Главная Физические и химические датчики



пающей от «глаз», «ушей», «органов осязания» и других, и формируют модель окружающей среды.

3. Роботы с накоплением и практическим применением опыта. Изучают условия и закономерности рабочей обстановки, сопоставляют их с уже накопленным предыдущим опытом, делают и запоминают необходимые выводы и таким образом приобретают свободу действий.

4. Роботы для анализа естественной речи. Анализируют смысл выражений на естественном языке (английском, японском и др.) и преобразуют его в информацию, удобную для человека.

5. Шагающие роботы. Выполняют работу, передвигаются с помощью органов перемещения (наподобие ног и рук), которые являются также исполнительными устройствами.

Конечно, широкое практическое использование интеллектуальных роботов - дело несколько отдаленного будущего. Когда же применение этих роботов станет весьма распространенным явлением, с их помощью будут выполняться не только специальные роботы, но и обычные дела - в промышленности, управлении, в быту. Многие человеческие заботы исчезнут. Это приведет к глубоким социальным последствиям и возникновению новых проблем, последнее слово в решении которых должно остаться за человеком.

22. Медицинская диагностика

В послевоенный период по мере развития электронной техники системы электроники стали внедряться почти во всех областях человеческой деятельности. Весьма наглядным примером этого является медицина. На стыке медицины и электроники появилась новая техническая наука - медицинская электроника. Перечислим лишь некоторые приборы: электронный измеритель давления крови, электрокардиограф, измеритель биотоков мозга, измеритель биотоков мышц, анализатор состава крови, медицинский термограф, ультразвуковая диагностическая устаттовка, рентгеновский компьютерный томограф, искусственные внутренние органы (почка и др.), протезы конечностей и др. В большинстве упомянутых медицинских устройств и установок датчики играют очень важную роль (табл. 12).

До недавнего времени диагноз ставился, как и в

Таблица 12. Применение медицинских датчиков

Измеряемая физическая величина

Объект измерения

Датчик

Температура

Поверхность тела, полости органов пищеварения

Терморезистор, полупроводниковый инфра-красный детектор

Давление

Венозная кровь, артериальная кровь, полости грудной клетки, мочевого пузыря, матки во время родов

Проволочный тензо-датчик, дифференци-альный трансформатор, полупроводниковый тензодатчик, волоконно-оптический датчик

Скорость, расход

Потоки крови в венах, артериях, сердце, пуповине; потоки жидкостей внутри различных органов тела; воздушные потоки в дыхательной системе

Электромагнитный зонд-расходомер, ультразвуковой пробник, терморезистор, проводящие электроды-выводы, измеритель скорости воздуха на основе регистрации перепада давлений, тепловой измеритель воздушного потока, ультразвуковой измеритель воздушного потока

Параметры механических колебаний

Сердце (пульс, сердечные пики, характер биений, шумы); эмбрион (сердечные шумы)

Полупроводниковый тензодатчик, пьезо-электрический датчик, оптический датчик

Разность электрических потенциалов

Сердце (электрокардиограмма); мышцы и мозг (биотоки)

Серебряные электроды с покрытием из хлорида серебра

Параметры магнитного поля

Полости сердца

Проволочные катушки, элемент Джозефсона

дпевности на основе только опыта и интуиции врача. Благодаря медицинской электронике диагностика производится точно и быстро. Например, с помощью современного анализатора крови можно определить множест-



Электроннолучевая трубка

Генератор зондирующих сигналов

Пульт управления

Усилитель, детектор


Внутренний орган

Рис. 63. Ультразвуковая диагностическая установка

ВО ее параметров, беря для исследования мизерные дозы. По количеству белых и красных кровяных телец, холестерина можно установить, насколько эффективно работают почки пли печень. Если для подобных анализов использовать датчики и ЭВМ, то можно за весьма короткие! промежуток времени произвести выборку большого числа доз, каждую из них подвергнуть соответствующей аналитической обработке, а результаты анализа напечатать на бумаге.

Рассмотрим одну из типичных для медицины систему-ультразвуковую диагностическую установку (рис. 63). Пьезоэлектрический вибратор плотно прижимается к телу пациента. Во внутреннюю область тела направленно излучаются ультразвуковые волны на частоте несколько мегагерц. Эти волны наталкиваются на различные органы, и часть энергии отражается. Излучение и прием ультразвуковых волн осуществляются одним и тем же вибратором. Вычислительная машина производит обработку отраженных ультразвуковых сигналов с учетом их времени задержки и интенсивности. Результаты обработки индицируются на экране электронно-лучевой трубки.

Основные преимущества ультразвуковой системы диагностики заключаются в следующем:

1. Сравнительно легко различаются органы тела, состоящие из мягких тканей.

2. Поскольку в процессе исследования нет необходимости вводить что-либо внутрь, заставлять глотать специальные контрастно окрашивающие вещества, диагностика не вызывает у пациента отрицательных эмоций.

3. Отсутствуют побочные вредные действия.

Ультразвуковая диагностика применяется при клинических исследованиях болезней головного мозга, желудочно-кишечного тракта, молочных желез, органов кровообращения, в гинекологии и акушерстве.

23. Дистанционное зондирование

Дистанционное зондирование (remote sensig)-это получение данных об объекте в результате обработки на ЭВМ информации, принятой в виде отраженных илл излученных электромагнитных волн в процессе обзора большой зоны с самолета, искусственного спутника Земли или корабля. Дистанционное зондирование несколько напоминает ультразвуковую компьютерную томографию, но в других масштабах.

В качестве датчиков дистанционного зондирования на самолетах и искусственных спутниках Земли обычно используются приборы, чувствительные к ближней ультрафиолетовой, видимой, дальней инфракрасной области спектра, к электромагнитным излучениям микроволнового диапазона и т. п. Для подводного обзора с корабля часто используются ультразвуковые датчики.

При поисках полезных ископаемых удобны инфракрасные датчики, с помощью которых можно установить наличие или отсутствие залежей. Интенсивность инфракрасного излучения земной поверхности, где находятся ископаемые, превосходит интенсивность излучения территории, где этих ископаемых нет. Инфракрасные сигналы, принимаемые датчиком на спутнике, преобразуются в сигналы микроволновой части СВЧ-диапазона и передаются на наземную станцию. Сигналы, принятые наземной станцией, обрабатываются ЭВМ, результаты обработки индицируются на экране электронно-лучевой трубки и выводятся на печать. По этим результатам можно определять районы залежей полезных ископаемых.



в процессе дистанционного зондирования ЭВМ должна обрабатывать постоянно разбухающий поток данных, причем с высокой скоростью. Использование микро-ЭВМ для выполнения этой сложной функции пока нерационально, и обработка сигналов на заключительном этапе дистанционного зондирования обычно производится на больших универсальных ЭВМ. Однако появление 16- и

Таблица

13. Применение дистанционного зондирования

Область

Цель

Земледелие и лесоводство

Исследование посевных площадей, прогнозирование урожая, определение ущерба, причиненного болезнями растений и насекомыми-вредителями

Топография

Создание карт местности

Освоение морских пространств

Исследование воды, течений, побережья, движения косяков рыбы

Охрана водных ресурсов

Определение запасов воды, убытков от наводнений, исследование снежных и ледяных покровов

Охрана окружающей среды

Исследование загрязнения атмосферы, водо, емов, наблюдение за зелеными массивами

Геология

Обнаружение смещений, сбросов земной ко-ры, прогноз землетрясений, создание геологических карт, регистрация временных изменений береговой линии, в движении ледников, в деятельности вулканов, поиск залежей каменного угля, месторождений нефти, природного газа

Метеорология

Исследование облачности, тайфунов, прог-ноз погоды

Военное дело

Разведка дислокации войск, военных объектов

32-разрядных микро-ЭВМ с высоким быстродействием позволяет надеяться, что вскоре большие ЭВМ уступят место микро-ЭВМ при дистанционном зондировании.

Основные области и цели применения дистанционного зондирования перечислены в табл. 13,

24. Обработка цифровых сигналов

Исходя из рассмотренных выше примеров совместного применения датчиков и микро-ЭВМ, описанные системы можно грубо разделить на два класса, В первом сигналы от выбранного датчика обычно подвергаются аналого-цифровому преобразованию, причем полученное цифровое значение каждого сигнала содержит полную информацию о физической величине «привязанной» к определенным временным и пространственным координатам. Затем в соответствии с полученными сигналами микро-ЭВМ вырабатывает различные команды управления. К подобным системам можно отнести воздушный кондиционер, электронную печь, автомобиль со встроенными микро-ЭВМ, системы домашней автоматизации. В настоящее время большая часть устройств и систем, в которых используются датчики и микро-ЭВМ, имеют именно такую структуру управления.

В системах другого класса одиночные сигналы, поступившие от датчика, не играют сколько-нибудь существенной роли, а собранные (например, путем временного или пространственного сканирования) данные приобретают смысл только после их совместной обработки. К подобным системам относятся интеллектуальные роботы, компьютерная томография, системы дистанционного зондирования и др. Цифровая обработка в этих устройствах и установках нередко производится на прежних больших ЭВМ, отчего повышается стоимость этих систем. К тому же часто в подобных системах для получения необходимых результатов требуется много времени или точность этих результатов оказывается не вполне удовлетворительной. Однако в будущем, по мере прогресса в технике датчиков, с расширением (на основе БИС-технологии) технических возможностей микропроцессоров и запоминающих устройств, а также благодаря постоянному развитию программных средств цифровая обработка сигналов будет использоваться почти повсеместно.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17


0.0087