""

Растягивающаяся антенна для носимых устройств по контролю за состоянием здоровья

Мои таблетки

Современный рынок электронных носимых медицинских устройств (гаджетов) для поддержания здорового образа жизни огромен и разнообразен. Если сравнивать скорость разработки и появления в продаже различных фитнес-браслетов, носимых сенсоров и трекеров физической активности человека с классическим медицинским оборудованием, во втором случае для внедрения новой модели необходимо провести массу клинических испытаний, согласований и сертификаций. От электронных устройств для контроля над состоянием здоровья человека ничего подобного не требуется, по этой причине они быстрее появляются в обиходе.

Из результатов проведенных опросов следует: 50% потребителей хотели бы иметь носимое медицинское устройство, способное контролировать физическое состояние организма и двигательную активность, общего состояния здоровья. Рынок подобных устройств молод – на суд потребителей практически ежедневно представляются новые модели, а явные лидеры не определились. Постепенно на орбиту разработки «электроники для здоровья» подтягиваются настоящие гиганты этой отрасли, начиная создавать медицинские устройства под собственными брендами.

Аналитики исследовательской компании PSFK Labs утверждают: к 2018 году индустрия носимых медицинских электронных устройств переориентируется на выпуск универсальных датчиков здоровья, взамен популярных сейчас носимых трекеров.

В настоящее время рынок электроники для здорового образа жизни представлен несколькими категориями устройств, условно подразделяющиеся на группы:

  • носимые пульсометры и трекеры,
  • различные датчики физической активности, включая «умные» часы, браслеты, наушники и предметы одежды,
  • часы для занятий спортом,
  • мобильные приложения для данных устройств,
  • приложения для контроля состояния собственного организма.

Согласно прогнозам экспертов, в 2015 году функционал носимых медицинских устройств будет существенно расширен. В возможности устройств войдет передача медицинских данных в лечебные учреждения и оперативный контроль изменения поведения человека. В функционале носимых браслетов останется исключительно передача информации в медицинские центры или облачные хранилища данных, отображение информации о текущем состоянии здоровья организма и вопросы безопасности (проверка паролей подключения). К 2018 году аналитики прогнозируют появление имплантируемых [1] медицинских устройств для мониторинга и диагностики организма человека, позволяющих удаленно корректировать терапию [2] .

Примечания

Примечания и пояснения к новости «Носимые медицинские устройства для контроля над здоровьем».

  • [1]Имплантация – термин, использующийся в стоматологии, хирургии, медицинском приборостроении. Имплантация – хирургическая операция по вживлению в ткани чуждых организму материалов и структур.
  • [2]Терапия (от греческого _2,^9,`1,^5,`0,^9,^3,^5, – «оздоровление, лечение») – процесс, направленный на облегчение, устранение или снятие симптомов заболевания. Конечной целью терапии является нормализация нарушенных процессов жизнедеятельности, выздоровление.

При подготовке новости о мобильных медицинских устройствах, предназначенных для контроля над здоровьем, в качестве источников использовались материалы интернет-портала информационного агентства Bloomberg.Com, сайта PSFK.Com, Википедия, а также следующие печатные издания:

  • Медина Ф., коллектив авторов «Большая медицинская энциклопедия». Издательство «АСТ», 2002 год, Москва,
  • Агаханян Т., Никитаев В. «Электронные устройства в медицинских приборах. Учебное пособие». Издательство «Бином. Лаборатория знаний», 2005 год, Москва.

17 гаджетов, помогающих следить за здоровьем с помощью смартфона

Развитие технологий интернета вещей приводит к изменениям привычек и повышению качества жизни людей. Одной из сфер, где проникновение гаджетов оказывает наибольшее влияние уже сейчас, является здравоохранение. В последние несколько лет постоянно растет число устройств, позволяющих пользователям следить за своим здоровьем и даже дистанционно получать квалифицированную медицинскую помощью. Многие подобные устройства облегчают и работу врачей.

Сегодня мы рассмотрим 17 интересных медицинских гаджетов, которые работают в связке со смартфоном.

CardioQVARK

Российский гаджет CardioQVARK представляет собой специальный чехол для iPhone, с помощью которого пользователь может самостоятельно записать кардиограмму в любое время в любом месте. Для этого необходимо установить приложение на смартфон, надеть чехол и приложить пальцы к датчикам на устройстве. Далее кардиограмма отправляется на обработку в облако, результат в интуитивно понятном виде мгновенно приходит к пользователю и врачу. Для медиков существует собственное приложение с расширенным инструментарием, в котором можно вести неограниченное количество пациентов, анализировать состояние сердечно-сосудистой системы, сравнивать динамику и отслеживать реакцию на нагрузку и лекарственные препараты, а также передавать рекомендации пациенту

Цена: 8500 руб. (предзаказ на сайте)

Tinké

Монитор Tinké позволяет отслеживать сердечный и дыхательный ритм, уровень насыщенности крови кислородом. Для считывания показаний необходимо на несколько минут приложить к устройству палец. После этого данные появятся в приложении — существуют версии для iPhone и Android.

Цена: $119

Kinsa Thermometer

Создатели проекта Kinsa разработали электронный термометр, который подключается к смартфону и передает данные о температуре тела на облачный сервер — для получения точного диагноза к нему можно дать доступ своему врачу. Гаджет можно использовать для измерения температуры тела как взрослых людей, так и детей и младенцев. Кроме того, благодаря тому, что информация хранится в облаке, с помощью приложения Kinsa можно узнавать «среднюю температуру» по своему району или стране, что полезно, к примеру, для отслеживания эпидемий гриппа.

Цена: $20

Biomeme

Компания Biomeme прерватила iPhone в настоящую мобильную лабораторию по анализу ДНК. Данные сохраняются на смартфон, а также передаются на удаленный облачный сервер. Использовать устройство предлагается не частным клиентам, а медицинским учреждениям.: –

Quell

Носимый нейростимулятор для борьбы с хронической болью. С помощью специального бандажа стимулятор надевается на верхнюю часть голени, после чего устройство начинает генерировать слабые электрические импульсы — они блокируют сигналы боли, проходящие через позвоночник к мозгу. В результате пользователь перестает ощущать боль. Это позволяет, к примеру, поспать тем, кто из-за различных приступов не может этого сделать — гаджет является единственным нательным нейростимулатором, который сертифицирован американским регулятором FDA для рабоыт во время сна. Настройка режимы работы устройства осуществляется с помощью мобильного приложения.

Цена: $250

Stethee

Беспроводной стетоскоп для смартфона Stethee предназначен для домашнего использования — разработчики проекта хотят изменить ситуацию, при которой пользоваться стетоскопом могут только врачи. Устройство рабоатет без проводов — его нужно просто приложить к груди и нажать кнопку. После этого результаты измерений будут переданы в приложение на смартфоне, которое построит график биения сердца и дыхания. Эта информация также сохраняется на удаленном сервере, где осуществляется анализ «нормальности» показателей — если пользователю рекомендуется обратиться к врачу, то устройство начнет мигать.

Цена: —

Angel

Гаджет Angel работает не только в качестве фитнес-трекера и монитора сна, но также отслеживает показатели работы сердца — при возникновении сбоев ритма гаджет оповещает пользователя. Кроме того, в устройство встроен специальный температурный сенсор для обнаружения овуляции — функция будет полезна парам, которые хотят завести ребенка.

Цена: партия устройств за $159 распродана, на сайте есть версия за $99

Blood Pressure Monitor

С помощью мобильного тонометра от компании Withings можно легко и быстро измерять артериальное давление, сохраняя информацию в смартфоне. Манжета тонометра подключается к iPhone (iPod Touch или iPad), и в приложении затем отображается информация о давлении — данные можно отображать в виде графиков и отправлять врачу.

Цена: € 129.95

MobiUS SP1

Мобильный ультразвуковой сканер MobiUS SP1 предназначен для использования в больницах хирургами, акушерами-гинекологами, врачами скорой помощи и медиками других специальностей. С помощью USB-кабеля гаджет подключается к смартфону и передает информацию УЗИ по Wi-Fi. Данные отображаются на идущем в комплекте смартфоне с ОС Windows 6.5. Возможна синхронизация с компьютером с помощью кабеля. Главным преимуществом мобильного сканера стала его мобильность по сравнению со стандартным оборудованием УЗИ.

Цена: $7500-8000

Night Shift

Специальный «ошейник», который занимается мониторингом сна и борьбой с храпом и его осложнениями. Создатели устройства утверждают, что чаще всего храп возникает, когда человек спит на спине. Поэтому Night Shift начинает вибрировать, когда пользователь начинает храпеть лежа на спине. Также гаджет сохраняет информацию о качестве сна – она отображается в мобильном приложении. Таком образом пользователь может анализировать динамику улучшения своего сна.

Цена: –

Otoscope

Компания CellScope разработала накладку на смартфон, которая позволяет провести осмотр уха у ребенка, чтобы вовремя обнаружить признаки инфекции или травмы. С помощью приложения родители могут провести осмотр самостоятельно, а затем передать данные лечащему врачу.

Цена: $200

BACtrack Vio

Индикаторные трубки (Breathalyzer) используются водителями по всему миру для определения уровня алкоголя в крови. Существуют подобные гаджеты, которые синхронизируются с iPhone и передают данные в мобильное приложения. Затем информация анализируется и пользователю выдаются графики, иллюстрирующие то, как его организм усваивает алкоголь.

Цена: $49,99

OneTouch

Мобильный глюкометр OneTouch VerioSyng позволяет диабетикам быстро измерять уровень глюкозы в крови. В подключаемое к iPhone или iPad устройство вставляется тестовая полоска с каплей крови, после чего осуществляется анализ. Данные затем выводятся на дсиплей и сохраняются в мобильном приложении, которое также позволяет вести мониторинг потребляемых углеводов, вводимого инсулина и уровня глюкозы.

Цена: $82 в наборе с тестовыми полосками

Embrace

Проведший впечатляющую кампаниюпо сбору средств на Indiegogo браслет Embrace предназначен для контроля эпилепсии. Он умеет фиксировать момент наступления эпилептического припадка — это устройству удается благодаря измерению гальванического заряда кожи, температуры тела и его положения в пространстве благодаря гироскопу. При начале припадка на смартфон опекуна пациента отправляется сигнал — в сообщении содержится информация о координатах пациента. Кроме того, приложение сохраняет статистику о приступах, что позволяет выявлять их причины — например, в некоторых случаях они происходят чаще при занятиях спортом.

Цена: $199

AirSonea

Устройство позволяет анализировать дыхание для отслеживания симптомов астмы и предупреждения приступов. Для сбора данных пациенту нужно приложить гаджет к шее и просто дышать. AirSonea записывает паттерны дыхания, что позволяет понимать, что вызвало приступ в конкретном случае, а также может посылать напоминания о приеме лекарств и передавать информацию анализа родственникам или доктору пользователя.

Читайте также:  Как рассчитать сопротивление провода?

Цена: $169.95

Smart Body Analyzer

Еще один гаджет от компании Withing. Умные напольные весы Smart Body Analyzer измеряют вес, индекс массы телы, вычисляют процент жира, а также снимают показатели сердечной активности. Для людей, которые занимаются спортом предусмотрен спортивный режим (Athlete mode). Собранная информация передается в приложение для смартфона, где строятся графики похудания и набора веса. Пользователь может вести дневник, и тогда будет сразу видно, какие события влияют на набор или потерю веса — например, стресс от выхода на новую работу приводит к набору веса, а старт утренних пробежек — к его потере.

Цена: € 149.95

Kolibree

Умная зубная щетка Kolibree следит за тем, как пользователь чистит зубы, и передае информацию об этом в мобильное приложение — затем пользователю выдаются рекомендации о том, стоит ли чистить зубы чаще и каким зонам полости рта уделять больше внимания. Кроме того, информацией можно делиться с другими пользователями устройства, устраивая «соревнования по чистке зубов» — эта возможность должна привлечь детей, которые обычно не очень любят чистить зубы.

Ликбез: основы теории по антеннам 7

Предисловие

В цикле статей “Ликбез по антеннам” планируется рассмотрение различного типа антенн, которые широко используются в беспроводной передачи данных. При описании антенн планируется разработка их электродинамической модели в распространенных программных пакетах, а также анализ их достоинств, недостатков и перспектив использования на беспроводных сетях будущего. В процессе прочтения данных статей читатели могут высказывать свои пожелания по дальнейшему рассмотрению тех или иных типов антенн. Все теоретические сведения будут приведены максимально наглядно без излишнего математического описания (насколько это возможно для теории антенн).

В цикле статей будет описан принцип работы, применение, реализация, а также составлены модели следующих типов антенн:

  1. Вибраторные антенны;
  2. Полосковые (patch) антенны;
  3. Антенные решетки;
  4. Антенны с бегущей волной (end-fire);
  5. Рупорные антенны;
  6. Зеркальные параболические антенны;
  7. Линзовые антенны;
  8. Вопросы согласования антенн с линиями питания.

Введение

Вся беспроводная передача данных основана на процессе распространения электромагнитного поля от источника в окружающее пространство. Антенна играет роль этого источника поля. Сам процесс излучения начинается с того, что под действием высокочастотных электромагнитных полей в излучающей системе (антенне) появляются сторонние токи и заряды. Токи и заряды в свою очередь подводятся от генератора по фидерному тракту (или фидера от слова “to feed” – питать).

Таким образом, в систему излучения электромагнитного поля входят: генератор колебаний, фидер и излучатель. Конечно, сам фидер и генератор непосредственно в излучении не участвуют (или точнее – не должны участвовать, если они правильно сконструированы), рисунок 1.


Рисунок 1 – Элементы системы излучения электромагнитного поля

Любая антенна обладает так называемым принципом “двойственности”, который говорит о том, что любая антенна может быть как передающей (то есть преобразовывать волны линии передачи в расходящиеся волны окружающего пространства), так и приемной (осуществлять обратное преобразование).

Вне зависимости от реализации и вида антенны, она характеризуется следующими основными параметрами:

Диаграмма направленности (ДН). Это распределение напряженности (или энергии) поля в пространстве, показывает в каких направлениях и с какой мощностью излучает антенная система. Строится эта зависимость, как правило, в сферической системе координат. В зависимости от вида диаграммы (от того, насколько диаграмма “острая”) различают изотропные антенны, слабонаправленные, высоконаправленные. От вида диаграммы направленности зависят такие важные характеристики антенны как коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усилении (КУ). Ниже мы рассмотрим вид диаграммы направленности, а также КНД и КУ одной из самой простых антенн в разных плоскостях.

Коэффициент полезного действия антенны. Он должен быть достаточно высоким, а потери – малыми, именно по этой причине при реализации антенн используют металлические конструкции, обладающие высокой проводимостью и диэлектрики с малыми потерями.

Согласование линии передачи с нагрузкой. Так как и передающая и приемная антенны соединяются с линией питания, то ее входное сопротивление должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии. Иначе будет возникать нежелательное возникновение отраженных волн, а наличие последних – это всегда уменьшение излучаемой мощности и источник дополнительных помех.

Вес и габариты. Ясно, что при реализации любого устройства нужно стремиться к получению его наименьших массогабаритных размеров, однако, отметим, что размеры антенны однозначно связаны с основной длиной волны, на которой работает антенна. Вообще в антенной технике не существует понятия “большая” и “маленькая” антенна. Размеры антенны принято характеризовать в длинах волн. Если а – это диаметр зеркала (например, зеркальной антенны), то ее размер можно записать так: это значит, что в диаметр зеркала укладывается 8 длин волн. Если такое зеркало работает в диапазоне 2.4 ГГц (длина волны 12,5 см), то его диаметр будет составлять 1 метр, а если это диапазон 900 МГц (длина волны 33 см) – то диаметр уже больше 2.5 метров.

Принцип работы передающей антенны

Рассмотрим принцип действия простейшего излучающего устройства. Если взять простую двухпроводную симметричную линию, то излучать в пространство она не будет, несмотря на то, что в ней текут токи высокой частоты, рисунок 2.


Рисунок 2 – Двухпроводная линия

Излучение будет отсутствовать за счет того, что токи I и I’ находятся в противофазе, что приводит их к взаимной компенсации. Для получения излучения можно развести концы двухпроводной линии, чтобы поля от токов I, I’ не могла компенсировать друг друга, рисунок 3.


Рисунок 3 – Разомкнутая двухпроводная линия

Такая антенна получила название симметричного вибратора. Распределение тока в вибраторе остается таким же, каким оно было на соответствующем участке двухпроводной линии. Для исследования поля, излученного антеннами из проводов, удобно представлять такую антенну в виде совокупности элементарных электрических вибраторов (ЭЭВ) малой длины (малой по сравнению с длиной волны). В пределах каждого такого элементарного вибратора амплитуду и фазу тока можно считать неизменными. В конечном итоге общее поле, излученное антенной, можно рассчитать как сумму полей, излученных отдельными элементарными вибраторами (в теории это называется принцип суперпозиции).

На практике ЭЭВ реализуется в виде диполя Герца. Это антенна является первым реализованным излучателем электромагнитных колебаний, рисунок 4.


Рисунок 4 – Диполь герца

Такой излучатель можно сделать, если на концах тонких проводов (длиной L, меньшей длины волны) установить проводящие тела с большой емкостью (например, металлические шары). Заряженные шары создают токи, которые значительно выше емкостных токов между проводами. Так обеспечивается равномерное распределение тока вдоль проводника. Отметим, что на практике диполь Герца практически не используется.

Характеристики антенны на примере симметричного вибратора

Ниже будет рассмотрена антенна (одна из самых простых в реализации) – симметричный вибратор. Назван он так потому, что напряженность поля (питающая проводник) подводится к его центру, а распределение тока по проводнику можно также считать симметричным. Сегодня существует большое количество программных пакетов, позволяющих производить электродинамических анализ различных устройств СВЧ и приборов оптического диапазона, среди них: FEKO, Microwave Studio, Ansys HFSS и др. Внешний вид и модель симметричного вибратора в программном пакете Ansys HFSS показана на рисунке 5.


Рисунок 5 – Симметричный вибратор

Cама антенна представляет собой развернутую двухпроводную линию, рассмотренную выше, в которой устанавливается режим стоячих волн.

В зависимости от того, какое отношение имеет длина вибратора L к длине волны λ, может формироваться различная геометрия диаграммы направленности. Для отношения 4L/λ=1 симметричный вибратор формирует диаграмму, показанную на рисунке 6:


Рисунок 6 – Трехмерная ДН симметричного вибратора длиной 4L/λ=2

Та же самая диаграмма, только нормированная и в вертикальной плоскости полярной системы координат:

Очевидно, что в горизонтальной плоскости диаграмма направленности будет иметь форму шара. Для наглядности вы можете себе представить, что посмотрите на трехмерный вид рисунка 6 сверху (на плоскость Phi).

Если отношение длины вибратора и длины волны 4L/λ=2, что соответствует увеличению частоты колебаний в 2 раза, то диаграмма направленности становится более “плоской” в вертикальной плоскости и как следствие имеет более высокий коэффициент усиления (примерно в 1.5 раза):


Рисунок 6 – Трехмерная ДН симметричного вибратора длиной 4L/λ=1

Дальнейшее увеличение частоты колебаний приводит к расщеплению диаграммы направленности:


Рисунок 7 – Расщепление диаграммы симметричного вибратора при увеличении частоты колебаний в 3 (слева) и 5 (справа) раз

Симметричный вибратор, несмотря на простоту, очень часто присутствует в качестве частей конструкции более сложных антенн. В заключении отметим, что все конструктивные реализации антенн создаются для того, чтобы создать направленность излучения в определенном направлении (или направлениях). Можно выделить два крупных класса способов реализации направленного излучения: это геометрическое воздействие на источник излучения (например, источник помещается в фокус параболоида или перед проводящим экраном) и воздействие токами, когда группа токов, сдвинутых по фазе, образуют суммарную направленную диаграмму (примером могут служить фазированные антенные решетки).

В дальнейшем будут рассмотрены различные модели антенн, перечисленных в аннотации.

Гроза, “статика” и антенна.

Вопросы безопасной эксплуатации антенн и подключенной к ним аппаратуры в периоды грозовой активности время от времени обсуждались в радиолюбительской литературе. Тем не менее при создании любительской радиостанции этим вопросам коротковолновики и ультракоротковолновики уделяют внимание в последнюю очередь, надеясь, по-видимому, на знаменитое русское “авось пронесет”. Но это в корне неверно, потому что.

По статистике в Центральной Европе на каждый квадратный километр приходится в среднем от одного до пяти разрядов молнии в год’. Иными словами, можно, по существу, быть уверенным, что на расстоянии не далее чем 100 м от вашей антенны раз в несколько лет произойдет разряд молнии (на юге и в гористой местности эта вероятность выше, чем на севере и на равнинах). А коль так, то будет намного разумнее подготовиться к нему заранее, чем потом подсчитывать убытки – в транзисторных трансиверах при этом обычно “вылетают” не только входные цепи приемника, но и выходные транзисторы передатчика.

Какие же опасности для любительской аппаратуры несет гроза?

1. Медленно накапливающийся статический потенциал и его скачкообразные изменения при удаленных от антенны разрядах (несколько сотен метров и более).

Если антенна или одна ее половина изолированы по постоянному току от земли (например, GP или симметричный диполь), то на ней перед грозой и во время ее могут скапливаться высокие статические потенциалы.

Читайте также:  Вольтметр и амперметр с жк дисплеем

Рассмотрим такой пример. На высоте двух километров висит грозовое облако с потенциалом 2 MB (мегавольта!), а у земли потенциал в данном случае нулевой. В этом гигантском конденсаторе имеется статическая напряженность электрического поля 1 кВ/м. То есть на изолированной от земли антенне, например, диполе или LW, висящей на высоте 10м, появится статический потенциал около 10 кВ.

Стекая, он создает трески и шорохи в приемнике. При разряде облака (на другое облако или на землю далеко от рассматриваемой антенны) потенциал облака, а следовательно, и антенны скачком уменьшится почти до нуля. Образовавшего на антенне импульса с амплитудой в 10 кВ более чем достаточно, чтобы вывести из строя трансивер.

2. Если же разряд молнии на землю приходится неподалеку от вашего дома (условно – в нескольких десятках метров), то возникают новые опасности, связанные не только с антенной, но и с питающей сетью и цепями заземления. Кроме резкого изменения напряженности поля и связанного с этим изменения потенциала всех близлежащих проводников появляются индуцированные токи. Ток разряда в ионизированном канале молнии за первые 1. 10 мкс достигает значений в 20. 500 тысяч ампер и затем спадает до нуля за время 200. 1000 мкс. Эти огромные токи индуцируют во всех близлежащих проводах вторичные напряжения. Образуется нечто вроде трансформатора, где первичной обмоткой являются канал молнии и молниеотвод, а вторичной – окружающие провода. Коэффициент передачи этого трансформатора, зависящий от расстояния до провода, в принципе, весьма мал. Но даже при коэффициенте передачи в 0,001 импульсы тока в замкнутых контурах окружающих проводов (например, контур заземления) могут достигать сотен ампер и повреждать подключенные к этим контурам устройства. Если контур не замкнут и зазор между его концами невелик, то индуцированное в контуре напряжение, достигающее многих десятков киловольт, может пробить его.

Пример – цельнометаллический волновой канал с гамма-согласованием установлен на хорошо заземленной мачте и питается по кабелю, уходящему от мачты под углом. В помещении радиостанции кабель подключен ктранси-веру, не имеющему дополнительного заземления. На первый взгляд кажется, что его и не надо – мачта надежно заземлена, антенна цельнометаллическая, хорошее заземление обеспечено через оплетку кабеля. Но . при близком ударе молнии в незамкнутом контуре “земля-мачта-кабель-трансивер” индуцируется напряжение, которое будет искать выхода на участке разрыва контура – между трансивером и ближайшей “землей”. В результате возникнет либо пробой на землю через питающую сеть 220 В, либо дуга до ближайшей “земли” (например, трубы отопления). Ясно, что ни тот, ни другой вариант ничего хорошего трансиверу не сулят. 3. И, наконец, самый редкий, но и самый тяжелый случай – прямое попадание молнии в антенну или молниеотвод-мачту, на котором установлена антенна. Начнем с того, что молниеотвод (то есть путь для тока молнии в землю) обязательно должен быть. При его отсутствии сотни тысяч ампер тока разряда потекут на землю по пути, который им покажется кратчайшим. И если на этом пути встретятся ваш кабель снижения и аппаратура, то от них мало что останется.

Рассмотрим два примера.

Первый пример. Молниеотвод выполнен как отдельная конструкция и подключен толстым проводом к общему заземлению дома, антенна расположена намного ниже молниеотвода. Посмотрим, что произойдет при ударе молнии. Допустим, сопротивление заземления молниеотвода 2 Ом (это очень хорошее заземление). При ударе молнии с пиковым током 200 тысяч ампер (среднее значение) на шине заземления и на всех подключенных к ней устройствах (в том числе и на нулевом проводе сети) возникнет потенциал около 400 кВ. Очевидно, что в удаленной от дома точке потенциал земли останется нулевым, и все 400 кВ оказываются приложенными к нулевому проводу сети, выбивая предохранители. Это наименьшая из потерь при прямом ударе молнии.

Второй пример. На отдельно стоящей и хорошо заземленной мачте с сопротивлением заземления 2 Ом стоит цельнометаллический волновой канал. Кабель снижения идет вдоль мачты и затем по земле к помещению радиостанции. Помещение имеет свое качественное заземление. При ударе молнии с пиковым током 200 тысяч ампер потенциал земли у основания мачты составит 400 кВ и будет уменьшаться в стороны от мачты, образовывая так называемую “воронку напряжений”. Потенциал земли вокруг здания будет меньше, чем у основания мачты. Допустим, он станет 100 кВ. И эти 100 кВ проделают то же самое, что описано в первом примере, но этим дело не ограничится. Потенциал оплетки кабеля антенны будет 400 кВ, а потенциал земли в помещении радиостанции только 100 кВ. Разница в 300 кВ оказывается приложенной к кабелю. Его оплетка из-за малого сечения не сможет пропустить большой ток выравнивания, и кабель сгорит. Повезет, если этим все и ограничится, если нет – повредится и трансивер. Даже если кабель (как и полагается во время грозы) полностью отключен, но лежит не очень далеко от заземленных предметов помещения, эти 300 кВ в состоянии пробить дуговым разрядом несколько десятков сантиметров воздуха. Именно поэтому все кабели, идущие от антенны, на время грозы должны быть отключены полностью и убраны достаточно далеко.

Следует иметь в виду, что защитная зона молниеотвода (в которой можно не опасаться прямого удара молнии) представляет собой конус с вершиной на конце молниеотвода и радиусом у земли примерно в 3/4 высоты молниеотвода.

Как предотвратить разрушения? Следует уяснить, что три причины, изложенные в предыдущем разделе, раз-новероятны.

Статический потенциал – это то, с чем каждый многократно встретится. И не только во время грозы.

Индуцированные токи от близкого удара молнии тоже придется пережить практически каждому в среднем раз в несколько лет.

От прямого удара молнии, возможно, судьба вас и убережет, но лучше все же не надеяться на случай, а заранее подумать и о такой возможности. Дешевле обойдется!

Итак, борьбу со статическим потенциалом лучше начать на этапе проектирования антенны. Почти всегда можно выбрать конструкцию, целиком замкнутую на землю по постоянному току, – петлевые диполи на заземленной траверсе, петлевые GP, антенны с гамма- и омега-согласованием, J-антенна и т. п. Если же антенна не замкнута на землю, то заметно улучшают ситуацию один (для несимметричной антенны) и два (для симметричной) двухваттных резистора по 100 кОм, включенные между полотном антенны и заземленной мачтой (или оплеткой коаксиального кабеля). Эти резисторы создают цепь для отвода медленно накапливающейся статики и значительно, до нескольких десятков вольт (в зависимости от высоты и потенциала грозового облака), уменьшают броски напряжения на входе приемника при разрядах. Но только при разрядах, путь которых существенно удален от антенны.

При сильных статических разрядах имеет смысл к полотнам антенны прикрепить самодельные разрядники – остро заточенные на концах болты М5-М8. Острие болтов должно подходить на 1. 1.5 мм (регулируется вращением болтов) к заземленной пластине.

Для предотвращения возникновения индуцированных токов следует избегать шин земли, выполненных в виде кольца, все приборы должны быть подключены звездообразно к одному общему заземлению. Внимательно проанализировать свое проводное хозяйство на наличие в нем замкнутых контуров с большой площадью и устранить их. Опасность тут не столько для самого замкнутого контура, сколько для приборов, к нему подключенных. В петлевых антеннах индуцируются весьма значительные напряжения, для отвода которых в точке питания следует устанавливать искровые разрядники, с минимально возможным промежутком (1. 2 мм) – резистора тут не хватит.

Кабель снижения антенны, по возможности, лучше укладывать в металлическую трубу или же закопать в землю.

Для защиты от прямого попадания молнии следует решить две разные задачи. Первая – выполнить качественный молниеотвод с хорошим заземлением. Сам молниеотвод и его провод заземления должны быть выполнены из материала с сечением не менее 50 мм2 и не иметь резких изгибов. Это увеличивает индуктивность, а для такого короткого и высокоэнергетического импульса, как разряд молнии, даже индуктивность малой величины будет представлять повышенное сопротивление.

На индуктивном сопротивлении порядка единиц Ом при токах, измеряемых тысячами ампер, будет выделяться чрезвычайно большое напряжение.

Вторая задача возникает потому, что на практике редкий радиолюбитель не соблазнится использовать мачту молниеотвода для размещения своих антенн (в самом деле, когда еще та молния будет, а тут высокая мачта без дела простаивает!). И состоит эта задача в том, чтобы ток разряда молнии большей частью уходил по заземленной мачте и минимально по питающему антенну кабелю в аппаратуру, т. е. надо проложить для тока молнии путь в землю с намного меньшим сопротивлением, чем по кабелю.

Для этого крайне желательно, чтобы макушка мачты была на 1. 1.5 метра выше антенны. Мачту можно удлинить отрезком металлической трубы или толстым прутом (проволокой), который и будет отводить большую часть атмосферного электричества непосредственно на мачту с ее обязательным молниезащитным заземлением.

Сама антенна должна быть надежно заземлена на мачту. Если по ее конструктивным особенностям этого сделать нельзя, следует установить искровые разрядники.

Из кабеля питания антенны сделать несколько витков чуть ниже точки запитки антенны. Та часть тока, что все же соберется “влететь” в кабель, встретит немалое для короткого импульса индуктивное сопротивление коаксиального дросселя и создаст на нем падение напряжения. Это напряжение пробьет зазор разрядников, возникшая при этом дуга создаст для тока путь утечки на землю через мачту с меньшими препятствиями, чем через кабель. Заземление мачты должно быть соединено отдельным проводом большого сечения (не менее 50 мм2) с заземлением дома для выравнивания потенциалов земли при ударе молнии.

Все вышеперечисленные меры не устраняют полностью бросков напряжения на аппаратуре, но позволяют их снизить до приемлемых, неразрушающих значений.

Тем не менее и в самой аппаратуре желательно принять дополнительные защитные меры – на входе приемника желательно установить резистор номиналом в 100. 200 кОм. На разъеме подключения антенны – разрядник с минимальным напряжением зажигания (лишь бы он не срабатывал от сигнала собственного передатчика). При наличии СУ или ФНЧ, выполненного по схеме П-контура, эту роль с успехом исполняет выходной КПЕ с воздушным (минимально возможным!) зазором. Т-образные СУ, стоящие на выходе большинства промышленных трансиверов в данной ситуации, непригодны – искра разряда “пролетает” через них насквозь, прямо на выход передатчика.

Читайте также:  Болтовое соединение алюминиевых проводов

В цепях проводов (кабелей) управления редукторами и коммутаторами, идущих от антенны, надо установить варисторы, а лучше – разрядники.

И, наконец, следует помнить, что при приближении грозы необходимо полностью отключать все антенные кабели от аппаратуры, а последнюю – от сети!

При подготовке этого материала были использованы сведения, приведенные в статье DJ3TU (Herbert Bissinger. Oas nachste Gewitter kommtbestimmt-CQDL, 1996. № 11, S. 876-880).

Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта

Владельцы патента RU 2562025:

Изобретение относится к медицинской технике. Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта содержит закрытый с одного конца отрезок волновода (1), частично или полностью заполненный диэлектриком (2). На противоположном открытом конце отрезка волновода (1) расположена диэлектрическая пластина (3), предназначенная для контакта с биологическим объектом. Устройство возбуждения электромагнитных волн антенны-аппликатора выполнено в виде металлического проводника (4) и делителя мощности (5). Проводник (4) расположен на диэлектрической пластине (3) со стороны закрытого конца волновода (1) и установлен параллельно широкой боковой стенке волновода (1). Входы делителя мощности (5) электрически соединены с противоположными концами проводника (4), а выход делителя мощности (5) является выходом подключения к радиотермометру. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермометрии, основанному на неинвазивном выявлении температурных аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения.

Изобретение может быть использовано в медицинской аппаратуре для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей, мониторинга за их состоянием, выявления температурных изменений и тепловых аномалий внутренних тканей, в диагностических комплексах для ранней диагностики онкологических заболеваний, и при создании приборов для неинвазивного выявления температурных аномалий внутренних тканей и ранней диагностики онкологических заболеваний.

Одной из важных задач современной медицины является разработка способов диагностики заболеваний внутренних органов. Известно, что интенсивность электромагнитного излучения тканей в этом диапазоне частот пропорциональна их температуре. Учитывая, что ткани человека в этом диапазоне относительно прозрачны, измеряя их электромагнитное излучение, можно выявлять тепловые изменения на глубине нескольких сантиметров. В настоящее время для этих целей используется способ радиотермометрии, позволяющий неинвазивно измерять яркостную температуру тканей человека путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения. Очевидно, что интенсивность принимаемого сигнала зависит от диапазона рабочих частот, свойств среды, в которой производится измерение, размера теплового источника, глубины его расположения и, в значительной мере, от антенны-аппликатора, используемой для приема собственного электромагнитного излучения биологической ткани.

Для измерения температуры внутренних тканей биологических объектов в известных системах радиотермометрии применяются различные типы антенн-аппликаторов. Широко используются вибраторные антенны, у которых вибраторы изготовлены из тонкой пружинной проволоки (Рахлин В.Л., Алова Г.Е. «Радиотермометрия в диагностике патологии молочных желез, гениталий, предстательной железы и позвоночника». Препринт №253, Горький, 1988, НИРФИ, 1988, с. 52).

Подобные антенны могут быть снабжены проводящими штырями, контактирующими с кожей человека, при этом высота 1, количество n штырей и расстояние между ними определяется из соотношений n>(l/d), где 0,75 Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома.

Носимые устройства мониторинга состояния здоровья

Создайте носимое устройство мониторинга состояния здоровья, такое как фитнес-браслет, спортивные часы или шагомер, используя наши технологии измерения оптических сигналов, импеданса, биопотенциала и параметров движения, а также наши компоненты формирования сигналов. Выберите высокоинтегрированную высокоточную измерительную платформу с низким энергопотреблением ADuCM350, которая объединяет 16-битный высокоточный аналоговый интерфейс (AFE), подсистему обработки на основе ядра Cortex M3 и среду разработки программного обеспечения, а также работает от батарейки размером с монету. Используйте наш широкий ассортимент стандартных преобразователей, линейных компонентов и компонентов обработки смешанных сигналов для реализации дискретного подхода к проектированию.

Рекомендуемые продукты

AD8233

AD8233

The AD8233 is an integrated signal conditioning block for electrocardiogram (ECG) and other biopotential measurement applications. It is designed to extract, amplify, and filter small biopotential signals in the presence of noisy conditions, such as those created by motion or remote electrode placement. This design allows an ultralow power analog-to-digital converter (ADC) or an embedded microcontroller to easily acquire the output signal.

The AD8233 implements a two-pole, high-pass filter for eliminating motion artifacts and the electrode half cell potential. This filter is tightly coupled with the instrumentation amplifier architecture to allow both large gain and high-pass filtering in a single stage, thereby saving space and cost.

An uncommitted operational amplifier enables the AD8233 to create a three-pole, low-pass filter to remove additional noise. The user can select the frequency cutoff of all filters to suit different types of applications.

To improve the common-mode rejection of the line frequencies in the system and other undesired interferences, the AD8233 includes a right leg drive (RLD) amplifier for driven electrode applications. The AD8233 includes a fast restore function that reduces the duration of the otherwise long settling tails of the high-pass filters. After an abrupt signal change that rails the amplifier (such as a leads off condition), the AD8233 automatically adjusts to a higher filter cutoff. This feature allows the AD8233 to recover quickly, and therefore, to take valid measurements soon after connecting the electrodes to the subject.

The AD8233 is available in a 2 mm × 1.7 mm, 20-ball WLCSP package and a 150 μm thin die for height constrained applications. Performance is specified from 0°C to 70°C and is operational from −40°C to +85°C.

  • Fitness and activity heart rate monitors
  • Portable ECG
  • Wearable and remote health monitors
  • Gaming peripherals
  • Biopotential signal acquisition, such as EMG or EEG

Applications

ADF7030

High Performance, Low Power, 169MHz ISM Band, Radio Transceiver IC

ADF7030

The ADF7030 is a low power, high performance, integrated radio transceiver supporting narrowband operation in the 169.4MHz to 169.6MHz ISM bands. The ADF7030 supports transmit and receive operation at 2.4kbps and 4.8kbps using 2GFSK modulation and transmit operation at 6.4kbps using 4GFSK modulation.

The ADF7030 features an on-chip ARM ® Cortex ® -M0 processor that performs radio control and packet management.

Applications

  • Wireless M-Bus Mode N (EN 13757-4)
  • Smart metering
  • Social alarms
  • Active tag asset tracking

Applications

Области применения

RadioVerse

ADF7030-1

ADF7030-1

ADF7030-1 – это полностью интегрированный радиотрансивер (приемопередатчик), обеспечивающий высокие технические характеристики при очень низкой потребляемой мощности. ADF7030-1 является идеальным выбором для задач, где требуется большая дальность действия, устойчивое функционирование сети и длительный срок службы батареи. Он подходит для применения в системах, работающих в диапазонах ISM, диапазонах, разрешенных для работы устройств с малой дальностью действия (SRD), а также в требующих лицензирования диапазонах на частотах от 169.4 МГц до 169.6 МГц, от 426 МГц до 470 МГц и от 863 МГц до 960 МГц. Это позволяет реализовать поддержку стандартных протоколов, например, IEEE802.15.4g, и, в то же время, дает свободу для поддержки широкого спектра нестандартизованных протоколов.

Приемник низкой промежуточной частоты (ПЧ) обладает широкими возможностями конфигурирования и может работать с полосой канала приема от 2.6 кГц до 738 кГц. Столь широкий диапазон значений полосы канала приемника позволяет применять ADF7030-1 в системах с очень малым, малым или широким шагом между частотными каналами.

ADF7030-1 содержит два независимых усилителя мощности (УМ) с диапазонами выходной мощности от −20 дбм до +13 дБм и от −20 дБм до +17 дБм. Усилители поддерживают очень плавную регулировку мощности с шагом 0.1 дБ. Мощность на выходе УМ сохраняет очень малое отклонение при изменениях температуры и напряжения. УМ имеют функцию автоматического управления изменением мощности по линейному закону для ограничения побочных спектральных излучений при переключении в соответствии с требованиями регламентирующих документов.

В состав ADF7030-1 входит встроенный процессор ARM ® Cortex ® -M0, который осуществляет управление радиотрактом, его калибровку и управление пакетами. Его наличие позволяет понизить вычислительную нагрузку на хост-процессор благодаря интеграции в ADF7030-1 нижних уровней типичного стека протоколов передачи данных. Этот процессор также позволяет загружать и исполнять предоставляемые компанией Analog Devices модули встраиваемого программного обеспечения, которые расширяют функциональные возможности ADF7030-1.

ADF7030-1 поддерживает два режима пакетной передачи: универсальный пакетный режим и режим IEEE802.15.4g. В универсальном пакетном режиме формат пакета является полностью программируемым, что позволяет использовать его для совместимости с нестандартными протоколами. В режиме IEEE802.15.4g формат пакета соответствует стандарту IEEE802.15.4g, включая контрольную сумму (FEC).

ADF7030-1 работает с напряжением питания в диапазоне от 2.2 В до 3.6 В и обладает очень низкой потребляемой мощностью как в режиме приема, так и в режиме передачи, позволяя продлить срок бесперебойной работы в системах с питанием от батарей. Компонент также имеет режим глубокого сна с крайне низким энергопотреблением, в котором сохраняется содержимое памяти, а типичное значение потребляемого тока составляет 10 нА.

ADF7030-1 имеет функцию интеллектуального пробуждения (smart wake mode, SWM), когда он автоматически выводится из состояния сна, используя внутренние часы реального времени (RTC), без вмешательства со стороны хост-процессора. После пробуждения ADF7030-1 работает в автономном режиме. Эта возможность позволяет определять доступность канала, принимать и анализировать пакеты, пока хост-процессор находится в состоянии сна, тем самым сокращая общий потребляемый системой ток. Трансивер также может быть переключен в режим автономной работы хост-процессором, используя вход прерывания ADF7030-1.

Для построения на базе ADF7030-1 полнофункционального беспроводного решения достаточно небольшого количества внешних компонентов и хост-процессора (обычно, микроконтроллера). Хост-процессор может выполнять конфигурирование ADF7030-1 при помощи простого командного протокола через стандартный четырехпроводной интерфейс SPI. Однобайтные команды используются для переключения состояний радиотрансивера или активации отдельных его функций.

ADF7030-1 выпускается в корпусах двух типов: 40-выводном корпусе LFCSP с габаритами 6 мм × 6 мм и 48-выводном корпусе LQFP с габаритами 7 мм × 7 мм. Для предотвращения миграции серебра в условиях повышенной влажности в корпусах обоих типов применяется покрытие из сплава NiPdAu. Диапазон рабочих температур ADF7030-1 составляет от −40°C до +85°C.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
×
×
Adblock
detector