Download - Transductor Esy Electro Dos

Electiva II - Universidad del Quindío

La medición de parámetros como presión, fuerza, temperatura, posición, etc., constituyen grandes aplicaciones en la ingeniería y la medicina.

En estas aplicaciones los transductores se usan para convertir una variable física en una cantidad eléctrica proporcional, lo que permite controlarlas, procesarlas, medirlas, amplificarlas mediante circuitos electrónicos.


Un transductor es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

¿Sensor = Transductor ?

TRANSDUCTOR

Variable medida Salida eléctrica

Excitación


Medición de eventos fisiológicos:Cuando un eventos fisiológico es transformado en una señal eléctrica, se puede obtener información acerca del mismo. Teniendo la representación eléctrica del evento es mucho más fácil aplicar técnicas electrónicas para su manipulación.

Para convertir eventos fisiológicos en señales eléctricas se utilizan diversos métodos, entre los más comunes existen las variaciones directas o indirectas de cantidades eléctricas como: resistencia, capacitancia, inductancia,


Un transductor debe cumplir con la primera regla de la instrumentación: El instrumento El instrumento de medicide medicióón no debe alterar el evento que n no debe alterar el evento que estestáá siendo medidosiendo medido.

Esto no siempre es posible y el grado de alteración debe tomarse en cuenta, por lo tanto es común usar métodos que aíslen parcialmente el transductor del evento.


El transductor debe obedecer tres criterios para la fiel reproducción de un evento.

Respuesta lineal de amplitud.

Respuesta en frecuencia adecuada.

Estar libre de distorsión de fase.


Si el transductor eléctrico produce una señal sin necesidad de una excitación eléctrica se conoce como transductor activotransductor activo.

Si el transductor solo es capaz de producir una señal de salida cuando se emplea un conjunto con una fuente de excitación se le llama transductor pasivotransductor pasivo.


Sonido, vibración, aceleración, cambios de presión.

Detector piezoeléctrico.

Medidor de luz, celda solar.Celda fotovoltaica.

Velocidad, vibración.Generador de bobina móvil.

Temperatura, flujo de calor, radiación.

Termopar

ACTIVOSACTIVOS

Temperatura.Termistor.

Temperatura, calor radiante.Termómetro de resistencia.

Fuerza, desplazamiento.Galga extensiométrica resistiva.

Presión, desplazamientoResistencia.

PASIVOSPASIVOS

AplicaciónTransductor


Termopar Celda Fotovoltaica


Transductores Piezoeléctricos de presión


Los transductores también se pueden clasificar:

Según su aplicación: Transductores de temperatura, de presión, bioquímicos, ultrasónicos.

Según su principio de funcionamiento: Transductores resistivos, capacitivos, inductivos, semiconductores, piezoeléctricos,


Criterios de selección:

1. Rango.2. Sensibilidad.3. Efectos de carga.4. Respuesta en frecuencia.5. Formato de salida eléctrica.6. Impedancia de salida.7. Requerimientos de potencia.8. Medio físico.9. Errores.


Un electrodo es un transductor que convierte corriente iónicas (las corrientes del cuerpo humano son iónicas es decir producidas por iones) en corrientes eléctricas y viceversa.


Un electrodo debe responder a los tres criterios para la reproducción de eventos: respuesta lineal de amplitud, respuesta de frecuencia y estar libre de distorsión de fase.


metal electrolyte

M+

A-

e-I

Interfaz Metal - Electrolito


Interfaz electrodoInterfaz electrodo--electrolito:electrolito:

El electrolito es una solución acuosa que contiene cationes del metal del electrodo C+ y aniones A-.


Interfaz electrodoInterfaz electrodo--electrolito:electrolito:

Una corriente neta que cruce la interface, pasando del Una corriente neta que cruce la interface, pasando del electrodo al electrolito, consiste en:electrodo al electrolito, consiste en:

1. Electrones que se mueven en dirección opuesta a la corriente en el electrodo.

2. Cationes C+ moviéndose en la misma dirección de la corriente.3. Aniones A- moviéndose en dirección opuesta a la corriente en el

electrolito.


Potenciales característicos en los bioelectrodos

Cuando un electrodo metálico entra en contacto con un electrolito ocurren intercambios ión-electrón, los iones metálicos tienden a entrar en la solución y los iones en el electrolito tienden a combinarse con los electrodos metálicos.

Como resultado de esto surge una distribución de carga, la cual desarrolla lo que se denomina potencial de media celda o media celda o potencial caracterpotencial caracteríístico de equilibriostico de equilibrio cuando no existe flujo de corriente a través de la interfaz.

Electrolito: es una solución de sales en agua, que da lugar a la formación de iones y que permiten que la energía eléctrica pase a través de ellos


metal: Li Al Fe Pb H Ag/AgCl Cu Ag Pt Au

Vh / Volt -3,0 negativ 0 0,223 positiv 1,68

El potencial característico o de media celda estádeterminado por el metal involucrado, la concentración de iones en la solución, la temperatura y otros factores de segundo orden.


Cuando hay un flujo de corriente, el potencial de media celda cambia.

Este cambio de voltaje se conoce como polarización o sobre potencial.


INTERFAZ ELECTRODO ELECTROLITO PIEL

La piel posee características eléctricas y éstas influyen cuando se coloca sobre ella un electrodo electrolito.


La epidermis representa una impedancia eléctrica que se comporta como un circuito RC en paralelo.

El efecto de la epidermis se puede reducir si se frota con algún material abrasivo el sitio donde se colocará el electrodo.

Impedancia de la piel para 1cm2:200k @1Hz

200 @ 1MHz


La resistencia Rel es la asociada con el efecto del gel entre el electrodo y la piel.

Rp, Cp, efecto de las glándulas de sudor, el sudor, etc.


Características eléctricas:1. Impedancia medida entre los terminales de un par de electrodos, es alta en la región de baja frecuencia y al aumentar la frecuencia decrece hasta un valor constante.

2. Con electrodos de grandes áreas, el decrecimiento en impedancia con el crecimiento de la frecuencia, refleja el decrecimiento de la impedancia del tejido vivo.

La impedancia de los electrodos con el contacto de la piel está entre los 10-500k para los electrodos de superficie.


Los electrodos pueden ser perfectamente polarizables y perfectamente no polarizables.

Esta clasificación se refiere a lo que ocurre en el electrodo cuando una corriente fluye entre él y el electrolito.

Los electrodos polarizables son aquellos en los que la carga no cruza la interfaz electrodo-electrolito cuando se aplica la corriente. A través de la interfaz, hay una corriente de desplazamiento y el electrodo se comporta como un condensador.

Los electrodos no polarizables son aquellos en los que la corriente cruza la interfaz electrodo-electrolito, pero requiere energía para la transición. Estos electrodos se comportan como una resistencia.


Polarizables: (se Comportan como un Condensador)

platinum (Pt)

No Polarizables (se Comportan como una Resistencia)

silver/silver chloride (Ag/AgCl)mercury/mercurous chloride(Hg/Hg2Cl2)


El electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) es uno de los más empleados para el registro de biopotenciales.

Es un electrodo no polarizable y puede ser fabricado fácilmente en el laboratorio.


El electrodo consiste de metal de plata cubierto por una capa delgada de plata-cloruro de plata (AgCl).El electrodo es sumergido en un electrolito donde el

anión principal es Cl¯ .


Fabricación de electrodos de Ag/AgCl

Para fabricar los electrodos se usa un procedimiento electrolítico y electroquímico llamado Galvanoplastia.

Se implementa una celda electroquímica, en la que se encuentra el electrodo de Ag (ánodo), sobre el cual se deposita la capa de AgCl y otra pieza de Ag (que posee una superficie mucho mayor que la del ánodo) es el cátodo. Una pila de 1.5 V sirve como fuente de energía y una resistencia en serie limita el pico máximo de corriente, y, por consiguiente, limita la máxima rata de la reacción. Se puede colocar un miliamperímetro en el circuito para observar la corriente, que es proporcional a la rata de la reacción.

Luego de encender la fuente del circuito, comienzan a desarrollarse las reacciones químicas que depositan la capa de AgCl sobre la superficie del electrodo. A medida que transcurre el tiempo la capa de AgCl aumenta y la corriente baja. Teóricamente la reacción se completa cuando la corriente se hace cero. En la práctica esto nunca ocurre, por lo que la reacción se puede parar después de algunos minutos, cuando la corriente haya alcanzado un valor estable (del orden de los 10µA para la mayoría de los electrodos biológicos).


Fabricación de electrodos de Ag/AgCl


ELECTRODOS PARA RELIZAR REGISTROS SOBRE LA SUPERFICIE DEL CUERPO

ELECTRODOS DE PLACA METELECTRODOS DE PLACA METÁÁLICALICA

Se trata de un conductor metálico en contacto con la piel. Se utiliza una pasta electrolítica para establecer y mantener el contacto.Este tipo de electrodos son muy usados para el registro de ECG, EMG y EEG.



ELECTRODOS DE SUCCIELECTRODOS DE SUCCIÓÓNNEste tipo de electrodo no requiere cintas ni adhesivos para conservarse en su lugar; éstos se utilizan para electrocardiografía (mediciones en el pecho).Consiste de un electrodo cilíndrico metálico hueco que hace contacto con la piel en su base.



ELECTRODOS FLEXIBLESELECTRODOS FLEXIBLES

Los electrodos anteriores son planos y no tienen una curvatura fija, además pueden cambiar su curvatura local con el movimiento.Los electrodos flexibles son usados en pacientes que van a ser monitoreados (infantes prematuros) ya que para detectar el ECG y la respiración se adhieren al pecho de ellos, adaptándose fácilmente al pecho del infante.



ELECTRODOS SECOSELECTRODOS SECOS

Todos los electrodos vistos anteriormente necesitan de un gelpara establecer el contacto entre ellos y la piel. Debido a los avances en la tecnología del estado sólido existen una serie de electrodos que permiten registrar biopotenciales con electrodos que se puedan colocar directamente sobre la piel sin una pasta electrolítica.

Este tipo de electrodos contienen un amplificador de alta impedancia de entrada. Se debe tener cuidado con el potencial medido para que el amplificador no se sature.


ELECTRODOS INTERNOS

Es posible utilizar electrodos para detectar biopotenciales dentro del cuerpo, éstos puede ser electrodos transcutáneos (el electrodo o el alambre conector cruza la piel) o electrodos internos (la conexión va a un circuito electrónico implantado tal como un transmisor de radio-telemetría).

En este tipo de electrodos no hay que preocuparse por la interface electrolito-piel.


ELECTRODOS INTERNOS

ELECTRODOS DE AGUJAELECTRODOS DE AGUJA

El electrodo de aguja consiste en una aguja sólida hecha generalmente de acero inoxidable; La aguja está aislada con un recubrimiento de tal manera que solo la punta queda expuesta. Un alambre se conecta al otro extremo de la aguja y la unión se encapsula en cubo plástico para protegerla.


ELECTRODOS INTERNOS

MICROELECTRODOS MICROELECTRODOS

En el estudio de la electrofisiología de las células es importante medir diferencias de potencial a través de la membrana celular, para lograr esto es necesario tener un electrodo dentro de la célula. Estos electrodos deben ser más pequeños que la célula para no ocasionar un daño celular; además el electrodo debe ser fuerte de tal manera que pueda penetrar la célula y permanecer mecánicamente estable.

La punta de estos electrodos mide aproximadamente entre 0.05 hasta 10µm.


ELECTRODOS INTERNOS

MICROELECTRODOS MICROELECTRODOS


Amplitud de la señal

Frecuencia de la señal


Electrodos de broche desechablesElectrodos de broche desechables


Electrodos de succiElectrodos de succióónn


Electrodos de pinzaElectrodos de pinza

Electrodos para extremidadesElectrodos para extremidades


Electrodos de agujaElectrodos de aguja


Electrodos desechablesElectrodos desechables


Electrodos de placa metElectrodos de placa metáálica lica para extremidadespara extremidades


Electrodos de placa Electrodos de placa babaññados en oroados en oro

Electrodos de placaElectrodos de placa


Micro electrodosMicro electrodos


Impedance0.1 to 102 to 50 breaths/min

Respiratory rate

pCO2 electrode0 to 240 to 100 mmHgpCO2

pO2 electrode0 to 230 to 100 mmHgpO2

Pneumotachometer0 to 400 to 600 L/minPneumotachography

pH electrode0 to 13 to 13 pH unitspH

Thermistor0 to 0.132 to 40 °CTemperature

Contact lens electrodes0 to 500 to 900 VElectroretinography

Needle electrodes0 to 100000.1 to 5 mVElectromyography

Scalp electrodes0.5 to 150 5 to 300 VElectroencephalography

Skin electrodes0.05 to 1500.5 to 4 mVElectrocardiography

Fick, dye dilution0 to 204 to 25 L/minCardiac output

Cuff or strain gage0 to 500 to 400 mmHgBlood pressure

Electromagnetic or ultrasonic0 to 201 to 300 mL/sBlood flow

MethodFrequency, HzRangeMeasurement