Monitor oddechu niemowlęcia przeznaczony do użytku domowego cd.

3. Badania własne

Celem badań był wybór takiej fizycznej zasady działania i konstrukcji czujnika, która umożliwi niezawodną detekcję bezdechu w sposób wygodny i bezpieczny dla niemowlęcia. Ze względu na brak jednoznacznych danych dotyczących optymalnej formy przyrządu, przeprowadzone eksperymenty ukierunkowane były na konstrukcję zarówno czujnika o dużej powierzchni umieszczanego na materacu w łóżeczku, jak i małego, lekkiego monitora przyczepianego do ubranka dziecka. Szczegółowym badaniom poddano czujniki: pojemnościowe, wykorzystujące prądy wirowe oraz akcelerometr. W przypadku dwóch pierwszych rodzajów czujników, należących do grupy sensorów o dużej powierzchni, eksperymenty przeprowadzono z wykorzystaniem specjalnie skonstruowanego symulatora oddechu niemowlęcia, zbudowanego z dwóch napełnionych wodą termoforów oraz układu wymuszającego cykliczny przepływ wody pomiędzy nimi. Badania związane z akcelerometrem odbyły się z udziałem osoby dorosłej.

Czujniki pojemnościowe (rys. 1) zbudowane zostały z naprzemiennie ułożonych warstw folii aluminiowej i cienkiej gąbki (2 mm grubości), otoczonych uziemionym ekranem. Zasada działania takiego materacyka sensorycznego opiera się na zależności pomiędzy pojemnością kondensatora a odległością pomiędzy jego okładkami. Cykliczny ruch stanowiących okładki fragmentów folii, wywołany pracą symulatora oddechu, powoduje zmiany pojemności czujnika, które zostają następnie przetworzona na łatwy do zmierzenia parametr sygnału elektrycznego (częstotliwość sygnału, czas trwania impulsu prostokątnego). Rejestracja oraz zapis uzyskanego sygnału odbywała się z wykorzystaniem specjalnie skonstruowanego systemu, w skład którego wchodzą: mikroprocesorowy układ pomiarowy oraz oprogramowanie stworzone w środowisku LabWindows/CVI. Badaniu poddano samodzielnie skonstruowane segmenty czujnika o różnych rozmiarach oraz różnej liczbie warstw gąbki i folii.

Działanie czujników indukcyjnych (rys. 2) opiera się na wykorzystaniu prądów wirowych powstających w przewodnikach pod wpływem zmiennego pola magnetycznego. Podstawowe elementy sensora tego typu stanowią: matryca płaskich cewek oraz cienka warstwa przewodnika, napylone po przeciwnych stronach warstwy sprężystego materiału. Zbliżanie przewodnika do cewek, przez które płynie prąd o odpowiednio dużym natężeniu oraz częstotliwości, powoduje zwiększenie natężenia prądów wirowych i zmniejszenie indukcyjności sensora. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem modelu pojedynczego segmentu czujnika, zbudowanego z samodzielnie nawiniętej płaskiej cewki oraz folii aluminiowej, oddzielonych od siebie gąbką. W celu oceny zmian indukcyjności wykorzystano szeregowy układ rezonansowy oraz oscyloskop.

Akcelerometr przymocowany został do górnej części brzucha leżącej osoby dorosłej (autora artykułu). Wykorzystano jednoosiowy układ MMA1260 firmy Freescale Semiconductors, o zakresie badanych przyspieszeń +/- 1,7 g. Sygnał z przetwornika obserwowany był na ekranie oscyloskopu cyfrowego TDS2022B firmy Tektronix. Badania przeprowadzono dla różnych kątów pomiędzy osią czułości czujnika a przyspieszeniem ziemskim, wykorzystując pomiar składowej statycznej i dynamicznej przyspieszenia.