Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |   ...   | 26 |

В большинстве случаев при работе ОЭП в ОИП, дисперсия шумового сигнала зависит от величины информативного (полезного) сигнала. Это приводит к непостоянству отношения сигнал / шум в рабочем диапазоне изменения измеряемого светового потока. Поэтому принято разделять ОЭП на три группы по особенностям зависимости шума выходного сигнала от уровня полезного сигнала (УПС).

1. Шумы постоянны - то есть не зависят от УПС (возможно в случае iщ преобладания тепловых шумов): = const = k1.

2. Дисперсия шума изменяется пропорционально амплитуде полезного iщ сигнала (преобладает дробовый шум): = k2 Icр.

3. Дисперсия шума изменяется пропорционально квадрату амплитуды iщ k1, k2, k полезного сигнала: = k3 Icр (где - постоянные коэффициенты).

Необходимо учитывать, что каждый из перечисленных видов шума зависит от ширины полосы f, в которой оценивается их дисперсия, поэтому отношение сигнал / шум, а следовательно и порог чувствительности ОЭП зависят от f.

В некоторых случаях для удобства сравнения различных типов ОЭП ис2 io = iщ пользуют приведенное значение дисперсии: / f.

Функциональные свойства ОЭП описываются рядом характеристик таких как: световая характеристика (люкс - амперная); дифференциальная чувствительность ОЭП; частотная характеристика; спектр мощности шумов;

температурная характеристика; вольтовы характеристики; зонные характеристики; апертурные характеристики; градационная характеристика ОЭП; порог контрастной чувствительности; эксплутационные и конструктивные особенности ОЭП.

Световая характеристика (люкс амперная) представляет зависимость величины выходного тока от величины светового потока, строго определенного I = f () спектрального состава, (соответствующего спектру стандартного источника) - это энергетическая характеристика.

Одним из важнейших параметров ОЭП является дифференциальная чувствительность ОЭП. Она определяется как:

Q=I/Ф (1.29) Она, как правило, отличается от чувствительности в рабочей точке:

Qр=Iр/Фр (1.30) Частотная характеристика, определяющая зависимость чувствительности QОЭП, от частоты модуляции оптического излучения: Qd=1(fм).

Спектр мощности шумов - зависимость, описывающая распределением iщ по частотам: = 2 ( f ) дисперсии шума.

Температурная характеристика, показывающая как изменяются различные параметры ОЭП (например, Q, шумы и др.) при изменении температуры чувствительного слоя.

Вольтовы характеристики, которые выражают зависимость таких параметров приемников излучения как интегральная чувствительность, уровень шума и др., от питающего напряжения: Qimg= 3(UОЭП).

Апертурные характеристики, выражающие зависимость амплитуды выходного сигнала ОЭП от числа чередующихся черно-белых полос, накладываемых на поверхность светочувствительного слоя. Эта характеристика определяет разрешающую способность ОЭП.

Градационная характеристика ОЭП, выражающая связь между контрастом регистрируемых сигналов и величиной перепада сигнала.

На основе световой характеристики, записываемой обычно в результате аппроксимации в виде:

Iф = k, (1.31) o где к - постоянный коэффициент, - показатель степени определяемой зависимости.

Электрический контраст определяется зависимостью:

K = Iф / Iф max, (1.32) э где Iф - перепад выходного сигнала, Iф max - максимальное значение сигнала.

Значение электрического контраста связано с контрастом по потоку:

K = o / omax, (1.33) n o где - перепад в падающем световом потоке, omax - максимальное значение потока.

Эта связь имеет вид:

K = 1- (1- K ) (1.34) э n Обычно K < 1, поэтому:

э K = K. (1.35) э n Как следует из последнего выражения при степенной характеристике функции преобразования ОЭП равным контрастом на входе ОЭП соответствуют равные (пропорциональные) изменения электрического контраста ОЭП.

Порог контрастной чувствительности - равный величине контраста по потоку, при котором формируется перепад выходного сигнала, достаточный для регистрации отличия в величине светового потоков. Этот параметр зависит от общей величины потока, на котором определяется перепад от контрастности тока.

Эксплутационные и конструктивные особенности ОЭП оценивают набором таких параметров как: площадь и топология светочувствительного слоя; оптические свойства с коэффициентами преломления и отражения, апертурный угол; напряжения питания и способ его подведения; температура светочувствительного слоя и средства ее стабилизации; виброустойчивость, вибропрочность, ударная прочность и др. параметры, определяющие механические, климатические, динамические условия эксплуатации и свойства ОЭП.

1.4.1. Типовые функциональные элементы фотометрических ИП Перечислим типы наиболее широко распространяемых ОЭП и их основные технические характеристики и параметры.

Первым важнейшим функциональным элементом оптических ИП является источник излучения, используемый для воздействия (облучения) света на исследуемую пробу жидкости. Известно применение нескольких видов источников: ламп накаливания и светодиодов.

ампы накаливания. К их достоинствам могут быть отнесены: дешевизна, высокие эксплуатационные качества, легкость управления световым потоком, большой выбор. Лампы накаливания бывают непрерывного излучения, импульсного излучения, вакуумные, газонаполненные (соединение галогенов). В лабораторных оптических ИП широко применяются ксеноновые, дейтериевые ртутные лампы высокого давления.

Светодиоды - это элементы, в которых реализуется явление излучательной рекомбинации p-n - переходов. К их достоинствам могут быть отнесены: малые габариты, экономичность, высокий коэффициент преобразования мощности тока, проходящего через p-n - переход в видимое или инфра красное излучение до 50 %, достаточно высокая монохроматичность излучения, возможность электрической модуляция светового потока. Большой выбор световодов, а так же фотодиодов позволяет разрабатывать оптические ИП, хорошо приспособленные к решению той или иной задачи путем создания специальных спектрально согласованных структур оптопар светодиод - фотодиод. Оптопара может быть выполнена в едином конструктивном исполнении, а их масса может составлять единицы граммов. Основными материалами для изготовления светодиодов служит арсенид и фосфид галлия, соединения типа GaJnP и GaAsP. В качестве ИИ могут использоваться ОКГ.

Излучение такого источника в значительной степени является монохроматическим, когерентным, направленным и поляризованным, что делает применение этих ИИ весьма эффективным. Также применяются ИИ на основе искрового разряда и электрической дуги.

Вторым важным элементом оптического ИП является оптический фильтр, являющийся практически обязательным. Иногда в процессе измерений оптических характеристик ИБС используется несколько фильтров. Основной характеристикой фильтра является его спектральная характеристика пропускания () и величина оптической плотности D.

По виду спектральной характеристики фильтры подразделяются на:

- полосовые, обеспечивающие пропускание в узком диапазоне длин волн и отсекающие излучение с длинами волн, не входящими в этот диапазон, - фильтры, пропускающие излучение с большей или меньшей, чем заданная, длинной волны.

Выбор фильтра существенно влияет на отношение сигнал/шум, получаемые на выходе оптических АИУ.

Другими требованиями, предъявляемыми к фильтрам, является механическая прочность, стабильность характеристик при разных условиях работы, технологичность изготовления.

Известно применение нескольких типов фильтров. Это - абсорбционные, интерференционные и нейтральные.

Абсорбционные отличает от остальных избирательность поглощения излучения. Они изготавливаются из твердых, жидких, газообразных избирательно поглощающих сред. К ним относятся цветные стекла, окрашенный желатин, пластмассы, пленки германия, кремния, пары Cl2, Br2, щелочно - галоидные соли и другие материалы.

Для монохроматизации инфракрасных излучений нашли применение кристаллической пластинки из некоторых диэлектриков NaCl, кварц и др., а в длинноволновой инфракрасной области спектра в качестве отсекающих применяются дифракционные решетки - эшелоты, действующие как регулярные, шероховатые поверхности.

Интерференционные фильтры основаны на явлении интерференции излучения в пластинках и тонких пленках. Эти фильтры обладают очень узкой полосой пропускания - единицы нанометра (10-9). Такую полосу пропускания можно получить двумя путями. Первый - интерференцией двух поляризованных лучей (поляризационно-интерфереционные фильтры). Второй - мно голучевой интерференцией при многократных отражениях между параллельными полупрозрачными зеркалами.

Из других способов реализации избирательного пропускания можно отметить так же использование эффекта полного внутреннего отражения и явления дисперсии излучения в веществе и окружающей среде. Интерференционные фильтры широко применяются в спектрофотометрических приборах.

Нейтральные фильтры необходимы для ослабления или разделения потока излучения без изменения спектрального состава. Они имеют, как правило, равномерную спектральную характеристику пропускания в рабочем для оптического ИП диапазоне длин волн и интегральный коэффициент пропускания меньше 1.

Интерференционный фильтр не единственный функциональный элемент оптических ИП для формирования монохроматического излучения. В лабораторных спектрофотометрах широко используются различные конструкции монохроматоров: зеркальные, решетчатые, призменные.

Среди других функциональных узлов оптических ИП наибольшее разнообразие в принципах конструктивного построения имеют: прерыватели излучения, позволяющие реализовать процесс формирования импульсных потоков (вращающиеся диски, ячейки Керра и др.); компенсаторы; конденсаторы; линзы; объективы и т.п.

Среди большого разнообразия оптических АИУ можно выделить: по количеству используемых кювет (одно- и двухканальные преобразователи); по способу введения светового луча в ИБС (импульсные и непрерывные); по способу создания импульсных потоков (с прерываниями или с импульсными источниками излучения); по спектру падающего светового потока (с непрерывным (сплошным) спектром светового потока или со спектром светового потока имеющим разрывы в спектре (перепады) т.е. широких или узких); по принципу временной засветки ИБС световым потоком в разных участках спектра (с последовательной во времени засветкой ИБС разными участками спектра оптического луча и с параллельной засветкой ИБС т.е. одновременно во всех участках спектра луча); по количеству одновременно неиспользуемых фотоэлектрических преобразователей (с одним или с несколькими преобразователями ОЭП).

При разработке оптических ИП достаточно часто возникает задача по исключению "паразитной" засветки и потоков света, рассеиваемых деталями оптических элементов и узлов.

При решении этой задачи часто применяют концепцию так называемых световых замков, при реализации которых детали оптических ИП, а так же внутренние поверхности кюветных отделений ИП чернятся (воронением, электрохимически, окрашиванием). Большое число деталей оптических систем ИП (монохроматоров, компенсаторов и др.) требуют прецизионного исполнения с привлечением высоких технологий, в том числе и технологий точной механики.

Одним из жестких требований при разработке и изготовлении кювет для ИЖ является требование плоскостности и параллельности их стенок, перпен дикулярных ходу лучей. Основными материалами при изготовлении кювет является кварц, обычное стекло, кварцевое стекло, плексиглас, полистирол и другие прозрачные для выбранной области спектра материалы.

Выводы:

Несмотря на широкие диагностические возможности фотометрических методов, техническое обеспечение исследований живого организма разработано еще недостаточно. Совершенствование существующих и создание новых методик, так необходимых для клинической практики, а также разработка новых дешевых приборов с высокими эксплуатационными характеристиками возможны только при условии эффективного использования новейших научно-технических достижений и в первую очередь оптоэлектроники и ее элементной базы, микроэлектроники и волоконно-оптической техники.

Можно указать несколько перспективных направлений развития фотометрической техники для клинико-физиологических исследований.

1. Разработка упрощенных, недорогих и узкоспециализированных приборов для выполнения отдельных видов анализа. Это направление представлено большой группой гемоглобинометров, оксиметров, сахариметров и др. При разработке таких приборов спектральный и динамический диапазон, чувствительность, точность и производительность выбираются с учетом специфики соответствующего исследования.

2. Разработка упрощенных многоцелевых приборов, рассчитанных на небольшое количество исследований или на работу в узком спектральном диапазоне.

3. Разработка спектральных анализаторов, отличающихся сложными оптическими системами, широким выбором источников излучения в разных областях спектра, высококачественными системами регистрации информации.

4. Разработка общеаналитических приборов высокого класса на модульном принципе, позволяющих с помощью основного прибора и различных вспомогательных блоков проводить различные исследования и регистрировать конечный результат как в графической, так и в цифровой формах.

Такие приборы могут быть многоканальными, т.е. дают возможность проводить одновременно анализ нескольких проб, и многопрограммными, позволяющими осуществлять одновременно несколько анализов на одной пробе.

5. Разработка автоматических комплексных анализаторов, включающих оптические блоки в качестве внешних (интерфейсных) устройств, которые сопрягаются с ПЭВМ для комплексной обработки всей исследовательской информации.

2. Фотометрия в оценке гемореологических показателей 2.1. Патологические механизмы седиментации эритроцитов Изучение механизма реакции оседания эритроцитов имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение; выяснение сущности процесса оседания и причин, вызывающих в одних случаях ускорение его, а в других - замедление, создает основу для определения принципов интерпретации показаний СОЭ клинической практике.

На протяжении длительного периода времени, в течение которого проводилось изучение феномена оседания эритроцитов, для его объяснения была предложена не одна теория и указано большое количество фактов, которые могут оказывать влияние на процесс оседания. Однако и до сих пор суть этого явления остается невыясненной.

При изучении механизма реакции оседания эритроцитов можно наметить три основных вопроса:

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |   ...   | 26 |    Книги по разным темам