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Instrumentación Biomédica - Transductores

Resistivos, Inductivos, Capacitivos, Piezoeléctricos
by

Estefany Valarezo

on 23 March 2013

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Transcript of Instrumentación Biomédica - Transductores

Instrumentación Biomédica TRANSDUCTORES Transductor Transductores resistivos Transductores de Temperatura Transductores
Electromagnéticos o Inductivos Son dispositivos más complejos y elaborados que los sensores, con el propósito de captar una manifestación energética de cierto tipo y convertirla en una manifestación energética más controlable y mensurable, la cual suele ser la energía eléctrica. Son los que se producen por una modificación en su resistencia por diferentes causas, siendo utilizada esta propiedad como generadora de un potencial eléctrico.

Por medio de este efecto de transducción es posible transformar diversas propiedades mecánicas y biofísicas en variables eléctricas a través de potenciómetros, alambres resistivos, bobinas extensibles y galgas extensiométricas, extensómetros o strain gauges. Muchos tipos de transductores se desarrollan utilizando las leyes relacionadas con la generación de corrientes y voltajes inducidos por la interacción de campos magnéticos con conductores, bobinas y otros campos magnéticos. Realizado por:
* Juan Pablo Erazo
* Felipe Navas
* Pablo Portilla
* Estéfany Valarezo Etapas en la adquisición de una señal biológica. Tipos de transductores.
•Resistivos
•Inductivos
•Capacitivos
•Piezoeléctricos
Potenciómetros Es el más simple, desarrolla un voltaje variable proporcional a la posición del cursor en un potenciómetro. Voltaje proporcional Potenciómetro Rotacional Aplicaciones: Se utilizan potenciómetros rotatorios en medidores del tejido adiposo (plicómetros) y en medidores de grosor muscular Galga extensiométrica en osteotomía Potenciómetros Bobina extensible La bobina o arrollado de resistencia modificable por desplazamiento longitudinal se utiliza para obtener cambios de resistencia ante un desplazamiento que no implique deformación de la elasticidad de la bobina ypor movimientos que no produzcan deformaciones de alta velocidad, como es el caso de las aplicaciones de frecuencia respiratoria de un paciente con la banda Transductores extensiométricos: (strain gauges) El strain gauge o galga extensiométrica es uno de los de más extensa utilización, se los puede encontrar en diferentes configuraciones (longitudinal, espiral, circular). Gálga extensiométrica en forma de lámina Potenciómetros Galgas de estado sólido Fabricadas con tecnología de estado sólido, lo que implica mayor sensibilidad, precisión y con un factor de galga de mayor nivel que los convencionales Las galgas de estado sólido se fabrican de dos maneras diferentes, usando tecnología recortada y tecnología difusa Termistores: Son dispositivos que varían su resistencia con la variación de la temperatura a la que son sometidos. Se fabrican de diferentes materiales y poseen intervalos de trabajo amplios con una buena sensibilidad, aunque en general la linealidad es baja en toda la región de medición.
Las aplicaciones más comunes de los termistores se orientan al desarrollo de termómetros analógicos y digitales, transductores de frecuencia respiratoria, controladores de temperatura de hornos y calefactores biomédicos, así como medidores de gasto cardiaco.
Transductores de Temperatura 1.Termómetros analógicos y digitales: Utilizando termistores linealizados en el intervalo de medición de la temperatura corporal humana, se fabrican termómetros de alta exactitud y precisión con la ventaja adicional de entregar una respuesta rápida.

El intervalo de medición se encuentra entre 5 y 42°C, en tanto que los transductores se suministran en varios formatos, adecuados para la medición de temperaturas en la superficie de la piel, en cavidades corporales, fluidos orgánicos, en tejido profundo por medio de la inserción de transductor tipo aguja o en líquidos extracorporales. Transductores de Temperatura 2.Transductores de frecuencia respiratoria: Una aplicación, muy común de los termistores en el equipamiento biomédico es la medición de la frecuencia respiratoria por medio de un pequeño transductor situado en una fosa nasal del paciente.

La resistencia eléctrica del dispositivo se modifica con el flujo de aire producido por la respiración y dicho flujo produce un cambio térmico por conducción y evaporación simultaneas. La temperatura a la cual se encuentra el termistor se modifica porque entrega calor al aire que pasa (conducción), al mismo tiempo que existe un cierto grado de evaporación de agua corporal, en especial de los pulmones, que sale durante la respiración. Transductores de Temperatura 3.Controladores de temperatura: Los transductores de termistor también se utilizan como medidores de temperatura en cierto tipo de hornos y calefactores de uso biomédico, por ejemplo baños térmicos, hornos de cultivo biológico y similares. Las temperaturas alcanzadas no son de alto nivel, pero el termistor forma parte del lazo de regulación realimentada, con el que se ajusta la temperatura en nivel muy estable. Transductores de Temperatura 4.Medidores de gasto cardiaco: El gasto cardiaco CO (Cardiac Output), medido en litros por minuto (L/min), es una indicación de mucha utilidad diagnostica ya que permite determinar cuanta sangre está siendo manejada por el corazón. Esta medición es una valiosa herramienta en el control del paciente con problemas cardiacos y una ayuda en la terapia médica, así como en el equilibrio del fluido del sistema circulatorio. Existen diversas técnicas utilizadas para realizar esta determinación, una de ellas es la técnica de termodilucion, basada en el mismo principio de medición de dilución de un tinte en un líquido que fluye.

La termodilucion utiliza un transductor situado en la punta de un catéter que registra la temperatura de la sangre. Aplicaciones en transductores prácticos: Utilizando tanto el principio de inducción electromagnética como las modificaciones de campo magnético en el entorno de conductores y bobinas, es posible fabricar transductores basados en los principios que se enumeran a continuación: a)Cambio de inductancia y reluctancia variable
b)Transformador diferencial
c)Cambio de inductancia mutua
d)Flujometría electromagnética
e)Tacometría electromagnética
Transductores
Electromagnéticos o Inductivos Un transductor con entrehierro variable como el de la figura funciona utilizando el fenómeno de cambio de reluctancia magnética; es decir, se modifica el grado de dificultad para que el flujo pase por el circuito magnético del núcleo de la bobina. a)Transductores de Reluctancia Variable: Radio píldora.- Transmite cambios de presión en el interior del sistema digestivo, la cual cuenta con un transductor sensible a la presión axial.
El paciente traga la píldora que viaja junto con los alimentos por el esófago, estómago e intestinos, detectando las presiones en cada parte del recorrido y transmitiéndolas como modulaciones de frecuencia de la onda portadora del transmisor.
a)Transductores de Reluctancia Variable: Aplicaciones: Acelerómetros.- Destinados a medir vibraciones o movimientos súbitos como el caso de los detectores de temblor muscular o sacudidas de extremidades. También se utilizan en dispositivos de alarma para evitar el desplazamiento o la torsión de partes o elementos delicados en los equipos médicos, como aplicadores o brazos articulados a)Transductores de Reluctancia Variable: Aplicaciones: Transductores
Electromagnéticos o Inductivos En un transformador convencional se tiene un voltaje inducido que depende físicamente de la cantidad de espiras de cada bobinado y también del material con que se fabrica el núcleo, en particular de la permeabilidad magnética del núcleo. b)Transformadores Diferenciales: Transductores
Electromagnéticos o Inductivos I.Transducción isotónica.- El comportamiento de los órganos enucleados de los músculos voluntarios, sometidos a la acción de fármacos, se puede medir en un montaje especial conocido como experimento de Magnus. El espécimen muscular se monta en un tubo de Magnus y se sumerge en solución de Ringer calentada a baño maría. El efecto de contracción o relajación del músculo se observa con alta resolución en la salida de voltaje del transformador diferencial. b)Transformadores Diferenciales: Aplicaciones Este sistema de transducción es utilizado especialmente para el estudio de todo tipo de músculos, para ver su comportamiento en respuesta a ciertos fármacos. Transductores
Electromagnéticos o Inductivos II.Medidores de torsión.- Cuando se desea medir desplazamiento angulares, se utiliza un transformador diferencial como el que se muestra en la figura; en ella se aprecia que el núcleo no se mueve en un desplazamiento lineal sino que la fuerza aplicada produce una rotación angular que cambia la inducción en los secundarios del transformador. b)Transformadores Diferenciales: Aplicaciones Transductores
Electromagnéticos o Inductivos III.Medidores de presión.- Para medir la presión de fluidos, ya sea líquidos o gases, se utilizan transductores con un transformador diferencial en el cual el núcleo deslizante se une a un manómetro de tipo Bourdon modificado, de manera que al aumentar la presión el fluido modifica la curvatura del tubo Bourdon acortado y éste a su vez desplaza el núcleo, lo que altera el voltaje de salida. b)Transformadores Diferenciales: Aplicaciones Transductores
Electromagnéticos o Inductivos IV.Este tipo de transductores posee una respuesta rápida a los cambios, al mismo tiempo que requiere pequeños volúmenes de fluidos para producir desplazamientos significativos y es altamente lineal en todo el intervalo de trabajo; se utiliza en ventiladores y servoventiladores tanto de adultos como de neonatos y no tiene un tamaño excesivo. b)Transformadores Diferenciales: Aplicaciones Transductores
Electromagnéticos o Inductivos Para medir en forma directa (invasiva) la presión de fluidos como la venosa o arterial, se utilizan los transductores inductivos de presión basados en inductancias que cambian su valor debido al desplazamiento de su núcleo, que se mueve empujando por la presión sanguínea sobre una membrana. c)Transductores de inductancia Mutua: Transductores
Electromagnéticos o Inductivos En este tipo de transductores, el domo superior donde se sitúa el fluido circulante puede retirarse para esterilizarlo. El fluido sanguíneo está en contacto con un diafragma que transmite la presión a una gota de fluido situada sobre una membrana solidaria con la barra que forma el núcleo de las bobinas; este tipo de transductor tiene una gran sensibilidad y elevada linealidad en todo el intervalo de trabajo. c)Transductores de inductancia Mutua: Transductores
Electromagnéticos o Inductivos Una de las aplicaciones más útiles de los transductores electromagnéticos es el desarrollo de medidores de flujo sanguíneo para mediciones invasivas. Se trata de dispositivos que se insertan en torno a los vasos sanguíneos y permiten medir el flujo en forma continua con gran exactitud.

Si se toma en cuenta que en el vaso sanguíneo se desplaza un fluido saturado de electrolitos, puede considerarse que se trata de un conductor eléctrico que se mueve con cierta velocidad dentro del campo magnético. d)Flujómetros Electromagnéticos: Transductores
Electromagnéticos o Inductivos El principio de funcionamiento de estos tacómetros electromagnéticos es similar al de un generador con espira en cortocircuito.

En un campo magnético creado por una corriente que circula en un bobinado especial se sitúa un núcleo giratorio (denominado rotor), que puede ser el objeto por medir o estar acoplado a él por medio de algún sistema de embrague, mientras que la parte fija del tacómetro (o estator) está formada por dicha bobina especial y por otra bobina independiente sobre la que se induce un voltaje proporcional a la velocidad de giro del rotor. e)Tacometría y frenado electromagnético: Transductores
Electromagnéticos o Inductivos e)Tacometría y frenado electromagnético: Una aplicación práctica de este sistema son los equipos de prueba de esfuerzo como cicloergómetros o brazosergómetros de entrenamiento y rehabilitación. El equipo cuenta también con un generador tacométrico con el que se mide el voltaje inducido, que es proporcional a la velocidad de giro del volante
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