Разработка информационно-измерительной системы для оценки содержания кислорода в дыхательной смеси
Аннотация
Цель работы разработка информационно-измерительной системы для оценки содержания кислорода в дыхательной смеси.
В процессе работы проведён аналитический обзор проблемы, на основании которого для измерения содержания кислорода в дыхательной смеси выбран метод люминесцентной фотометрии.
Определены технические требования к разрабатываемой системе. Выбран метод измерения ключевого параметра и предложена конструкция чувствительного элемента с использованием в качестве люминесцентного материала порфирина платины. Разработаны структурная схема измерителя концентрации кислорода (ИКК) в дыхательной смеси, принципиальные схемы входящих в него блоков (модулятора, усилителя фотодатчика, АЦП и блока вторичной обработки данных), программное обеспечение фильтрации сигналов и их преобразования в метрику концентрации кислорода, интерфейс для ввода данных ИКК в персональный компьютер.
Изготовлен действующий экспериментальный образец ИКК. Проведены его лабораторные испытания, которые позволили выявить высокую методическую погрешность измерения концентрации кислорода. Предложен способ компенсации методической погрешности, который позволил существенно улучшить точность оценки концентрации кислорода в дыхательной смеси до уровня требований технического задания.
Предложен способ применения ИКК в задачах исследования функционального состояния практически здоровых добровольцев при выполнении функциональной нагрузочной пробы. Результаты показали, что разработанную систему можно рекомендовать в качестве дополнительного информационного канала при исследовании уровня физической подготовки людей, а также в системах медицинского мониторинга за состоянием пациентов при проведении оперативных и реанимационных мероприятий.
The purpose of the work is the development of an information and measuring system for estimating the oxygen content in the respiratory mixture.
In the course of the work, an analytical review of the problem was performed, on the basis of which the method of luminescent photometry was chosen to measure the oxygen content in the respiratory mixture.
The technical requirements for the system being developed are determined. A method for measuring the key parameter was chosen and a design of a sensitive element was proposed using platinum porphyrin as a luminescent material. The structural scheme of the oxygen concentration meter (OCM) in the respiratory mixture, the principal circuits of the blocks included in it (modulator, photosensor amplifier, ADC and secondary processing unit), software for filtering signals and converting them into an oxygen concentration metric, OCM input interface in a personal computer.
A working experimental model of the OCM was made. Its laboratory tests were carried out, which made it possible to reveal a high methodological error in measuring the oxygen concentration. A method for compensating a methodical error is proposed, which made it possible to significantly improve the accuracy of estimating the oxygen concentration in the respiratory mixture to the level of the requirements of the technical assignment.
A method of using OCM in problems of studying the functional state of practically healthy volunteers in performing a functional loading test is proposed. The results showed that the developed system can be recommended as an additional information channel in the study of the level of physical training of people, as well as in the systems of medical monitoring of the condition of patients during operative and resuscitation measures.
В процессе работы проведён аналитический обзор проблемы, на основании которого для измерения содержания кислорода в дыхательной смеси выбран метод люминесцентной фотометрии.
Определены технические требования к разрабатываемой системе. Выбран метод измерения ключевого параметра и предложена конструкция чувствительного элемента с использованием в качестве люминесцентного материала порфирина платины. Разработаны структурная схема измерителя концентрации кислорода (ИКК) в дыхательной смеси, принципиальные схемы входящих в него блоков (модулятора, усилителя фотодатчика, АЦП и блока вторичной обработки данных), программное обеспечение фильтрации сигналов и их преобразования в метрику концентрации кислорода, интерфейс для ввода данных ИКК в персональный компьютер.
Изготовлен действующий экспериментальный образец ИКК. Проведены его лабораторные испытания, которые позволили выявить высокую методическую погрешность измерения концентрации кислорода. Предложен способ компенсации методической погрешности, который позволил существенно улучшить точность оценки концентрации кислорода в дыхательной смеси до уровня требований технического задания.
Предложен способ применения ИКК в задачах исследования функционального состояния практически здоровых добровольцев при выполнении функциональной нагрузочной пробы. Результаты показали, что разработанную систему можно рекомендовать в качестве дополнительного информационного канала при исследовании уровня физической подготовки людей, а также в системах медицинского мониторинга за состоянием пациентов при проведении оперативных и реанимационных мероприятий.
The purpose of the work is the development of an information and measuring system for estimating the oxygen content in the respiratory mixture.
In the course of the work, an analytical review of the problem was performed, on the basis of which the method of luminescent photometry was chosen to measure the oxygen content in the respiratory mixture.
The technical requirements for the system being developed are determined. A method for measuring the key parameter was chosen and a design of a sensitive element was proposed using platinum porphyrin as a luminescent material. The structural scheme of the oxygen concentration meter (OCM) in the respiratory mixture, the principal circuits of the blocks included in it (modulator, photosensor amplifier, ADC and secondary processing unit), software for filtering signals and converting them into an oxygen concentration metric, OCM input interface in a personal computer.
A working experimental model of the OCM was made. Its laboratory tests were carried out, which made it possible to reveal a high methodological error in measuring the oxygen concentration. A method for compensating a methodical error is proposed, which made it possible to significantly improve the accuracy of estimating the oxygen concentration in the respiratory mixture to the level of the requirements of the technical assignment.
A method of using OCM in problems of studying the functional state of practically healthy volunteers in performing a functional loading test is proposed. The results showed that the developed system can be recommended as an additional information channel in the study of the level of physical training of people, as well as in the systems of medical monitoring of the condition of patients during operative and resuscitation measures.