Raccolta domande d'esame di Strumentazione biomedica

Sensori

23. Condizione di equilibrio del Ponte di Wheastone: uguale prodotto tra resistenze senza un morsetto in comune

24. Il ponte di Wheastone: serve per aumentare la sensibilità di misura, in quanto è in grado di misurare piccole variazioni di resistenza e, se compensato, non risente dell’effetto della temperatura

25. Il ponte di Wheastone: effettua la compensazione di temperatura con 3 fili e la temperatura non influenza il ponte compensato

26. Sensibilità del ponte a variazione di R1: V0=V*A/(1+A)^2*ΔR1/R1 (Voff=0), max Gd -> A=1, R1=R2

27. Sensore: parte della catena di misura che converte il misurando i segnale elettrico

28. Il coefficiente termico dei resistori: può essere sia positivo che negativo;

29. PTC: nei termistori, un aumento della temperatura provoca un aumento di resistenza.

30. NTC: nei termistori, un aumento della temperatura provoca una diminuzione di resistenza.

31. Sia R la relazione di un termoresistore metallico, che varia in

è un parametro che indica quanto la resistenza di una termoresistenza metallica varia al variare della temperatura.

è sempre positivo perché sono PTC38. Gli estensimetri strain gauge: sono conduttori che modificano la loro resistenza quando sottoposti adallungamento/accorciamento per tensione meccanica39. Le strain “bounded” (o legate) sono: interamente legate al supporto;40. Strain Gauge Unbounded sono legate: con 2 estremi tra loro ma tratto intermedio non legato dal supporto41. Il fattore di guadagno G negli strain gauge realizzati con leghe metalliche, rispetto a quelli realizzati consemiconduttori è: minore perché è minore il termine piezoresistivo42. Coefficiente di Poisson: ν=−(dr/r)/(dl/l) lega in un corpo cilindrico che viene allungato il raggio e la lunghezza.43. Sensibilità degli estensimetri: G=(1+2v) + Eπ (effetto geometrico+effetto piezoresistivo)44. Differenza tra termistore e termoresistenza: le termoresistenze sono composte da materiali conduttorimetallici mentre i termistori sono composti da materiali semiconduttori45.

1. Nei termistori intesi come ossidi metallici compressi il coefficiente termico è: negativo (sono NTC)
2. Sia R la resistenza di un termistore NTC, la relazione che lega R e T è: R(T)=R(T0)e^β(1/T-1/T0)
3. La sensibilità di un termistore assume tipicamente valori assoluti nell'intervallo: 4-6% per grado centigrado;
4. Quando una resistenza costante viene posta in parallelo ad un termistore, il suo valore viene scelto in modo tale da: ridurre la non-linearità della relazione di traduzione proprio nella zona di lavoro;
5. Linearizzazione termistore: tramite l'applicazione di una resistenza Rp posta in parallelo allo stesso, di valore tale per cui il punto di lavoro sia nella zona di flesso della curva (zona approssimabile ad una retta).
6. Svantaggio della linearizzazione: perdita di sensibilità (Sp
7. Calcolo di Rp per termistori: Rp=(β-2T/β+2T)⋅RT.
8. Calcolo sensibilità Sp del termistore linearizzato:

Sp=S/2⋅(1−2T/β) .53.

Formula dell’induttanza L: L= μ⋅(n^2)⋅S/l54.

Il trasduttore induttivo LVDT misura un allungamento utilizzando: lo spostamento del nucleo ferromagnetico;ΔV55.

Cosa provoca in un LVDT la in uscita: il movimento del nucleo56.

Trasduttori induttivi (LVDT) la variazione di corrente è data per: l’avvolgimento secondario57.

Trasduttori induttivi (LVDT) la tensione in uscita è: lineare in 0.01-2.5 cm58.

LVDT la funzione di trasferimento è: lineare59.

Il demodulatore di fase nel trasduttore LVDT ha lo scopo di: estrarre fase sinusoidale al secondario e fornireverso spostamento60.

Le solette di pressione: utilizzano sensori capacitivi61.

I materiali piezoelettrici: possono trasformare uno stimolo elettrico in uno stimolo meccanico (variazione dilunghezza) e viceversa, sono anisotropi62.

La temperatura di curie è: la temperatura oltre cui un materiale perde le proprietà piezoelettriche (diventaisotropo)63.

Il coefficiente piezoelettrico di deformazione (trasmissione) è maggiore: nei materiali piezoelettrici artificiali (esPZT); d33=Δl/ΔV⁶⁴. Il coefficiente piezoelettrico di ricezione (tensione elettrica) è maggiore: nei materiali piezoelettrici naturali (es.cristalli); g33=(ΔV/Δl)/P⁶⁵. Il coefficiente piezoelettrico di accoppiamento: esprime la relazione tra due tipi di energia (immagazzinata e applicata; (k33)⁶⁶. Caratteristiche PZT(Zirconato di piombo): pro:elevato d33, k33 e Tcurie, basso costo, elevata durata e stabilità, buona lavorabilità; contro:ridotto g33, facile depolarizzazione e auto riscaldamento, elevata impedenza acustica⁶⁷. Si consideri un sensore piezoelettrico utilizzato per convertire uno spostamento in una tensione, il suo equivalente elettrico è: un generatore di tensione proporzionale allo spostamento con in serie un condensatore e si può includere un resistore in parallelo per considerare le perdite di carica⁶⁸.

Distanza caratteristica trasduttore piezoelettrico: distanza ultimo massimo69. Indicati con d la costante piezoelettrica di trasmissione di un materiale e con K il suo modulo elastico, per ottenere lo spostamento s della faccia di un trasduttore occorre applicare una tensione pari a: V = s/d;

Indicati con g la costante piezoelettrica di ricezione del materiale, con l lo spessore del trasduttore e con K il suo modulo elastico, per ottenere la tensione V tra le due facce del trasduttore occorre applicare una pressione pari a: P = V/(g l);

Il trasduttore elettrico CMUT: funziona come trasduttore da grandezza elettrica a grandezza meccanica e viceversa solo in presenza di una tensione continua di polarizzazione;

L'effetto fotoelettrico: si ha se l'energia o frequenza E=hv della radiazione incidente è superiore ad un certo valore di soglia;

Nell'effetto fotoelettrico la radiazione elettromagnetica incide su un metallo causando l'estrazione di

elettrici è riempito di gas inerte come argon o neon.80. L'effetto fotoelettrico è utilizzato in dispositivi come fotocellule e fotodiodi per rilevare la presenza di luce.81. La corrente fotoelettrica è proporzionale all'intensità della radiazione incidente.82. L'effetto fotoelettrico è stato scoperto da Heinrich Hertz nel 1887.83. L'energia cinetica degli elettroni emessi nell'effetto fotoelettrico dipende dalla differenza tra la frequenza della radiazione incidente e la frequenza soglia.84. L'effetto fotoelettrico è un fenomeno quantistico che può essere spiegato solo utilizzando la teoria dei quanti di luce.85. L'effetto fotoelettrico ha importanti applicazioni nella fotografia, nella produzione di energia solare e nella tecnologia dei sensori ottici.

1. emissivi viene spesso riempito con un gas per: aumentare il numero di elettroni emessi/inanodo/aumentare l'intensità delle correnti
2. I tubi fotomoltiplicatori: ottengono l'amplificazione della luce con metodi ottici, utilizzano vari stadi di amplificazione della luce, utilizzano una catena di resistenze per alimentare separatamente i vari stadi;
3. Il fotomoltiplicatore è: un aggiornamento dei sensori foto emissivi e permette di aumentare il numero di elettroni emessi tramite l'uso di elettrodi intermedi, i dinodi (n stadi aumentano 2^n volte gli elettroni)
4. Nei fototransistor: la radiazione luminosa da misurare incide direttamente sulla base
5. Nel funzionamento dei fototransistor durante la trasduzione fotoelettrica: le lacune generate nella base rimangono nella base;
6. Nei sensori fotoconduttivi la relazione tra conduttanza misurata ed intensità di luce in ingresso è di tipo proporzionale; (R= k/Φa -> inversamente proporzionale)

85. La relazione tra resistenza ed intensità di luce

86. La legge di Lambert-Beer: viene utilizzata per ricavare la misura della concentrazione di una sostanza in una soluzione

87. Legge di Lambert-Beer: esprime la variazione d'intensità al variare della concentrazione e della profondità

I(d) = I0 * e^(-da(λ)c) dove a = coefficiente assorbimento (dipende dalla lunghezza d'onda) e c = concentrazione sostanza

88. Assorbimento luce in soluzione: prima misuro il bianco (provetta vuota) poi misuro la provetta con il sangue.

89. Nell'ossimetro vengono effettuate misure su: una provetta con il campione a due lunghezze d'onda di luce diverse

90. Ossimetro: misura la saturazione di ossigeno nel sangue; la misura viene effettuata considerando 2 lunghezze d'onda diverse: una in cui Hb e HbO2 hanno lo stesso assorbimento e una dove hanno la massima differenza di assorbimento

91. Lo strumento pulsiossimetro: misura la saturazione del ossigeno; misura la

frequenza cardiaca; misura l'avariazione del volume del sangue; 91. La saturazione emoglobinica misurata dal pulsiossimetro è definita: il rapporto tra la concentrazione dell'emoglobina legata e la concentrazione dell'emoglobina totale 92. Tipologie di sensori elettrochimici: amperometrici, conducimetrici, voltammetrici e potenziometrici. 93. Equazione di Nerst: E=E0+ RT/zF⋅ln(aMZ +/aM) . 94. Si considerino due soluzioni liquide di uno ione a diversa concentrazione separate da una membrana semipermeabile allo ione, secondo l'equazione di Nerst il potenziale di membrana vale E=(RT/zF)*ln(a1/a2) 95. Nell'equazione di Nerst è introdotta l'attività ionica a legata alla concentrazione c: in generale a=ỿc/persoluzioni molto diluite a=c/per i metalli puri a=196. Il potenziale standard di un elettrodo: non è misurabile direttamente, ma è riferito all'elettrodo d'idrogeno, assunto a 0 V 97. Elettrodi per biopotenziali: si basano

gli ioni specifici può essere misurata utilizzando un elettrodo iono-specifico. Questo tipo di elettrodo è progettato per rispondere in modo selettivo a un particolare ione presente nella soluzione. Ad esempio, un elettrodo di cloruro di argento (Ag-AgCl) può essere utilizzato per misurare la concentrazione di ioni cloruro (Cl-) nella soluzione. L'elettrodo iono-specifico funziona secondo il principio dell'equazione di Nernst, che descrive la relazione tra la differenza di potenziale e la concentrazione degli ioni. L'equazione di Nernst è data da: E = E0 + (RT/nF) * ln([X-]) Dove: - E è la differenza di potenziale misurata dall'elettrodo iono-specifico - E0 è il potenziale standard dell'elettrodo - R è la costante dei gas ideali - T è la temperatura in Kelvin - n è il numero di elettroni coinvolti nella reazione - F è la costante di Faraday - [X-] è la concentrazione degli ioni specifici che si desidera misurare Utilizzando questa equazione, è possibile calcolare la concentrazione degli ioni specifici conoscendo la differenza di potenziale misurata dall'elettrodo iono-specifico. Questo rende gli elettrodi iono-specifici strumenti molto utili per la determinazione delle concentrazioni di ioni in soluzioni.