Geum.ru

Жидкие кристаллы представляют собой промежуточное состояние между изотропными жидкостями и твердыми кристаллами, обуславливая особенными физическими свойствами

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   2   3   4   5

3.5.1. Первичный анализ экспериментальных зависимостей.

Зафиксированные показания, в соответствии с формулой 3.3.1.5

(3.5.1.1)

были проанализированы все экспериментальные оптические зависимости I(t). Результатом анализа явились таблицы амплитудных значений динамической разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами.

Для определения амплитудного значения оптической разности фаз между обыкновенными и необыкновенными лучами был использован графический редактор OriginPro 7.0.

3.5.2. Анализ градуировки.

В результате градуировки было установлено, что нормирующий коэффициент не полностью учитывает разность между оптическим откликом ЖК чувствительного элемента и сигналом, регистрируемым датчиком Motorolla.



Рис 3.5.2.1. Экспериментальная зависимость, соответствующая

перепаду давления, регистрируемого ЖКЯ.




Рис 3.5.2.2. Экспериментальная зависимость, соответствующая

перепаду давления, регистрируемого датчиком фирмы Motorolla.




Рис 3.5.2.3. Экспериментальная кривая давления и наложенная кривая,

соответствующая массиву значений квадратного корня из фазы.


При анализе графика (Рис 3.5.2.3) видно, что между восстановленным из оптической характеристики значения избыточного давления и первичной характеристикой перепада давления существует некоторая разница, которую можно определить с помощью коэффициента пропорциональности k=1,73 (Рис 3.5.2.4).



Рис 3.5.2.4 Сравнение амплитуд оптического и механического сигналов, полученных при калибровке усовершенствованной системы дыхания.


Таблица 3.5.2.1

U (В)
a (U)
ΔP (Па)

Мех.
Δp(Па)

оптич.
q(л/с)
V (л)

8
33·10-5
87
83,8
3.325
0,591

10
16·10-5
105
108
3,82
0,532

12
8·10-5
148
129,21
4,28
0,548

14
5·10-5
134
141
4,12
0,920

16
3·10-5
130
130.5
3,89
0,670

18
2·10-5
168
151
3,80
0,510

20
1·10-5
146
152
3,88
0,790

22
8·10-5
111
108
2,91
0,840



3.6 Преобразования временной зависимости интенсивности оптического отклика в спирограмму.

Для преобразования первичной информации о временной зависимости интенсивности оптического отклика сигнала в спирограмму необходима определенная последовательность действий.

Сначала преобразованию подвергается временная зависимость интенсивности оптического отклика, вызванного перепадом давления, определяемым по гармоническому закону, по формуле P=Pmsin(t), где =2/T.


Для реализации данного алгоритма необходимо:
  1. Задать режим работы регистрирующего устройства, т.е. по данным пациента (рост, вес, пол) определить уровень воздействующего напряжения на чувствительный элемент;
  2. Получить изображение первичных экспериментальных данных временной зависимости оптического отклика Iэксп(t).
  3. Сформировать массив оптической разности фаз (Ф) между обыкновенным и необыкновенным лучами по формуле: I=I0sin2(Ф/2). При этом для наглядности изображались согласованные по времени зависимости интенсивности и фазы.
  4. Установлено соотношение пропорциональности оптической разности фаз между обычным и необычным лучами квадрату давления: Ф=а(U)·Δp2. На основании этого вычислялся массив значений квадратного корня из фазы, с учетом поправочного и корректирующего коэффициентов пропорциональности, определяемых экспериментальным путем. Таким образом, происходит перевод оптической характеристики в механическую, т.е. получаем динамическое распределение давления.
  5. Затем, по установленной зависимости определяется динамическое изменение объемного потока. , где определяются пневмотахометрические параметры дыхания.
  6. Далее проводим интегрирование объемного потока в пределах периода, соответствующего одной фазе дыхания . Фиксируем полученное изображение спирограммы и определяем спирометрические показатели.









Рис 3.6.1. Экспериментальные зависимости дыхания, зарегистрированные на датчике фирмы Motorolla и ЖКЯ соответственно.


Представленная иллюстрация наглядно демонстрирует стабилизирующее воздействие электрического поля на чувствительность жидкокристаллического элемента для обеих фаз дыхания.

Далее можно рассмотреть все стадии алгоритма преобразования оптического отклика.



Рис.3.6.2. Экспериментальная зависимость соответствующая перепаду давления регистрируемого ЖКЯ.



Рис 3.6.3 Давление, определяемое динамической зависимостью квадратного корня из оптической фазы.





Рис 3.6.4. Динамическое изменение объемного потока.




Рис. 3.6.5 Спирограмма – динамическая зависимость изменения объема дыхания.


Основные параметры, определенные для серии №3 представлены в таблице 3.6.1

Таблица 3.6.1. Основные параметры, полученные при обработке сигнала чувствительного ЖК элемента.

U, (В)

Δpm , (Па)
ПОС(л/с)
ФЖЕЛ, (л)

статистика



0,5÷15,0
0,5÷8,0

12

262

6,4

1,3

16

416

7,28

2,03

20

474

7,4

2,13

24

315

5,4

1,15

28
326

5,82

1,63

32
469

6,62

1,53

36
271

4,8

0,93

40
232

3,8

1



Выводы по разделу.
  • В рамках работы был проведен литературный обзор, способствующий дальнейшей разработке системы регистрации дыхания;
  • Анализ градуировки показал:
  1. Расчет амплитуды механического возмущения из оптической характеристики согласно алгоритму преобразования указывает на отсутствие влияния управляющего напряжения на разброс результатов эксперимента. При этом определяется корректирующий коэффициент, учитывающий разницу между оптическим откликом ЖК чувствительного элемента и сигналом, регистрируемым датчиком Motorolla k=1.73 .
  2. Результаты расчетов согласно алгоритму преобразования оптического отклика в параметры спирограмммы соответствуют статистическим данным.
  3. Анализ регистрации дыхания продемонстрировал аналогичные результаты.

Результаты работы могут быть использованы при разработке ЖК чувствительного широкодиапазонного датчика дыхания.


4. Безопасность жизнедеятельности.

4.1. Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при проведении исследований.

Главная цель учения о безопасности жизнедеятельности – формирование и широкая пропаганда знаний, направленных на снижение смертности и потерь здоровья людей от внешних причин. [12]

При анализе воздействия негативных факторов на человека следует учитывать степень влияния их на здоровье и жизнь человека, уровень и характер изменений функционального состояния и возможностей организма, его потенциальных резервов, адаптивных способностей и возможности развития последних. Чтобы исключить необратимые биологические эффекты, воздействие факторов ограничивается предельно допустимыми уровнями или предельно допустимыми концентрациями.

Предельно допустимый уровень или предельно допустимая концентрация – это максимальное значение фактора, которое, воздействуя на человека (изолированно или в сочетании с другими факторами), не вызывает у него и у его потомства биологических изменений даже скрытых и временно компенсируемых, в том числе заболеваний, изменений реактивности, адаптационно-компенсаторных возможностей, иммунологических реакций, нарушений физиологических циклов, а также психологических нарушений (снижения интеллектуальных и эмоциональных способностей, умственной работоспособности). ПДК и ПДУ устанавливают для производственной и окружающей среды.


4.1.1. Лазерная опасность.


При эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных факторов. Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0.1…1000мкм. Отличие ЛИ от других видов излучения заключается в когерентности, монохроматичности и высокой степени направленности. При оценке биологического действия следует различать прямое, отраженное и рассеянное ЛИ. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия ЛИ с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Лазерное излучение представляет собой опасность для тех тканей, которые максимально поглощают излучение. [13] Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии (мощности) излучения видимого и ближнего ИК - диапазона (750…1400 нм) на глазном дне до 6*10³ раз по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом. Степень повреждения глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки до полной потери зрения.

Повреждения сетчатки дифференцируют на временные нарушения, например ослепление от высокой яркости световой вспышки при плотности излучения на роговице около 150 Вт/см², и повреждения, сопровождающиеся разрушением сетчатки в форме термического ожога с необратимыми повреждениями или в виде «взрыва» зерен пигмента меланина, причем сила взрыва такова, что зерна пигмента выбрасываются в стекловидное тело.

Степень повреждения радужной оболочки ЛИ в значительной мере зависит от ее окраски. Зеленые и голубые глаза более уязвимы, чем карие. Длительное облучение глаза в диапазоне близкого инфракрасного ЛИ может привести к помутнению хрусталика; воздействие ЛИ ультрафиолетового диапазона (200…400 нм) поражает роговицу, развивается кератит. Наибольшим фотокератическим действием обладает излучение с длиной волны 280 нм. Излучение с длиной волны 320нм почти полностью поглощается в роговице и в передней камере глаза, а с длиной волны 320…390 нм – в хрусталике.

При эксплуатации лазерных установок наблюдаются сопутствующие опасные и вредные факторы:

- ионизирующее излучение,

- световое излучение от импульсных ламп накачки,

- шум и вибрация,

- высокое напряжение в электрической цепи питания ламп накачки, поджига или газового разряда,
  • ИК излучение и тепловыделения.
  • электромагнитные поля ВЧ – и СВЧ- диапазона,

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм человека зависят от энергетических и временных параметров излучения, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Существуют первичные и вторичные биологические эффекты. С помощью первичных биологических эффектов происходят органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях; а с помощью вторичных – изменения происходят где наблюдаются побочные явления, образующиеся в организме вследствие облучения.

Степень воздействия зависит от ряда характеристик лазера:
  • энергетической экспозиции облучения,
  • длины волны,
  • времени воздействия,
  • площади облучаемого участка,
  • частоты повторения лазерного облучения,
  • длительности импульсов излучения.

Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны в спектральном диапазоне λ = 180…100 000 нм. При воздействии ЛИ в непрерывном режиме преобладают в основном тепловые эффекты, следствием которых является коагуляция (свертывание) белка, а при больших мощностях – испарение биоткани. Степень повреждения кожи зависит от первоначального поглощенной энергии. Повреждения могут быть различными: от покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи; значительные повреждения развиваются на пигментированных участках кожи (родимых пятнах, местах с сильным загаром). Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 0.1…1Дж/см².


4.1.2. Опасность поражения электрическим током.


Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своеобразный характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действия. [14]

Исследовательская установка имеет внешнее питание от сети переменного тока f = 50 Гц, напряжением 220 В. Исходя из условий эксплуатации, все приборы, входящие в состав установки, можно отнести к изделиям класса 01 защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Уст­ройство в целом имеет нормальную степень защиты, так как приборы, входящие в состав установки, не имеют рабочей части. Предусмотренный двужильный сетевой шнур имеет пластиковую или резиновую изоляцию. Изделия имеют выключатель, позволяющий отключить их от обоих про­водов питающей сети.

При использовании электрической энергии существует опасность по­ражения электрическим током при:
  • неисправности приборов;
  • нарушении изоляции токоведущих проводов;
  • отсутствии заземления.

Электротравмы условно разделяют на общие и местные. К общим относятся

электрический удар, при котором процесс возбуждения различных групп мышц может привести к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией – хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы (фибрилл). К местным травмам относятся ожоги, металлизацию кожи, механические повреждения, электроофтальмии. Металлизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под влиянием чаще всего электрической дуги. Исход поражения человека электротоком зависит от многих факторов: силы тока и времени его прохождения через организм, характеристики тока (переменный или постоянный), пути тока в теле человека, при переменном токе – от частоты колебаний. Основные требования, предъявляемые к электротехнической аппа­ратуре - это недоступность для прикосновения находящихся под напря­жением частей аппаратуры, обычным способом защиты от поражения при прикосно­вении является применение изолирующих элементов, исключающих доступ к токоведущим частям. [15] Санитарно-гигиенические требования и характеристики, при кото­рых эксплуатируются электротехнические установки, определяются СНиП 23-05-95 «Освещение в производственных предприятиях».

4.1.3. Возникновение пожаров.

Согласно ГОСТ 12.1.004-76 "Пожарная безопасность" лаборатория, где проводилась исследовательская работа, можно отнести к категории "Д" – пожаробезопасное помещение, т. к. при исследованиях не использовались горючие вещества в горячем состоянии.

Причины пожаров электротехнического оборудования:
  • неисправность электрооборудования,
  • несоблюдение графика планового ремонта,
  • износ и коррозия оборудования,
  • конструктивные недостатки оборудования.

Образование пламени связано с газообразным состоянием веществ, поэтому горение жидких и твердых веществ предполагает их переход в газообразную фазу. В случае горения жидкостей этот процесс обычно заключается в простом кипении с испарением у поверхности. При горении почти всех твердых материалов образование веществ, способных улетучиваться с поверхности материала, и попадание в область пламени происходит путем химического разложения. Боль­шинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя на­чальная стадия пожара может быть связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, широко используемых в современном промышленном производстве. [16]

К основным видам техники, предназначенной для защиты различных объектов от пожаров, применяют различные средства огнетушения и сигнализации. Наиболее используемой является система пожарной сигнализации с тепловыми, световыми, дымовыми и комбинированными извещателями. Пожаровзрывоопасность веществ характеризуется многими параметрами: температурами воспламенения, вспышки, самовозгорания, нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения; скоростью распространения пламени, линейной и массовой скоростями выгорания.

Для тушения пожара с электроустановкой под напряжением, нельзя применять воду, во избежание поражения электрическим током. Чаще всего для тушения пожаров электроустановок используются порошковые огнетушители, различные виды пен (химическая или воздушно-механическая), инертные газовые разбавители (аргон, углекислый газ, водяной пар, дымовые газы), огнетушащие порошки, создание условий огнепреграждения, применяют специальные химические реагенты, тормозящие скорость реакции окисления.