Материал: 61-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов ВГТУ. Строганов А.В

УДК 538.975

Т.В. Свистова, Т.А. Перепечина, Ю.В. Шачнева

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГАЗОВЫХ ДАТЧИКОВ К ГАЗАМ-ОКИСЛИТЕЛЯМ

Вповседневной жизни, на производстве, на складах, в исследовательских лабораториях и цехах и в целом для экологического исследования возникает необходимость контроля предельнодопустимых концентраций (ПДК) токсичных газов во избежание негативных последствий для здоровья человека и окружающей среды.

Внастоящее время широко распространены газоанализаторы различного строения и назначения. Наиболее перспективными и выгодными с точки зрения экономики считаются металлооксидные полупроводниковые газовые датчики. Они сочетают в себе низкое энергопотребление, малый размер, избирательность, высокую чувствительность.

Целью данной работы является исследование чувствительно-

сти газовых датчиков к газам-окислителям. Объект исследования является кристалл газового датчика размером 1×1 мм2. Датчик состоит из следующих элементов: нагреватель, два газочувствительных элемента (ЧЭ) на основе диоксида олова, контакты в виде встречно-штыревой структуры из платины для чувствительного слоя. Расстояние между контактами 10 мкм.

Впроцессе исследования использовалось следующее оборудование: мультиметры MY64, источник напряжения HY3010E, , измерительная ячейка.

Основные параметры датчика: рассеиваемая мощность при-

мерно 500 мВт сопротивление нагревателя Rн = 20 - 30 Ом, температурный коэффициент сопротивления нагревателя ТКС = 0,002 град-1, сопротивление чувствительного элемента (Rчэ) единицы или десятки кОм – МОм. Газовая чувствительность к парам различных веществ в воздухе 2 – 60 отн. ед.

5

УДК 62.543

Е.Ю. Плотникова, Н.В. Авцинов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭТАЛОННЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Современные технологии являются важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества в различных сферах жизнедеятельности. Медицинская диагностика предполагает получение визуальной информации о здоровье пациента. Поэтому для формирования телемедицины необходимы информативные средства.

Так прибор Nobreath относится к микрофлюидным устройствам. Из этого следует, что прибор не может функционировать без системы распределения газов. Циркуляция газа в системе напрямую зависит от того, какие используются микро-насосы, микро-клапаны и прочие устройства. В оригинальном приборе используется микронасос Schwarzer Precision SP 270 EC-H; для снижения общей стоимости прибора в макете будет использоваться микронасос YIMAKER DC3-6V DIY. Параметры аналога схожи с параметрами оригинала, а ключевым параметром микронасоса являются его меньшие размеры, что в свою очередь подходит для создания портативного устройства. Напряжение питания насоса имеет величину от 3 до 6 вольт, что позволяет отказаться от блока питания в пользу обычных батареек.

Вся электроника будет управляется с помощью микроконтроллера Arduino, который имеет множество различных датчиков для тестирования. Плата программируется языком, который имеет множество готовых библиотек и по синтаксису похож на С++.

В макете будет сформировано два контура. Первый отвечает за измерение концентрации азота в атмосфере (калибровка), второй за концентрацию в выдыхаемом человеком воздухе. Чтобы контуры не пересекались, в макете использованы микро-клапаны. Трехпозиционные переключатели служат для смены контуров.

6

УДК 621.311.182.4: 621.311.181.4

Т.В. Свистова, В.А. Воробьев

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ПОРТАТИВНЫХ ПРИБОРОВ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Портативное медицинское оборудование представляет собой технические средства небольшого размера, которые используются в медицинских целях для диагностики, профилактики и лечения заболеваний. К портативным медицинским приборам обычно предъявляют довольно жёсткие требования по уровню надёжности, времени автономной работы и безопасности. Большая часть этих требований напрямую затрагивает систему питания портативного медицинского устройства и её компоненты.

Блок питания является одним из важнейших элементов портативного медицинского устройства, но, как правило, на него обращают слишком мало внимания, забывая, что стабильность работы любого портативного медицинского устройства в немалой степени зависит от правильного выбора и обоснованного расчёта необходимой мощности потребления. Архитектура портативных медицинских приборов может отличаться, однако в каждом из таких устройств в обязательном порядке присутствует блок питания.

К источникам питания для медицинской техники предъявляется ряд требований, обусловленных спецификой применения, основная цель которых – безопасность пациентов. К наиболее важным требованиям относятся – повышенная электрическая прочность изоляции «вход-выход», «вход-корпус» и «выход-корпус»; малые токи утечки, удовлетворяющие требованиям международных и российских стандартов. Другими ключевыми требованиями, предъявляемыми к электронным компонентам блоков питания для портативных медицинских приборов, становятся минимальный ток собственного потребления, обеспечивающий максимальную длительность работы от батарей или аккумуляторов, и нулевое потребление энергии прибором от первичных источников или АКБ в ждущем режиме.

Разработка компактного, лёгкого, надёжного и безопасного блока питания для современных портативных приборов медицинской диагностики является актуальной задачей современного приборостроения.

7

УДК 543.27.08

Т.В. Свистова, А.К. Воробьева

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОТОТИПИРОВАНИЕ 3D-МОДЕЛИ АДАПТЕРА ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА

ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ПРИБОРОВ

Анализ компонентов выдыхаемого воздуха в настоящее время становится мощным диагностическим инструментом в здравоохранении для ранней неинвазивной диагностики различных заболеваний человека. Прямое детектирование веществ / газообразных маркеров в пробе выдыхаемого воздуха без предварительного концентрирования или обогащения является предпочтительным.

Известно большое количество газоанализаторов, предназначенных для регистрации биомаркеров в выдыхаемом воздухе. Такие приборы, как правило, оснащены специальными трубками и мешками для забора выдыхаемого воздуха, а также системами управления потоками поступающего на анализ воздуха, контроля этих потоков и соответствующими системами обработки данных.

Медицинские устройства, как правило, содержат адаптер для сопряжения с мундштуком. Мундштук может содержать противомикробный агент. При выборе размеров мундштука и адаптера следует учитывать, что между мундштуком и адаптером должно достигаться относительно плотное и воздухонепроницаемое уплотнение. Адаптер должен обеспечить герметичную посадку мундштука и может быть использован для обеспечения правильной ориентации мундштука. Адаптер должен иметь такую форму и размеры, чтобы он надежно прилегал к мундштуку. Поперечные сечения для адаптера могут быть круглые, эллиптические или конусообразные в зависимости от конструкции мундштука. Адаптер может быть дополнительно оснащен системой поддержания необходимого давления с ограничителем для визуализации формирования потока выдыхаемого воздуха с физическими характеристиками, оптимальными для сенсора прибора медицинской диагностики.

Технология 3D-моделирования позволит программно создать прототип адаптера и проверить его работоспособность, а технология быстрого прототипирования позволит проверить дизайн и эргономику будущего изделия и оперативно усовершенствовать его.

8

УДК 621.3

К.А. Злотникова, А.В. Арсентьев

РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ СЕНСОРНОГО ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ СТРУКТУРЫ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

В настоящие время развитие многих отраслей промышленности характеризует автоматизация, это в свою очередь выявляет проблему для определения сверхмалых концентраций многих низкомолекулярных газов. Для решения данной проблемы потребуется разработка топологии датчика газов на основе конструкций полевого транзистора.

На рисунке 1 представлена топология газочувствительного датчика 2 x 2 мм2. со встречно - штыревой структурой. В результате взаимодействия тестового элемента с определенным газом измеряется изменение электрического сопротивления поликристаллического элемента газочувствительного датчика, по которому происходит определение концентрации газов.

а) б)

а) топология тестового элемента; б) фрагмент шаблона

Принцип действия газочувствительного датчика основан на изменении электрического сопротивления полупроводниковой пленки химического соединения ZnO + SnO2 при наличии над поверхностью пленки в воздухе газовых примесей.

9