1.Trình bày cấu tạo và nguyên lý phát hiện đối tượng của cảm biến điện dung? Nêu một số ứng dụng trong y sinh học?

Cảm biến điện dung sử dụng điện thế xoay chiều tạo ra điện tích trái dấu ở phía của bản cực. Sự dịch chuyển của điện tích tạo ra dòng xoay chiều và được cảm biến phát hiện.

• Đầu phát hiện trong cảm biến điện dung là một bản cực của tụ điện
• Mạch dao động có nhiệm vụ tạo ra dao động điện từ tần số radio.
• Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ của mạch dao động.

Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến.

• • Nguyên lý phát hiện của cảm biến điện dung:

  Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến sẽ làm điện dung của tụ điện C thay đổi (Cấu tạo bởi 1 bản cực là bề mặt đầu thu và bản cực còn lại chính là đối tượng cần phát hiện). Khi điện dung của tụ điện thay đổi thì mạch dao động sẽ tạo ra tín hiệu dao động. Khi tín hiệu dao động có biên độ lớn hơn một ngưỡng đặt trước thì mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trạng thái ON. Khi đối tượng ở xa cảm biến, biên độ tín hiệu ở mạch dao động sẽ nhỏ, mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trạng thái OFF.

Ứng dụng trong y sinh dựa trên nguyên lý cảm biến diện dung:

Chế tạo cảm biến áp suất dựa trên nguyên lý điện dung được ƯD để đo huyết áp.

2.Trình bày sơ đồ và nguyên lý của hiệu ứng áp điện? Nêu một số ứng dụng trong y sinh?

Khi tác động một lực cơ học lên một ật làm bằng chất áp điện (ví dụ như thạch anh), sẽ làm vật đó biến dạng và làm xuất hiện trên hai mặt đối diện của vật đó xuất hiện một điện tích bằng nhau nhưng trái dấu. Hiệu ứng này được dung để chế tạo cảm biến đo lực, đo áp suất, gia tốc,… thông qua việc đo diện tích trên 2 cực của tụ.

• Ứng dụng của hiệu ứng trong Y sinh:
• Chế tạo cảm biến áp suất dựa trên nguyên lý điện dung đc ƯD để đo huyết áp.
• Cảm biến điện dung Micrô đc sử dụng trong sinh lý học để xác định âm thanh tim.
• Cảm biến điện dung sử dụng nguyên lý phát hiện tia hồng ngoại ứng dụng để tạo ra thiết bị phân tích khí CO2.
• Ứng dụng phương pháp điện dung thay đổi để đo thể tích tâm thu trong bơm máu kiểu màng ngăn được…

3.Trình bày cấu tạo và nguyên lý phát hiện đối tượng của cảm biến điện cảm? Nêu 1 số ứng dụng trong y sinh học?

• Đầu phát hiện gồm một cuộn dây quấn trên một lõi sắt từ có nhiệm vụ tạo ra một từ trường biến thiên trong không gian phía trước.
• Mạch dao động có nhiệm vụ tạo ra dao động điện từ tần số radio.
• Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ của mạch dao động.
• Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến.

Nguyên lý phát hiện của cảm biến điện cảm:

Khi có mục tiêu cần phát hiện bằng kim loại tới gần cảm biến (Vào vùng từ trường biến thiên của cảm biến), từ trường biến thiên do mạch dao động gây ra tập trung chủ yếu ở lõi sắt sẽ gây nên một dòng điện xoáy trên bề mặt của đối tượng. Tạo nên một tải và làm giảm biên độ của tín hiệu ở mạch dao động. Khi biên độ của tín hiệu dao động nhỏ hơn một ngưỡng định trước thì mạch phát hiện mức sẽ tác động điều khiển để mạch ngõ ra lên mức ON. Khi đối tượng rời khỏi vùng từ trường của cảm biến thì biên độ của mạch dao động lại tiếp tục tăng lên cho đến khi đạt ngưỡng đủ lớn (lớn hơn ngưỡng đã đặt ra) thì mạch phát hiện mức sẽ tác động để mạch ngõ ra là OFF.

Ứng dụng trong y sinh:

• Cảm biến điện cảm gắn trên cổ để tổng hợp nhịp đập của tim và hô hấp do Sackner sáng chế ra năm 1984.
• Gia tốc kế từ trở biến thiên do Boshes phát minh năm 1966 để xác định mức độ của bệnh Parkinson.
• Bộ cảm biến huyết áp được ra đời năm 1950 do Gauer và Genapp xây dựng.
• Cảm biến đo lưu lượng máu (năm1953)…

4.Trình bày sơ đồ và nguyên lý của hiệu ứng Hall? Nêu ứng dụng của hiệu ứng này để chế tạo cảm biến trong lĩnhvực y sinh?

• Sơ đồ và nguyên lý của hiệu ứng áp điện:

Khi đặt đặt một tấm mỏng vật liệu mỏng (thường là bán dẫn), trong đó có dòng điện chạy qua, vào trong một từ trường B có phương tạo với dòng điện I trong một gócθ, sẽ xuất hiện một hiệu điệnthế VH theo hướng vuông góc với B và I.

Biểu thức hiệu điện thế có dạng:

VH= mobitool.net θ

(Trong đó: KH là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của tấm vật liệu)

Hiệu ứng Hall được ứng dụng để xác định vị trí của một vật chuyển động. Vật cần xác định vị trí liên kết cơ học với thanh nam châm, ở mọi thời điểm, vị trí thanh nam châm xác định giá trị của từ trường B vàgócθ tương ứng với tấm bán dẫn mỏng làm vật trung gian. Vì vậy, hiệu điện thếVH đo được giữa hai cạnh tấm bán dẫn là hàm phụ thuộc vào vị trí trong không gian.

Ứng dụng trong y sinh:

• Các thiết bị ứng dụng hiệu ứng Hall được sử dụng tương đối ít trong nghiên cứu Y sinh. Ứng dụng điển hình nhất là ánh xạ từ trường sinh ra bởi dòng điện hình thành từ các điện cực bên ngoài trong nghiên cứu gây mê điện và khử rung tâm thất.
• Hiện đang có nhiều triển vọng ứng dụng hiệu ứng Hall trong các nghiên cứu từ sinh học về ảnh hưởng của từ trường tới các chất sống.