Датчик для регистрации процесса дыхания

 

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к диагностической технике, применяемой для измерения параметров дыхания. Датчик содержит регистратор и чувствительный элемент, соединенный с входом регистратора и выполненный из слоя алюминия, являющегося электродом, слоя селена и слоя кадмия, являющегося вторым электродом, причем слой кадмия выполнен в виде сетки. Ширина сетки d по отношению к размерам ячейки 1 составляет d = (0,1 - 0,5) 1, при этом слой селена взаимодействует с потоком воздуха. Конструкция чувствительного элемента обеспечивает увеличение чувствительности и цикличности применения датчика. 1 ил.

Изобретение относится к области медицины, в частности к диагностической технике, применяемой для измерения параметров дыхания человека.

Известен датчик для регистрации процесса дыхания, содержащий соединенные последовательно сам датчик, усилитель и регистратор. Датчик выполнен в виде полого отверстия в торцах конуса из поляризованного сигнетоэлектрического материала, с внешней и внутренней сторон которого расположены электроды, покрытые слоем изоляционного материала и соединенного с усилителем (авт. св. СССР N 731957, 1980).

Недостатком этого технического решения является низкое быстродействие устройства из-за увеличения пневматического сопротивления процессу дыхания.

Наиболее близким к заявляемому устройству является датчик для регистрации процесса дыхания, содержащий чувствительный элемент датчика, соединенный через электроды с регистратором (авт. св. СССР N 1299571, 1985). Чувствительный элемент выполнен в виде слоя алюминия, играющего роль электрода, слоя селена и слоя кадмия в качестве второго электрода, причем толщина всех слоев менее 1 мм.

Недостатком этого датчика является низкая чувствительность, обусловленная тем, что выдыхаемый поток воздуха входит в торец слоев, причем только часть выдыхаемого потока оседает на слой селена, чувствительного к влажности. При этом регистрация выдыхаемого воздуха невозможна. Кроме того, удаление паров воздуха из чувствительного слоя селена происходит медленно, что существенно ограничивает использование датчика в повторном циклическом измерении параметров дыхания.

Технической задачей изобретения является увеличение чувствительности и цикличности применения датчика.

Решение задачи достигается, тем, что в заявляемом устройстве для регистрации процессов дыхания чувствительный элемент выполнен из последовательно нанесенных слоя алюминия, слоя селена и слоя кадмия, причем последний выполнен в виде сетки.

Ширина сетки d по отношению к размерам ячейки l составляет: d = (0,1+0,5)l мкм Сущность изобретения состоит в следующем.

Работа датчика основана на измерении изменения тока, протекающего через слой селена. Указанный металл имеет высокую чувствительность к адсорбции молекул водяного пара, содержащегося в потоке выдыхаемого человеком воздуха. Сила тока пропорциональна числу адсорбированных молекул воды, а значит и плотности потока. Чувствительность селена по отношению к компонентам газовой фазы и твердым частицам, содержащимся в выдыхаемом воздухе, значительно ниже.

Если считать сечением взаимодействия площадь чувствительного элемента (селена), на которой происходит адсорбция, то в выбранном в качестве прототипа техническом решении эта площадь мала, так как выдыхаемый воздух направлен в торец слоя селена, а поверхность со стороны кадмиевого электрода не задействована, что и приводит к низкой чувствительности такого устройства.

В предлагаемом датчике выдыхаемый воздух направляется на поверхность чувствительного элемента (слоя селена) через сеточный кадмиевый электрод. Увеличение площади адсорбции за счет изменения направляемого выдоха воздуха и изготовление кадмиевого электрода в виде сетки повышают чувствительность датчика в целом. Однако оптимизация работы датчика осуществляется в пределах условия: 0,1 l ≅ d ≅ 0,5 l, где d - ширина экранирующей полоски сетки из кадмия, l - ширина рабочей ячейки селенового слоя. Если ширина полосы в кадмиевой сетке более 0,5 l, то площадь адсорбента мала и чувствительность датчика снижена. Если ширина полоски менее 0,1l, площадь адсорбента становится большой, время регенерации чувствительного элемента путем испарения влаги возрастает и датчик становится слишком инерционным.

На чертеже представлена схема датчика.

Датчик содержит: 1 - слой алюминия, 2 - слой селена, 3 - слой кадмия в виде сетки, ширина которой 0,1l < d < 0,5l (мкм).

Электроды: слой 1 и слой 3, соединенные с входом регистратора 4.

Датчик работает следующим образом.

Выдыхаемый поток воздуха направляют со стороны второго электрода, выполненного из слоя кадмия 3 в виде сетки. Поток воздуха взаимодействуют по всей площади со слоем селена 2. Количество выдыхаемого потока пропорционально величине электрического тока, протекаемого через слой алюминия 1 в слой 3 через слой 2. При вдохе происходит десорбция частиц (молекул водяного пара), осевших ранее на слой селена, что приводит к уменьшению величины тока в регистраторе 4.

Таким образом сечение взаимодействия потока воздуха увеличено за счет выполнения кадмиевого слоя в виде сетки, что позволяет увеличить чувствительность датчика в несколько раз по сравнению с прототипом. При d < 0,1 l чувствительность датчика падает из-за малого сечения взаимодействия потока воздуха с поверхностью из селена. При d > 0,5l датчик становится инерционным, поскольку в этом случае на поверхности слоя селена оказывается большое количество влажного воздуха, который испаряется в дальнейшем за значительный период времени.

В конкретном работающем датчике величина слоя составляла 1 - 2 мкм селена, кадмия - не более 0,8 мкм, нанесенного через маску в виде сетки. Толщина сетки маски, а следовательно, размер l равнялся 500 мкм. Расстояние между полосками сетки маски, т.е. ширина наносимой сетки d составляла 0,25 мкм. Ток в регистраторе - 5-8 мкА. Чувствительность по сравнению с прототипом, имеющим сплошной слой кадмия, увеличилась в 6 раз, цикличность - на порядок.

Формула изобретения

Датчик для регистрации процесса дыхания, содержащий регистратор и чувствительный элемент, соединенный с входом регистратора и выполненный в виде слоя алюминия, являющегося электродом, слоя селена и слоя кадмия, являющегося вторым электродом, отличающийся тем, что второй электрод выполнен в виде сетки с шириной d, составляющей (0,1 - 0,5) l, где l - размер ячейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1