной характеристикой самописца является диапазон частот колебаний, которые они успевают регистрировать. Чем больше инерция подвижной части самописца, тем больше запаздывание регистрации относительно истинного изменения регистрируемой величины и тем хуже характеристика прибора.

В самопишущих устройствах наряду с обычными погрешнос­тями измерительных приборов возникают также погрешности, обусловленные записью.

Причинами погрешности записи могут быть неточность работы механизма перемещения бумаги или фотопленки, запаздывание, вызванное инерцией пишущей системы прибора, изменение раз­меров бумаги под влиянием влажности воздуха, неточность от­метки времени и др.

Кроме однокоординатных самописцев, фиксирующих времен­ную зависимость, в исследовательской практике получили распро­странение двухкоординатные самописцы. На рис. 17.11 показан внешний вид такого самописца. При регистрации поперечная рей­ка перемещается поступательно, ее смещение пропорционально одному из подаваемых сигналов — параметров х. Вдоль рейки про­порционально изменению второго параметра у перемещается ка­ретка с писчиком. В результате писчик совершает сложное движе­ние и оставляет на бумаге график функции у = f(x).

фиксирования информации используются и такие безынерционные комбинированные устройства, как электронно-лучевые трубки (см. § 18.8).

Так, например, в портативном вектор-кардиоскопе (см. рис. 17.14) электронно-лучевая трубка является основным элементом, который отображает, а при дополнительном фотографировании и регистрирует электро- и вектор-кардиограммы.

Электронно-лучевая трубка относится к группе комбинирован­ных устройств, так как может отображать (при дополнительном фотографировании — регистрировать) выходную информацию не только в аналоговой, но и в дискретной форме (цифры, буквы).