范文一:超声探头工作原理
超声探头也叫超声换能器,是各种型号的超声诊断仪借以将高频电能转换为超声机械能向外辐射,并接收超声回波将声能转换为电能的一种声-电可逆转换器件。在医学实验中常用的换能器有张力(机械-电)换能器和压力换能器两类。
由上图我们可以发现,声波的发射、接收都是通过探头完成的,那探头是如果实现的呢?
我们首先来看看探头的组成及作用。
组成:
声透镜、匹配层、阵元、背衬、保护层和外壳。
作用:
声透镜 (acoustic lens)(是会聚或发散声波的声学元件)(横/纵轴)轴向聚焦。
匹配层(layer)主要作用是是晶体辐射的超声有效进入人体,实现对人体组织的检查。换能器和人体之间声阻抗匹配。
阵元 ? 作用主要是在发射时将电信号转换成超声波,在接收时将超声波转换成电信号。
背衬 (Back):作用是吸收晶体背向辐射的超声,减少或消除晶体两端之间超声的多次反射造成的干扰;增大晶体阻尼,使发射脉冲窄,从而提高分辨率。
保护层和外壳:用于保护内部结构。
由上可见,阵元是声波发射、接收的器件,是探头的核心部件。
阵元实现换能是基于其选择的特殊材料的压电效应原理。
特殊材料:目前常用于超声探头的晶体片有锆酸铅、钛酸钡、石英、硫酸锂等人工或天然晶体。
压电效应:泛指晶体处于弹性介质中所具有的一种声-电可逆特性,此现象为法国物理学者居里兄弟于1880年所发现,故也称居里效应。
超声探头工作原理:
主机通过电缆在阵元上施加电信号,使阵元振动,发出超声波,超声波经物体反射吸收再作用在阵元上,使阵元两端产生电信号,通过电缆传送至主机信号处理、显示器图像显示。
范文二:氧探头工作原理
氧探头工作原理
氧探头又称氧化锆浓差电池,它的工作原理(见示意图)是:以高温氧化锆作固体电介质,在高温下若电介质两侧氧浓度不同时,便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关,如一侧氧浓度固定,即可通过测量浓差电势来测量另一侧的氧含量。
氧化锆固体电介质是在氧化锆(ZrO)中掺入一定数量的氧化钙2
(CaO),经高温焙烧而成。在氧化锆电介质的内外壁上用高温烧结(或压紧)的方法附上不易氧化的多孔性(网状)白金电极和电极(丝)引线。经过上述掺杂和焙烧而成的氧化锆,其晶型为稳定的立方晶体,晶体中部分四价锆离子被二价钙离子所取代而形成氧离子空穴。由于氧离子空穴的存在,在600-1200?高温下,这种氧化锆材料就成为对氧离子有良好的传导性的固体电介质。在氧化锆两侧氧浓度不等时,浓度大的一侧的氧原子在该侧的表面电极上结合两个电子形成氧离
1,,,子(,,),然后通过氧化锆材料晶格中的氧离子空穴向氧OeO222
浓度低的一侧运动,当到达低浓度一侧时,便在该侧电极上释放两个
1,,,电子并结合成氧分子放出(,,),于是在高氧侧和低氧侧电OOe222
极上分别造成正负电荷积累,产生电势,此电势阻碍这种迁移的进一步进行,直至达到平衡为止,从而形成氧浓差电池。
浓差电池产生的电势与两侧氧浓度差有关,称为氧浓差电势。氧浓差电势E的计算公式为:
,,PPRT,2o2o2〖其另外表达方式为或E(mv),,Ln4.9610lg,,,,,,4FPPo2o2=0.0992T[1.995,0.15CP,lgC,lgP],816.1〗 PCO
7(8.314360.00038)10/,,,ergmolt式中R为气体常数),F为法拉第常数[化学制F=96487?10abs c/g equir(绝对库仑/克当量),物理制F=96514?10abs c/g equir(绝对库仑/克当量)],T为绝对温度,Po′Po分别为参比气及炉气中的氧分压。 22
选用空气为参比气(基准气)时,Po′=0.2095atm,用CH、CH2438
-21或CH为原料气制备吸热性渗碳气氛时的Po通常为1×10,1×4122
-1910atm。
根据渗碳反应机理及碳势的相关定义:Po与碳势(Cp)之间的2
kP13CO,,关系为CA(Wt,)=。可见,若气氛中Pco恒定, 则CA与1/2,kP52cO
Po之间便有确定关系。 2
上式中的K和K分别为渗碳反应:2CO?【C】+CO(g)与352
1,,,,,,,,的平衡常数,γc为碳在奥氏体中的活度系数COgOgCOg222
亦即奥氏体的碳活度,是一个直接与含碳量有关的系数,其值为平衡时奥氏体的实际含碳量与该温度下的饱和含碳量之比(例如,900?渗碳时,根据Fe-C平衡相图,饱和含碳量为1.33,,若奥氏体实际含碳量为1.0,,则γc=0.752)。当奥氏体达到饱和时,活度值等于1。由定义可知,炉气的碳势就是平衡状态下碳素钢箔片的实际含碳量。
根据南昌航空工业学院黄亲国先生以甲醇一丙酮为渗剂建立的炉气碳势模型,
-4+(,3026.713+5.911E)CA=8.358×10/T
根据斯密思(Smith)、班一伊(Ban-ya)作出的推导,
,,,,CEk0.45772360A3 LogLog,,,1010,,,,191.550.50.0992,CTPcokTA5,,,,
考虑到合金元素的影响,根据纽门(Neumann)和珀森(Person)所提出的数据,修正CA值。(修正系数的对数值Lgα=0.005×,Si-0.013,Mn-0.040×,Cr+0.014×,Ni -0.013×,Mo)
参考文献:
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氧探头在可控气氛加热炉中使用的要点及常见故障
1(在可控气氛加热炉中氧探头的使用要点
(1)氧探头属于一种高精度、高灵敏感的传感仪器,其核心元件氧化锆头是球状或管状结构陶瓷件,很容易受冲击破碎。在新的氧探头使用之前,应仔细检查氧探头是否受过碰撞,氧探头是否有弯曲,氧探头外管有无裂纹,探头部位氧化锆是否有裂纹或破裂、或有陶瓷状碎片;轻轻摇动氧探头,听听氧探头内部是否有响声。如有响声,可能是氧探头的氧化锆头已经破裂。
(2)氧探头在安装时要注意安装位置须插入炉膛50,100mm,安装在炉气较稳定的区域内。不要靠近各种渗剂的滴注口、风扇附近;不要安装在炉内口、角落、振动大的的部位。如安装在井式炉炉盖等处时,应在氧探头前端加保护套并注意气氛流通良好。
(3)注意氧探头安装座与炉壳保持良好的密封性,不要漏气。氧探头联线使用屏蔽信号线,屏蔽不要接地,注意接线的正负极,最好屏蔽信号线单独走线,防止信号干扰。
(4)氧探头最好在室温装入炉内,随炉升温到使用温度,避免急冷、急热。安装时注意轻拿轻放。如遇特殊情况,在高温状态下需要拔出或插入氧探头时,拔出或插入速度控制在30mm/min以内,并且在氧探头拔出加热炉时,应停供可燃气氛,降低炉压,以避免高温氧探头拔出引燃气氛被火苗烫伤。
(5)初次使用氧探头,需对氧探头进行预渗碳8,24h,建议不要在新炉刚开始预渗碳时就安装氧探头。因为在新炉预渗碳时,炉中可能还存在较多水分等杂质,气氛不稳定,会对氧探头的使用造成不
良影响;一般在新加热炉烘炉结束,用甲醇预渗碳24h以上再安装氧探头较好。
(6)氧探头上的参比气管、烧炭空气管安装位置要正确,不能接反。确认参比气管、烧炭气管接头、电磁阀、流量计等密封良好,不漏气。氧探头使用的参比气、烧炭空气应保证纯洁无杂质,尽可能选用微量空气泵,在微量空气泵出气端加空气过滤装置。
(7)正确设定氧探头的参比气、烧炭空气流量、烧炭时间、烧炭周期、烧炭时碳势保持时间等参数。
(8)根据气氛种类选择适当的CO比率(如标准的氮甲醇气氛CO比率为20,,滴注式气氛CO比率为33.3,),不同厂家的氧探头对应有不同的CO双率、碳势、氧探头毫伏值以及相应的对照表。通过多次定碳,修正炉气实际碳势。在修正炉气实际碳势时,注意不要简单根据测量结果,直接偏移氧探头毫伏值或改变CO比率等修正。尤其是新渗碳设备,炉膛气氛渗入耐火材料,达到饱和状态有个过程,实际控制碳势会略低于设定值。一般渗碳设备需连续运行15天以上,耐火材料方达到气氛饱和状态。建议在气氛达到饱和状态后,再做碳势的最终修正。
(9)氧探头有效测量范围,应选择在气氛温度750?以上,在许多碳控仪中有测量起始温度的选择。起始温度过低,对碳势的控制已经失去实际意义。
(10)注意氧探头烧炭时的烧炭时间和碳势的变化情况,一般在正常运行工艺中可设置固定周期烧炭,时间在3,8h。也可以选择在工艺结束后,每次自动烧炭;观察烧炭时的碳势是否下降很快,是否
能下降到0.01,左右。如果自动烧炭时,碳势下降很慢,可能是氧探头上积炭较多,可增加一到两次手动烧炭。
(11)定期用定碳片检查校正炉内碳势,正常情况下每周进行一次。一般氧探头在使用一段时间后,所测量的毫伏值会衰减,可按定碳片检查结果进行补偿。正常使用三个月左右,在820?以上,检查阻抗值,通常在0.1,50kΩ。
2(氧探头常见故障及处理
(1) 在可控气氛加热炉中,要首先确认设备本身是否存在影响碳势控制的因素。要检查、排除了其他因素后,再来确认氧探头是否存在故障。
(2)氧探头测量的毫伏值偏高。观察碳势记录曲线是否正常,正常的碳势记录曲线是锯齿状波动曲线,在碳势达到设定控制要求稳定受控时,富化气通入量基本稳定。可能是周期烧炭时,空气通入量不足,氧探头积炭较多,影响碳势的测量。处理方法是手动烧炭一次,时间控制在1min之内,使碳势降到0.01,以下。若未降到0.01,以下,可再手动烧炭一次。但切忌反复多次烧炭,因为过多的手动烧炭会缩短氧探头的使用寿命,甚至会直接烧坏氧探头。
(3)氧探头测量的毫伏值偏低或不变。A先检查可控气氛加热炉是否漏气,包括各种密封门、接头是否密封良好;B通向炉内的管路、阀门等是否通畅;C各种气体的流量是否正常;D炉内压力是否在正常范围、是否稳定;E观察废气排放火焰是否稳定、颜色是否正常等;F循环水是否泄漏到炉膛中;G气氛中是否有氧化性气氛进入;H富化气、载气中水等氧化性杂质含量是否超标,工艺氮气、氨气等
的纯度是否符合要求;I氧探头的安装位置是否正确;J检查氧探头的阻抗,在820?以上,检查阻抗值,通常在0.1,50 kΩ;K电极短路检查,氧探头被短路15S,测量恢复到原来的毫伏值读数的99,所需的时间,如果超过60s,说明氧探头灵敏度有问题。 (4)氧探头测量的毫伏值波动较大。A富化气、载气流量不稳定造成炉内气氛不稳定;B可控气氛加热炉密封不好,存在泄漏现象;C氧探头氧化锆探头损坏。关闭参比气流量后观察氧探头毫伏值变化,正常情况下,氧探头毫伏值下降不超过5mv。如果在关闭或打开参比气时,氧探头毫伏值变化很快,基本上可以断定氧化锆探头已经损坏。
——摘自《热处理》(2007,No(5)
氧探头的PID的数值应该是三个数值,即:比例(P),积分(I),微分(D),氧探头的数值(P=2.5,I=:10,D=5)一般是不会变动的,其调整的原则是:如果碳势长时间在一个方向偏离(偏低或偏高),可以适当减小I的参数;反之,当长时间在设定值上下大幅度震荡而久久不能稳定在设定值范围的?0.05%的范围时,可加大I的值。P和D的参数一般不动,否则会造成失控。
范文三:被动红外探头工作原理
被动红外探头工作原理特性及新技术
在电子防盗探测器领域,被动红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。但随着入侵者的反侦测技术手段的提高,从而对探头的要求也越来越高,普通被动红外探头的局限性也越来越明显,这样,新一代的被动红外探头也应运而生。因为美国的美安科技的Focus牌探头采用了很多最新技术,使用也较为广泛。所以,下面就结合该产品的技术特性来阐述被动红外探头的最新技术。
1.被动红外探头的工作原理及特性
被动红外探头是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头收集外界的红外辐射通过聚集到红外感应源上面。红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收了红外辐射温度发生变化时就会向外释放电荷,检测处理后产生报警。
1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红外辐射必须敏感。
2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。
3) 被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。
4) 一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。
5) 多视场的获得,一是多法线小镜面组成的反光聚焦,聚光到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统,是多面组合一起的透镜——菲涅尔透镜聚焦在红外传感器上。
6) 这要指出的是被动红外的几束光表示有几个视场,并非被动红外发红外光,视场越多,控制越严密。
2.被动红外探头的优缺点:
优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。价格低廉。
缺点:◆容易受各种热源、光源干扰
◆被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。
◆易受射频辐射的干扰。
◆环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。
3.被动红外探测新技术说明
下面针对上述的被动红外探测器的缺点,结合美国的美安科技的Focus牌的红外探测技术,进行详细发分析。通过对其缺点分析发现,我们实际上要解决误报和探测下降甚至失灵的问题:
3.1误报问题
为了降低误报率,只要排除误报等因素就可以大大降低误报率。
误报的因素可以分为两类:
外界的因素: ●外界的热光源(尤其是白光光源):如阳光、照明光源等;
●外界的射频信号。
内部因素: ●内部由于器件等的噪声和干扰,如光热释感应器的信号瞬变等。 针对以上情况,枫叶公司的新一带红外探头、采用一些独特的技术来解决此类问题。
信号出/入分析
当有物体走入或走出一个探测区段时, 在反极性探测感应器上会产生两个极性相反的信号,这种出/入信号的能量将被独立分析并储存在内存记忆内。只有在一段特定的时间内,当两个感应器上都收集到足够的出/入能量时才会触发警报。其优点,"信号出/入分析"能超乎想象地提高探头对气流、随机噪音及发热器的抗干扰能力。如再加上"四源红外反极性探测" , 便能使探头具有超卓的抗干扰能力, 是现今市场上最优秀的产品。
四源红外反极性探测(专利)
探头内置两个红外感应器,移动信号会使两个感应器产生两个极性相反的信号;而非移动信号(射频、电磁、火花、静电等干扰),则使两个感应器产生两个极性相同的信号。利用此原理便可准确无误地区分移动和非移动信号。其优点: 1.应用此技术所获得抗干扰能力是传统的滤波及屏蔽技术所无法相比的; 2.具有超卓的防小动物能力。
自动脉冲数调节
所有Focus牌探头都有此先进功能。"自动脉冲数调节"能检测每个红外信号能量的大小, 然后把数据储存在内存记忆内。探头能自动跟据内存记忆内的能量水平改变工作模式: 1)、当能量水平高时(此时误报的机率较低),使用低脉冲数模式,功能跟一般非脉冲数调节探头一样。
2)、当能量水平低时(误报的机率较高), 使用高脉冲数模式(最高可达25个脉冲),可有效防止误报的发生。优点: 有效防止误报而不降低灵敏度。
3.2探测能力的降低
探测能力下降可以分为几个方面:
探测器个探测试场分布不合理:如空隙过大,探测器被遮挡,如被泡沫、烟雾(入侵者经常使用的手段)、纸、衣物等。由于体温和环境差别不大,造成探测能力下降。针对以上情况,美国的美安科技的Focus牌采用以下方法来解决问题。
高质 LODIF 段式 FRESNEL 透镜 (专利)
无论是清色度,准确度及聚焦能力各方面均比传统的FRESNEL透镜高出30%。透镜材料采用高质抗白光干扰物料制造,并采用分段式设计。
优点: 1.能有效地收集人体发出的能量; 2. 消除死位; 3. 高抗白光干扰能力。
微波防遮挡功能 (专利)
只要有任何遮挡物在探头一米距离内移动,便会马上触发警报。
优点: 可有效防止闯入者以物件遮挡探头, 使探头失去作用。
主动微波自我检测功能
微波发射器每隔3分钟便自我检测一次,而自我检测是不需通过移动物体触发。如发现故障, 故障开关便马上被触发。
优点: 可确保探头工作正常, 万一发生故障亦可及时更换。
交叠式红外源(ISG)(专利)
传统的四源红外设计在探测远距离物体时灵敏度会降低, 这是因为人体在远距离时不会同时通过上下两个红外源, 所以便造成灵敏度降低甚至失灵。美安公司专利的"交叠式红外源"能有效地解决此问题。
优点: 1.有效地解决远距离灵敏度降低及温度上升距离缩短的问题; 2.可把距离提高至传统设计的二倍; 3.简化调试过程。
自动温度补偿
“自动温度补偿”能自动调节放大器功率的大小来平衡因温度变化引起的灵敏度变化现像。 优点: 使探头在整段工作温度区内都有稳定的灵敏度。
3.3其他一些新技术应用
●实时数字处理功能
●移动技术
●背景分析
●射频/电磁干扰保护
范文四:血氧探头的工作原理
血氧探头定义
血氧探头,全称为血氧饱和度探头(英文SpO2 Sensor/SpO2 Probe),是指将探头指套固定在病人指端,利用手指作为盛装血红蛋白的透明容器,使用波长660 nm的红光和940 nm的近红外光作为射入光源,测定通过组织床的光传导强度,来计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。通过SpO2监护,可以得到SpO2、脉率、脉搏波。应用于各种病人的血氧监护,通常另一端是接心电监护仪。 血氧饱和度定义
血氧饱和度是指血液中氧气的最大溶解度,血液中氧气结合主要是靠血红蛋白。一般情况下不会发生什么改变,但是如果在一氧化碳含量较高的环境下就会发生变化,造成一氧化碳中毒,也就是煤气中毒,因为一氧化碳与血红蛋白的亲和性很高,会优先与一氧化碳结合,从而造成血液中氧气含量降低发生危险。正常人体动脉血的血氧饱和度为98% 、静脉血为75%。
一般认为SpO2正常应不低于94%,在94%以下为供氧不足。有学者将
SpO2<90%定为低氧血症的标准,并认为当SpO2高于70%时准确性可达?2%,SpO2低于70%时则可有误差。临床上曾对数例病人的SpO2数值,与动脉血氧饱和度数值进行对照,认为SpO2读数可反映病人的呼吸功能,并在一定程度上*脉血氧的变化。胸外科术后病人除个别病例临床症状与数值不符需作血气分析外,常规应用脉搏血氧饱和度监测,可为临床观察病情变化提供有意义的指标,避免了病人反复采血,也减少护士的工作量,值得推广。
血氧探头工作原理
1、功能与原理
脉搏血氧饱和度SpO2指的是血氧含量与血氧容量的百分比值。SpO2作为一种无创的、反应快速的、安全的、可靠的连续监测指标,已经得到公认。
目前在麻醉、手术以及PACU和ICU中得以广泛使用。根据氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)在红光和红外光区域的光谱特性,可知在红光区(600,700nm)HbO2和Hb的吸收差别很大,血液的光吸收程度和光散射程度极大地依赖于血氧饱和度;而在红外光谱区(800,1000nm),则吸收差别较大,血液的光吸收程度和光散射程度主要与血红蛋白含量有关,所以,HbO2和Hb的含量不同吸收光谱也不同,因此血氧饱和度仪血液导管中的血无论是动脉血还是静脉血饱和度仪均能根据HbO2和Hb的含量准确地反映出血氧饱和度。
血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比(ρ660/900)最敏感地反映出血氧饱和度的变化,临床一般血氧饱和度仪(如泰嘉电子Taijia饱和度仪、脉搏血氧仪)也采用该比值作为变量。在光传导的途径上,除动脉血血红蛋白吸收光外,其他组织(如皮肤、软组织、静脉血和毛细血管血液)也可吸收光。但入射光经过手指或耳垂时,光可被搏动性血液和其他组织同时吸收,但两者吸收的光强度是不同的,搏动性动脉血吸收的光强度(AC)随着动脉压力波的变化而改变。
而其他组织吸收的光强度(DC)不随搏动和时间而改变,由此,就可计算出在两个波长中的光吸收比率R。R=(AC660/DC660)/(AC940/DC940)。R与SpO2呈负相关,根据R值,由标准曲线可得出相应的SpO2值。
2、探头的特点与优势
SpO2仪包括探头、功能模块和显示部分三个主要部件。对于市场上大部分的监护仪来说,检测SpO2的技术都已经很成熟。一台监护仪所检测得到的SpO2
值准确与否,很大程度上与探头有关,其中影响探头检测的因素很多,探头所用的检测器件、医用导线、连接工艺等都会影响检测结果。
(1)检测器件:检测信号的发光二极管和光电探测器件是探头的核心部件。也是决定检测数值准确与否的关键所在。理论上的红光波长为660nm,红外光为940nm时检测得到的数值比较理想,但由于制造器件的工艺的复杂,所生产出来的红光,红外光的波长总有偏差。光波长的偏差的大小将影响所检测的数值。所以发光二极管和光电检测器件的制造工艺就显得很重要了。R-RUI采用的是福路科的检测设备,无论是在精度上,还是在可靠性上都很有优势。
(2)医用导线:除了材料使用进口的外(在高弹力强度、抗腐蚀性都很可靠),还设计采用了双层屏蔽,较单层或全无屏蔽更能抑制噪声干扰,保持信号完整。
(3)软垫:R-RUI生产的探头采用的是一种特殊设计的软垫(指垫),这种软垫舒适、可靠,接触皮肤无过敏性,可适用于不同体形的病人。并且采用的是全裹式设计,可避免因手指动作漏光而导致干扰。
S的材料,坚固不易损坏。在指夹上 (4)指夹:本体指夹采用防火级无毒AB
还设计采用了遮光板,可以更好地屏蔽外围光源。
(5)一般SpO2损坏的主要原因之一是由于弹簧松脱,弹力不足以至夹力不足,R-RUI采用高张力电镀碳钢弹簧,可靠耐用。
(6)端子:为了确保探头的可靠连接耐用,考虑信号传递过程中的衰减在与监护仪的连接端子上,采用特殊工艺镀金端子。
(7)连接工艺:探头的连接工艺对于检测结果来说也很重要,软垫所放的位置均经过校正测试,以确保检测器件发射器与接收器的位置正确。
(8)在精度上,确保在SpO2值为70%——100%时,误差不超过正负2%,精度要更高,从而使得检测结果更可靠。
3、血氧探头的种类
(1)可重复使用脉搏血氧饱和探头
可重复成人指夹式血氧探头
可重复儿童指夹式血氧探头
可重复成人硅胶指套式血氧探头
可重复儿童硅胶指套式血氧探头
可重复婴儿硅胶包裹带血氧探头
可重复成人耳夹式血氧探头
可重复动物指夹式血氧探头
(2)一次性使用脉搏血氧饱和探头
一次性医用无纺布血氧探头
一次性医用泡沫胶血氧探头
一次性成人指夹式血氧探头
一次性儿童指夹式血氧探头
一次性成人硅胶指套式血氧探头
一次性儿童硅胶指套式血氧探头
一次性婴儿硅胶包裹带血氧探头
一次性成人耳夹式血氧探头
一次性动物指夹式血氧探头
血氧饱和度检测的基本原理
氧是维系人类生命的基础,心脏的收缩和舒张使得人体的血液脉动地流过肺部,一定量的还原血红蛋白(HbR)与肺部中摄取的氧气结合成氧和血红蛋白
(HbO2),另有约2,的氧溶解在血浆里。这些血液通过动脉一直输送到毛细血管,然后在毛细血管中将氧释放,以维持组织细胞的新陈代谢。血氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比,即血液中血氧的浓度,它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2浓度与HbO2 Hb浓度之比,有别于氧合血红蛋白所占百分数。因此,监测动脉血氧饱和度(SaO2)可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计。
2.1 血氧饱和度检测分类
血氧浓度的测量通常分为电化学法和光学法两类。
传统的电化学法血氧饱和度测量要先进行人体采血(最常采用的是取动脉血),再利用血气分析仪进行电化学分析,在数分钟内测得动脉氧分压(PaO2),并计算出动脉血氧饱和度(SaO2)。由于这种方法需要动脉穿刺或者插管,给病人造成痛苦,且不能连续监测,因此当处于危险状况时,就不易使病人得到及时的治疗。电化学法的优点是测量结果精确可靠,缺点是比较麻烦,且不能进行连续的监测,是一种有损伤的血氧测定法。
光学法是一种克服了电化学法的缺点的新型光学测量方法,它是一种连续无损伤血氧测量方法,可用于急救病房、手术室、恢复室和睡眠研究中。目前采用最多的是脉搏血氧测定法(Pulse Oximetry/血氧仪),其原理是检测血液对光吸收量的变化,测量氧合血红蛋白(HbO2)占全部血红蛋白(Hb)的百分比,从而直接求得SpO2。该方法的优点是可以做到对人体连续无损伤测量,且仪器使用简单方便,所以它已得到越来越普遍的重视。缺点是测量精度比电化学法低,非凡是在血氧值较低时产生的误差较大。先后出现了耳式血氧计,多波长血氧计及新近问世的脉搏式血氧计。最新的脉搏式血氧计的测量误差已经可以控制在1,以内,达到临床使用的要求。尽管它们在某些方面还不尽如人意,但其所产生的临床效益已被广泛认同。
2.2 无损伤血氧饱和度检测原理
临床上多用功能氧饱和度来反映血液中氧含量的变化。无损伤血氧饱和度测量是基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理来进行测量的。基础研究表明,氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对不同波长入射光有着不同的吸收率。当单色光垂直照射人体,动脉血液对光的吸收量将随透光区域动脉血管搏动而变化,而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。当用两种特定波长的恒定光λ1、λ2照射手指时,假如适当选择入射光波长λ1(HbO2、Hb在此处具有等吸收特性,即约805nm),运用Lambert-Bear定律并根据氧饱和度的定义可推出动脉血氧饱和度的近似公式为:
SaO2=a bQ
式中:Q为两种波长(HbO2、Hb)的吸光度变化之比a、b为常数,与仪器传感器结构、测量条件有关。
注重到生物组织是一个各向异性、强散射、弱吸收的复杂光学介质,因此在实际测量中无法用一个严格的公式来描述,所以一般是通过测量双光束吸光度变化之比,然后通过经验定标曲线最终获取氧饱和度。而在选择双光束波长时,一般选择入射光波长为660nm和940nm。
2.3 无损伤血氧饱和度检测用光电传感器
血氧传感器是检测血氧饱和度的重要部件,它的损坏会直接导致检测不准或整机瘫痪无法工作。血氧传感器按外形主要可以分为指套型、耳垂型、包裹型和粘附型,按用途又可分为成人型和儿童型、婴儿型几种。不论外形和类型如何,血氧传感器的原理构成是一样的,它们均由发光器件和接收器件组成。发光器件
是由波长为660nm(650nm)的红光和波长为940nm(910nm)的红外光发射管组成。光敏接收器件大都采用接收面积大,灵敏度高,暗电流小,噪声低的PIN型光敏二极管,由它将接收到的入射光信号转换成电信号。
最新开发的脉搏血氧计大多采用的是指套式传感器探头。使用时探头套在指尖上。指套上壁固定了两个并列放置的发光二极管,发光波长分别为660nm红光和940nm红外光。下壁是一个光敏接收器件,它将透射过手指的红光和红外光转换成电信号。血氧计运行时,分时驱动电路让两个发光二极管按一定的时间间隔并以较低的占空比分别发光,根据光二极管发光强度与光电管接收到的透射光的强弱比值可分别计算出全血吸收率a660和a940,然后结合实验标定的系数A和B,代入前述公式中,就可以算得血氧饱和度的数值了。
2.4 血氧仪系统框图
(一般 脉搏血氧仪一般由血氧饱和度检测模块、工控机或PC机、血氧检测探头为指套式)等部分组成。也有些是直接研制成一体的或便携式的。假如采用的是已经研制好的血氧饱和度检测模块来搭建的系统,由于模块与工控机或PC机之间的电平电压不同,它们之间还要通过电平转换模块连接起来,这样才能够进行正确的通讯。
3 脉搏血氧计的操作使用
是否能够正确操作使用血氧计,关系到检测结果的准确性。透射式脉搏血氧计多以手指、耳垂、脚趾等作为检测部位,因为这些部位是光线最轻易透射过的部位。而对于采用指套式传感探头的脉搏血氧计,检测前最好应将手指、指甲部位清洗干净,否则假如脏物过多,会阻碍光线的透射,从而对测量结果造成一定的影响。测量时将中指夹在指套里,注重指甲应正对上壁的发光管,夹好后还应注重指套四面是否密闭严实,以避免环境光的干扰。指套夹好并开机后,等待测量数据稳定后就可以读出血氧饱和度了,现在的血氧计一般还可以读出脉率值和脉搏波形。
血氧探头的工作原理
1、功能与原理脉搏血氧饱和度SPO2指的是血氧含量与血氧容量的百分比值。SPO2作为一种无创的、反应快速的、安全的、可靠的连续监测指标,已经得到公认。目前在麻醉、手术以及PACU和ICU中得以广泛使用。根据氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)在红光和红外光区域的光谱特性,可知在红光区(600,700nm)HbO2和Hb的吸收差别很大,血液的光吸收程度和光散射程度极大地依赖于血氧饱和度;而在红外光谱区(800,1000nm),则吸收差别较大,血液的光吸收程度和光散射程度主要与血红蛋白含量有关,所以,HbO2和Hb的含量不同吸收光谱也不同,因此血氧饱和度仪血液导管中的血无论是动脉血还是静脉血饱和度仪均能根据HbO2和Hb的含量准确地反映出血氧饱和度。〕:血液在波长660nm附近和900nm附近反射之比(ρ660/900)最敏感地反映出血氧饱和度的变化,临床一般血氧饱和度仪(如Baxter饱和度仪)也采用该比值作为变量。在
光传导的途径上,除动脉血血红蛋白吸收光外,其他组织(如皮肤、软组织、静脉血和毛细血管血液)也可吸收光。但入射光经过手指或耳垂时,光可被搏动性血液和其他组织同时
吸收,但两者吸收的光强度是不同的,搏动性动脉血吸收的光强度(AC)随着动脉压力波的变化而改变。而其他组织吸收的光强度(DC)不随搏动和时间而改变,由此,就可计算出在两个波长中的光吸收比率R。R=(AC660/DC660)/(AC940/DC940)。R与SPO2呈负相关,根据R值,由标准曲线可得出相应的SPO2值。
2、探头的特点与优势:SPO2仪包括探头、功能模块和显示部分三个主要部件。对于市场上大部分的监护仪来说,检测SPO2的技术都已经很成熟。一台监护仪所检测得到的SPO2值准确与否,很大程度上与探头有关,其中影响探头检测的因素很多,探头所用的检测器件、医用导线、连接工艺等都会影响检测结果。1.检测器件:检测信号的发光二极管和光电探测器件是探头的核心部件。也是决定检测数值准确与否的关键所在。理论上的红光波长为660nm,红外光为940nm时检测得到的数值比较理想,但由于制造器件的工艺的复杂,所生产出来的红光,红外光的波长总有偏差。光波长的偏差的大小将影响所检测的数值。所以发光二极管和光电检测器件的制造工艺就显得很重要了。我们提供的血氧探头采用的是福路科的检测设备,无论是在精度上,还是在可靠性上都很有优势。2.医用导线:除了材料使用进口的外(在高弹力强度、抗腐蚀性都很可靠),还设计采用了双层屏蔽,较单层或全无屏蔽更能抑制噪声干扰,保持信号完整。3.软垫:我们提供的探头采用的是一种特殊设计的软垫(指垫),这种软垫舒适、可靠,接触皮肤无过敏性,可适用于不同体形的病人。并且采用的是全裹式设计,可避免因手指动作漏光而导致干扰。4.指夹:本体指夹采用防火级无毒ABS的材料,坚固不易损坏。在指夹上还设计采用了遮光板,可以更好地屏蔽外围光源。5.一般SPO2损坏的主要原因之一是由于弹簧松脱,弹力不足以至夹力不足,我们采用高张力电镀碳钢弹簧,可靠耐用。6.端子:为了确保探头的可靠连接耐用,考虑信号传递过程中的衰减在与监护仪的连接端子上,采用特殊工艺镀金端子。7.连接工艺:探头的连接工艺对于检测结果来说也很重要,软垫所放的位置均经过校正测试,以确保检测器件发射器与接收器的位置正确。8.在精度上,确保在SPO2值为70%~~100%时,误差不超过正负2%,精度要更高,从而使得检测结果更可靠。
范文五:红外探头工作原理特性
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红外探头工作原理特性
被动红外探头是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头收集外界的红外辐射通过聚集到红外感应源上面。红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收了红外辐射温度发生变化时就会向外释放电荷,检测处理后产生报警。
1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红外辐射必须敏感。
2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。
3) 被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。
4) 一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。
5) 多视场的获得,一是多法线小镜面组成的反光聚焦,聚光到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统,是多面组合一起的透镜——菲涅尔透镜聚焦在红外传感器上。
6) 这要指出的是被动红外的几束光表示有几个视场,并非被动红外发红外光,视场越多,控制越严密。
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2、被动红外探头的优缺点:
优点:
本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。价格低廉。
缺点:
?容易受各种热源、光源干扰;
?被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收;
?易受射频辐射的干扰;
?环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。
3、红外探头的安装说明:
由于被动红外探测器是属于一种微弱信号检测设备,在安装对必须注意一些细节方面的问题,如高度,灵敏度等。正确安装一个被动红外探测器,必须掌握以下几个方面的信息:首先是对探测器的性能特点必须了解,其次要合理确定安装的位置,最后必须要仔细调试。不能说探测器能报警就说明安装好了,那么如何确定一个被动红外探测器的安装位置呢, ?根据说明书确定正常的安装角度
安装高度不是随意的,会影响探测器的灵敏度和防小宠物的效果。试想一下,一个探测器装在2M高度的位置和2.5高度的位置,那么移动物体从地面移动时,切割明区和暗区的频率是不一样的。
?不宜面对玻璃门窗
被动红外探测器正对玻璃门窗,会有两个问题:一是白光干扰,——————————————————————————————————————
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显然PIR对白光具有很强的抑制功能,但毕竟不是100%的抑制。因此避免正对玻璃门窗,可以避免强光的干扰。二是避免门窗外复杂的环境干扰,比如人群流动、车辆等。
?不宜正对冷热通风口或冷热源
被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有密切的关系。冷热通风口和冷热源均有可能引起探测器的误报,对有些低性能的探测器,有时通过门窗的空气对流也会造成误报。
?不宜正对易摆动的物体
易摆动的物体将会使微波探测器起作用,因此同样可能造成误报。古注意非法入侵路线安装探测器的目的是防止犯罪分子的非法入侵,在确定安装位置之前,必须要考虑建筑物主要出人口。实际上我们防止了出入口,截断非法入侵线路,也就达到了我们的目的。 ?合理的选型
被动红外探测器具有多种型号。比如公司生产的普通广角探测器、普通幕帘探测器、加强广角探测器、加强幕帘探测器、智能广角、智能单幕帘、智能双幕帘、防宠物红外探测器等等,从单红外到三鉴技术,从壁挂式到吸顶式的都有,那么所要安装的探测器必须要考虑防范空间的大小,周边的环境,出入口的特性等实际状况,给客户提出合理的建议。 ?调试
将探测器安装完中后,调试探测器是最后所要做的工作。被动红外探测器的调试具有两种方法,一种是步测,就是调试人员在警戒区内走s型的线路来感知警戒范围的长度和宽度。 微波灵敏度和红外——————————————————————————————————————
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灵敏度通过步测的方法要分别调整,过高或过低的灵敏度都将影响防
范效果。有时由于季节变换,冬季和夏季要对灵敏度分别调整。微波
灵敏度一定不能过大,因为微波只有穿透性,在调试的时候要注意。
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