Trasduttore : dispositivo che converte una forma di energia in un ’ altra

1. Trasduttore: dispositivo che converte una forma di energia in un’altra Sensore: converte un parametro fisico in una grandezza elettrica Attuatore: converte un segnale elettrico in una grandezza fisica Sensori e loro principio di funzionamento

2. Misurano le variazioni delle dimensioni, forma e posizione degli organi e dei tessuti del corpo. Misure dirette: Variazioni nel diametro dei vasi sanguigni, del volume e forma delle camere cardiache, del volume dei muscoli o della casssa toracica Misure indirette: Misurano il movimento dei liquidi attraverso le valvole del cuore (movimento del diaframma di un microfono che rivela indirettamente il movimento del cuore e i rumorii del cuore) Tipi di sensori: Resistivo Capacitivo Piezoelettrico Sensori di spostamento

3. Sensori di spostamento Strain gauge • Basati sulla variazione di resistenza di un filo dovuta a variazioni nel diametro, lunghezza e resistività. • La resistenza di un filo può essere espressa in funzione della lunghezza L (m), della resistività r (Wm), area A (m2) secondo la legge: Sensori resistivi

4. Sensori di spostamento Le variazioni di L ed A sono legate dal rapporto di Poisson m secondo la relazione: D diametro Effetto dimensionale Effetto piezoresistivo Strain gauge Fattore di Gauge, G:

5. Sensori di spostamento METALLI SEMICONDUTTORI • Predomina effetto piezoresistivo • Predomina effetto geometrico G ~ 2 G ~ 100 • Altri parametri di interesse: • coefficiente di temperatura della resistenza: • coefficiente di temperatura di G: Strain gauge Semiconduttori: variazione resistività con la temperatura compensazione

6. Sensori di spostamento Strain gauge metallici semplici Resistance-wire type. (b) Foil type. Compensazione in temperatura: dummy gauge non sottoposto a strain o struttura particolare!

7. Se R1/R2=R4/R3 ponte bilanciato Dv0=0 c R2 R1 Rx b ui a Ry R4 R3 d Ri Duo Sensori di spostamento Circuiti a ponte di Wheatstone La resistenza Ry and il potenziometro Rx sono usati per bilanciare inizialmente il ponte. vi è la tensione applicata e Dv0 è la tensione d’uscita su un voltmetro con resistenza interna Ri. Coefficiente di espansione termico substrato-strain gauge!

8. Sensori di spostamento Strain gauge a semiconduttore Uniformemente drogato Semiconduttore di tipo p diffuso

9. 4 cm Clear plastic Saline Flush valve To patient IV tubing Gel Silicon chip Electrical cable Sensori di spostamento Sensore integrato di pressione

10. Sensori di spostamento Strain gauge a semiconduttore M momento =Fb y=h/2 I momento di inerzia=Wh3/12

11. Sensori di spostamento Sensore integrato di forza per la misura della pressione oculare

12. Sensori di spostamento Strain gauge elastici Utilizzati nelle misure delle dimensioni cardiovascolari, pletismografiche Consistono di un tubo di gomma (0.5-2 mm diametro, 3-25 cm di lunghezza) riempito con mercurio o con pasta conduttiva Bridge output for venous-occlusion plethysmography. Bridge output for arterial-pulse plethysmography.

13. Sensori di spostamento Sensori capacitivi Capacitore a facce piane e parallele K, guadagno

14. Sensori di spostamento Sensore capacitivo per determinare variazioni di spostamento dinamico In condizioni stazionarie: In corrispondenza di una variazione Dx: Filtro passa-alto: • Molte variabili fisiologiche hanno componenti a bassa frequenza • Movimento respiratorio di un paziente su un lettino • Pressione tra piede e scarpa

15. Sensori di spostamento Sensori piezoelettrici Misurano gli spostamenti fisiologici (respiro) e registrano i battiti cardiaci q = k f kcostante piezoelettrica, (C/N) n variazione di tensione indotta k = 2.3 pC/N quarzo k = 140 pC/N titanato di bario

16. Amplifier x e Cable Crystal Sensori di spostamento Circuito elettrico equivalente di un sensore piezoelettrico Amplifier + iAmplifier= 0 Charge generator q = Kx uo Rs Cs Cc Ca - ia= 0 is + iR Modified equivalent circuit with current generator replacing charge generator. Charge generator is = dq/dt=Kdx/dt iC Rs = sensor leakage resistanceCs = sensor capacitanceCc = cable capacitanceCa = amplifier input capacitance Ra = amplifier input resistanceq = charge generator. uo C R - R = RaRs/(Ra+ Rs ) C = Cs+ Cc + Ca

17. KS=K/C sensibilità, V/m t=RC costante di tempo Sensori di spostamento C KS

18. R is C - dqs/ dt = is = K dx/dt uo isC isR + FET Sensore piezoelettrico Sensori di spostamento L’amplificatore trasferisce la carica generata dal sensore piezoelettrico alla capacità di controreazione C

19. Sensori di spostamento Cardiologia: - fonocardiografia alla superficie del corpo e intracardiaca - suoni di Korotkoff (generati dal flusso di sangue e dalle vibrazioni dei vasi sanguigni) nelle misure di pressione del sangue - accelerazioni fisiologiche dovute al movimento umano Il primo suono di Korotkoff rivela la pressione sistolica, mentre la transizione dal muffling al silenzio indica la pressione diastolica.