F7PBBSM - Senzory v medicíně

Předmět poskytuje informace o základních typech senzorů a principech činnosti, parametrech, základních obvodových zapojení pro vyhodnocování signálů a aplikacích. Důraz je kladen především na následující oblasti: Základní principy činnosti senzorů včetně zapojení vyhodnocovacích obvodů. Zejména senzory mechanických jevů (polohy, síly, tlaku, mechanického napětí, prodloužení, torze, vibrací, akcelerace, průtok apod.), magnetického pole (Hallův senzor, magnetorezistor, feromagnetický senzor), teploty (odporové, termoelektrické, PN přechod, bolometry a jejich použití v termokamerách), chemických veličin a biosenzory, mikrosenzory a mikroaktuátory s využitím pro biomedicínské aplikace.

Podmínky zápočtu: Pro získání zápočtu je dovolená jedna absence, další absence jsou omluveny pouze potvrzením od doktora a student si musí měření nahradit. Student musí být na cvičení řádně připraven, což zahrnuje písemnou přípravu včetně tabulek v pracovním deníku. Výstupem z každého měření jsou zpracované hodnoty, které musí být okomentovány a diskutovány. Tyto výsledky musí být vyučujícímu prezentovány na konci hodiny. Student je povinen odevzdat jeden excelentní vypracovaný protokol dle nového vzoru.

Požadavky ke zkoušce: Zkouška bude probíhat formou testu, z látky která byla probrána na přednáškách a cvičeních. Test bude písemný a bude obsahovat otázky s nabízenými odpověďmi.

Vstupní požadavky předmětu:

Úspěšné absolvování předmětu Teoretická elektrotechnika

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence:

Studenti se seznámí se základními funkcemi, principy činnosti, konstrukcí, vyhodnocováním signálů, náhradními modely, materiály základních typů senzorů tak, aby byli připravení k jejich aplikačnímu využití v lékařských přístrojích

1. Senzory, mikrosenzory a mikrosystémy - seznámení se se základními pojmy, významem a lékařskými aplikacemi

2. Parametry senzorů - statické, dynamické, prostředí, metody a zapojení pro snižování chyb

3. Senzory s kapacitou - senzory fyzikálních a chemických veličin, tlakové kapacitní senzory (princip činnosti, konstrukce, vyhodnocování signálu, aplikace = PKVA)

4. Senzory s indukčností (magnetickými obvody) - Induktanční, indukčnostní, magnetoelastické, magnetostrikční, (PKVA)

5. Piezoodporový jev - tenzometry, tlakové senzory piezoodporové, (PKVA)

7. Piezoelektrický jev - senzory s principem piezoelektrickým, tlakové senzory piezoelektrické, (PKVA)

8. Senzory magnetických polí - Hallův senzor, magnetorezistor, magnetodioda, magnetotranzistor, SQUID, (PKVA)

8. Senzory teploty - kovové, polovodičové, odporové, s pn přechodem, s |MOS strukturou, integrované, kryogenní, speciální, bezkontaktní, (PKVA)

9. Akcelerometry, gyroskopy, (PKVA)

10. Senzory průtoku, hladiny, (PKVA)

11. Senzory chemických a biochemických veličin, (PKVA)

12. Nanosenzory a nanomateriály - grafen apod., (PKVA), perspektivy

13. Senzorové sítě BAN a internet věcí (IoT)

14. Inteligentní (SMART) senzory, napájení senzorů

Poznámka: Pozornost u všech přednášek je zaměřena na princip činnosti, konstrukci, vyhodnocování signálu, náhradní modely, které slouží k úplnému popisu reálných vlastností součástky, lékařské a jiné aplikace.

1.Úvod, bezpečnost práce, měřicí přístroje, zapojení symetrického zdroje.

2.Základní funkce infračervených senzorů.

3.Využití akcelerometrů pro měření náklonu a vibrací.

4.Měření základních fyziologických vlastností lidského zraku a sluchu.

5.Fotometrie - měření úrovně osvětlení.

6.Senzory pro měření polohy - LVDT, základní principy měření rychlosti proudění tekutin.

7.Návrh a realizace tenzometrického senzoru ohybu

8.Návrh a realizace vyhodnocovacích obvodů tenzometrů

9.Měření síly pomocí tenzometrických snímačů.

10.Návrh a realizace jednoduchého teplotního senzoru

11.Měření polohy a rychlosti otáčení pomocí Hallovy sondy.

12.Ultrazvukové senzory pro echolokaci.

13.Senzory pro měření krevního tlaku.

14.Kontrola skript, náhradní měření, udělení zápočtů.

Předmět poskytuje základní informace o fyzikálních a biochemických principech využívaných pro senzory, seznamuje s principy činnosti jednotlivých typů senzorů, konstrukcí, vyhodnocováním signálů, náhradními modely, materiály a základními aplikacemi v biomedicíně, medicínské diagnostice a přístrojové technice.

Povinná literatura:

[1] Husák, M.: Mikrosenzory a mikroaktuátory, ACADEMIA, 2008

[2] Husák, M., Ripka, P., a kol.: Senzory v lékařství, Návody k laboratorním cvičením, Vydavatelství ČVUT, Praha 2007

Doporučená literatura:

[1] Uhlíř, J. Elektronické obvody (pro předmět F7PBBEO na ČVUT FBMI). [online]. 1. vyd. Kladno, ČVUT FBMI, 2019 [cit. 24.3.2019]. Dostupné z: http://amber.feld.cvut.cz/17bbeo/files/2018/Skriptum_EO1.pdf

[2] Uhlíř, J. Elektronické obvody (elektronická podpora studia F7PBBEO) [online]. 1. vyd. Kladno, ČVUT FBMI, 2019 [cit. 24.3.2019]. Dostupné z: http://amber.feld.cvut.cz/17bbeo/

[3] P. Neumann, J. Uhlíř: Elektronické obvody a funkční bloky 1 a 2, Vydavatelství ČVUT Praha 2005, vydání 2. přepracované 279 s., ISBN 80-01-03281-7

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinný předmět)