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1 Profa. Léia Bernardi Bagesteiro (CECS) E-mail: [email protected] Instrumentação Biomédica • Revisão de conceitos • Sensores e Transdutores • Princípios Físicos • Variáveis de Medida • Sensores e Receptores Humanos LabVIEW Sensores e Transdutores estímulo transdutor resposta sinal (energia) entrada sinal (energia) saída Sensor : conversor de energia Transdutor : converte um sinal de uma forma física para um sinal correspondente de outra forma física. - conversor de energia - as quantidades de entrada e saída não são do mesmo tipo Sensores e Transdutores estímulo transdutor resposta sinal (energia) entrada sinal (energia) saída Sensores e Transdutores Transdutores e Sensores Princípios Físicos dos Transdutores

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Profa. Léia Bernardi Bagesteiro (CECS) E-mail: [email protected]

Instrumentação Biomédica

•! Revisão de conceitos •! Sensores e Transdutores

•! Princípios Físicos •! Variáveis de Medida •! Sensores e Receptores Humanos

LabVIEW

Sensores e Transdutores

estímulo transdutor resposta

sinal (energia) entrada

sinal (energia) saída

Sensor: conversor de energia Transdutor: converte um sinal de uma forma física para um sinal correspondente de outra forma física. -! conversor de energia -! as quantidades de entrada e saída não são do mesmo tipo

Sensores e Transdutores

estímulo transdutor resposta

sinal (energia) entrada

sinal (energia) saída

Sensores e Transdutores

Transdutores e Sensores Princípios Físicos dos Transdutores

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Princípios Físicos dos Transdutores Princípios Físicos dos Transdutores

Princípios Físicos dos Transdutores Princípios Físicos dos Transdutores

Princípios Físicos dos Transdutores Princípios Físicos dos Transdutores

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1.! Espaciais

2.! Tempo e Freqüência

3.! Mecânicas: Sólidos

4.! Mecânicas: Fluidos

5.! Mecânicas: Térmicas

6.! Eletromagnéticas

7.! Óticas

8.! Radiação

9.! Químicas

10.!Biomédicas

Variáveis de Medida

Espaciais

1.!Deslocamento Linear e Angular

2.!Distância 3.!Posição, localização,

altitude 4.!Nível 5.!Área 6.!Volume 7.!Ângulo 8.! Inclinação 9.!Velocidade 10.!Aceleração – vibração –

choque

Tempo e Freqüência

1.!Tempo 2.!Freqüência

Variáveis de Medida

Mecânicas: Sólidos

1.!Massa – Peso 2.!Densidade 3.!Deformação 4.!Força 5.!Momento (Torque) –

Potência

Mecânicas: Fluidos

1.!Pressão – Som 2.!Acústica 3.!Fluxo 4.!Viscosidade 5.!Tensão superficial

Mecânicas: Térmicas

1.!Temperatura 2.!Condutividade

térmica 3.!Fluxo calor 4.! Imagem térmica 5.!Calorimetria

Variáveis de Medida

Óticas

1.!Fotometria – radiometria 2.!Densitometria 3.!Colorimetria 4.!Perda ótica 5.!Polarização 6.! Índice de refração 7.! Imagem e visão

Radiação

1.!Radioatividade 2.!Carregamento de

partículas 3.!Nêutrons 4.!Dosimetria

Eletromagnéticas

1.!Voltagem 2.!Corrente 3.!Potência 4.!Fase 5.!Energia 6.!Campo Magnético 7.!Campo Elétrico 8.!Ruído

Variáveis de Medida

Químicas

1.!Composição 2.!pH 3.!Umidade 4.!Ambientais

Biomédicas

1.!Biopotenciais – eletrofisiologia

2.!Pressão sanguínea 3.!Fluxo sanguíneo 4.!Ventilação 5.!Composição sanguínea 6.! Imagens médicas

Variáveis de Medida Referências Bibliográficas * Instrumentação e Fundamentos de Medidas. V.1 (e V.2). Balbinot e Brusamarello. LTC. 2006 e 2007. •! Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook. J.G.Webster (Ed.) - CRC Press. 2000.

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Fundamentos sobre Receptores e Sensores Humanos

Fundamentos sobre Receptores e Sensores Humanos

Fundamentos sobre Receptores e Sensores Humanos

Transdutores - Sensores Humanos

•! Grande parte do cérebro é reservada aos dedos e lábios

Modalidades Sensoriais

•! Sentidos Principais –! olhos (visão)

–! língua (paladar)

–! ouvidos (audição)

–! nariz (olfato) e

–! pele (tato)

•! Somatosensorial (estímulo dentro ou na superficie do corpo)

–! Toque

–! Pressão

–! Dor

–! Temperatura

–! Posição & Movimento

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Transdução Sensorial: Conversão estímulo físico em percepção

•! Converter estímulo numa linguagem do sistema nervoso (potencial de ação)

Transdução Sensorial •! Receptores Sensoriais convertem estímulo físico

em sinal elétrico

–! Potencial Receptor = Potencial Gerador = Potencial Local •! Condução Eletrotônica (diminui ao longo do tempo e espaço)

–! Potencial de Ação •! Todos-ou-Nenhum (binário)

Decodificação do estímulo

•! Potencial Receptor: Codificação Amplitude

•! Potencial de Ação: Codificação Frequência

•! Tipos de Receptores Sensoriais

* Quimioceptores: sensíveis à presença ou concentração de determinadas substâncias, como os responsáveis pelo paladar e olfato, * Fotoceptores: sensíveis à luz, como os cones e bastonetes dos olhos, * Termoceptores: sensíveis às mudanças da temperatura, * Mecanoceptores: responsáveis pelas sensações tácteis e auditivas, e * Terminações livres.

Sistema Somatosensorial

•! Posição e Movimento : Mecânoreceptores –! Muscle Spindles

–! Joint Receptors

–! Golgi Tendon Organs

•! Toque : Mecânoreceptores –! Merkel’s disks

–! Pacinian Corpuscles

–! Meissner’s Corpuscles

•! Dor: Quimioreceptores –! Free Nerve Endings

•! Temperatura (Quente & Frio)

O tamanho do Campo Receptivo Sensorial Determina Resolução Sensorial

?

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Identificação de 2 pontos varia de acordo com a parte do corpo

•! Distância mínima na qual 2 estímulos podem ser distinguidos.

•! Menor que isso: 2 estímulos são percebidos como 1.

O melhor sistema já desenvolvido !.. SENSORES HUMANOS

Transdutores Sensores Humanos: Visão

•! Em termos de resolução e faixa dinâmica, o olho humano supera qualquer sensor eletrônico de luz disponível atualmente

•! RESOLUÇÃO (pontos por mm2)

Transdutores Sensores Humanos: Audição

•! A CÓCLEA –! Resposta em freqüência 50Hz to 17kHz (18-25 anos) –! Resposta acima de 10kHz abaixo de:

7dB (30-39 anos) 13dB (40-49 anos) 35dB (50-59 anos)

•! MEMBRANA DO TÍMPANO –! 50 a 90 mm2 (aproximadamente circular) –! 0.1 mm de espessura –! Deslocamento mínimo detectável: 10!8 mm –! Deslocamento com desconforto: 10!1 mm

Transdutores Sensores Humanos: Audição Potencial de Ação

De Luca 1982

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Unidades Motoras

Estruturas e Funções do LabVIEW

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CASE Structure

•!CASE structure tem 2 ou mais subdiagramas.

•!Somente 1 subdiagrama é executada de cada vez baseado no valor do seletor.

•!Cada subdiagrama deve dar um valor de saída par o CASE structure.

Sequence Structure

•! A sequence structure tem 1 ou mais subdiagramas, ou quadros (frames), que são executados em ordem sequencial.

•! Flat Sequence structure e stacked sequence structure

Formula Nodes (programming structure)

•!Implementa equações específicas determinadas (complexas)

•!Variáveis são criadas na borda •!Cada statement deve terminar com (;) •!Context Help Window mostra as funções disponíveis

Note semicolon

Usando funções matemáticas:

Exercicios:

1.! Use FOR loop structure.

2.! Use WHILE loop structure.

Escreva um programa em LabVIEW que possa calcular o somatório de números entre 1 e N, onde N é um número inteiro.

!=

n

i

i

1

Problemas Cap.3 (Pag. 66) * Larsen, RW. (2011). LabVIEW for Engineers.

Prentice Hall – Pearson Education Inc.

Tutorial: For Loops and While Loops (NI site) http://www.ni.com/white-paper/7588/en Exercise: For Loops and While Loops http://www.ni.com/white-paper/7518/en Introduction to Loops (NI LabVIEW) http://k12lab-support-pages.s3.amazonaws.com/lvbasichome7.html