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• yamilton ortiz

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INTRODUCCION

La tarea 4 esta basada en el componente practico que por medio de diferentes practicas y simulaciones se colocan a prueba los conocimientos obtenidos durante el desarrollo del curso y además apoyados de los conocimientos obtenidos en otros cursos ya realizados, además vemos la importancia de la electrónica en el desarrollo de equipos médicos. Los amplificadores operacionales cumplen un papel importante en el acondicionamiento y procesamiento de las señales que nos entregan los sensores por eso realizando estas practicas obtendremos un amplio conocimiento en el desarrollo de cada componente practico.

PRACTICA 1

1. Diseñar un puente de Wheatstone, alimentado con 1 VDC, para medir la variación de un sensor de temperatura NTC, la salida del puente de Wheatstone se conecta a un amplificador de instrumentación ajustado a una escala de 0 a 5 voltios.

2. Realizar los cálculos teóricos para equilibrar el puente de Wheatstone y el valor de las resistencias para el amplificador de instrumentación con una escala de 0 – 5 VDC El sensor de temperatura NTC es un sensor que varia la resistencia con el cambio de temperatura este sensor a medida que aumenta la temperatura disminuye su resistencia, el sensor NTC que vamos a utilizar es de 20KΩ

El puente de Wheatstone debemos llevarlo al punto de equilibrio y para el sensor NTC con 25 °C obtenemos 20KΩ, partiendo de esto realizaremos los cálculos para equilibrar el puente e iniciar nuestra lectura de temperatura a partir de los 25 °C. El puente de Wheatstone básicamente son dos divisores de voltaje que con el cambio de la resistencia de Rx que seria la del sensor NTC el voltaje en el punto D cambiaria.

Usando la formula de divisor de voltaje encontraremos el punto de equilibrio del puente de Wheatstone: 𝑉𝑐 =

𝑅2 ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅2 + 𝑅1

𝑉𝑑 =

𝑅𝑥 ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑥 + 𝑅3

𝑉𝑐 − 𝑑 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑑 𝑅2 𝑅𝑥 ∗ 𝑉𝑖𝑛 = ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅2 + 𝑅1 𝑅𝑥 + 𝑅3 Un puente equilibrado es cuando: 𝑉𝑐 − 𝑑 = 0 Podemos decir que: 𝑉𝑐 = 𝑉𝑑 Entonces podemos decir que: 𝑅2 𝑅𝑥 ∗ 𝑉𝑖𝑛 = ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅2 + 𝑅1 𝑅𝑥 + 𝑅3 𝑅2 𝑅𝑥 = 𝑅2 + 𝑅1 𝑅𝑥 + 𝑅3 Y despejando la ecuación obtenemos: 𝑅𝑥 = 𝑅3 ∗ (

𝑅2 ) 𝑅1

Como vamos a buscar el punto de equilibrio para la NTC le damos valor a R1 y R2 de 20KΩ, conociendo que la NTC los 25 °C nos entrega una resistencia de 20KΩ debemos calcular el valor de R3: 𝑅2 𝑅𝑥 = 𝑅3 ∗ ( ) 𝑅1 𝑅3 = 𝑅𝑥/ (

𝑅2 ) 𝑅1

𝑅3 = 20KΩ / (

20KΩ ) 20KΩ

𝑅3 = 20KΩ / 1 𝑅3 = 20KΩ

El voltaje de referencia va ser el voltaje del punto C y siempre va a ser la mitad del voltaje de la fuente de alimentación, lo comprobamos aplicando la formula de divisor de voltaje del punto C: 𝑅2 𝑉𝑐 = ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅2 + 𝑅1 𝑉𝑐 =

20KΩ ∗ 1𝑉 20KΩ + 20KΩ

𝑉𝑐 =

20KΩ ∗ 1𝑉 40KΩ

𝑉𝑐 = 500𝑚𝑉 Como sabemos que la escala del sensor es de -55°C a 400 °C y este tipo de sensor NTC al aumentar la temperatura disminuye la resistencia significa que cuando tengamos 400°C la resistencia va ser 0Ω por lo tanto el voltaje en el punto D va ser igual a: 𝑉𝑑 = 𝑉𝑑 =

𝑅𝑥 ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑥 + 𝑅3

0Ω ∗ 1𝑉 0Ω + 20KΩ

𝑉𝑑 =

0Ω ∗ 1𝑉 20KΩ

𝑉𝑑 = 0𝑚𝑉 Por lo tanto, la máxima salida de voltaje que tendremos en el puente de Wheatstone cuando el sensor este en 400°C va a ser de: 𝑉𝑐 − 𝑑 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑑 𝑉𝑐 − 𝑑 = 500𝑚𝑉 − 0𝑚𝑉 𝑉𝑐 − 𝑑 = 500𝑚𝑉 Ahora vamos a calcular la resistencia de ganancia para el amplificador de instrumentación para cuando tengamos 25°C = 0V y para cuando tengamos 400°C = 5V

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL La mayoría de las señales que entregan los sensores son débiles para manipular en las siguientes etapas de los circuitos por lo que se requiere realizar un acondicionamiento a la señal, para realiza este acondicionamiento utilizaremos amplificadores operacionales ya que son estables, alta fidelidad en la salida, consume poca energía y ocupan poco espacio. Usamos un amplificador de instrumentación, realizaremos los cálculos para que cuando obtengamos una temperatura de 400°C el voltaje de amplificación sea igual a 5VDC.

Le asignamos valores a las resistencias: R1 y R2 = 4KΩ R4, R5, R6 y R7 = 10KΩ Ahora procedemos a calcular el valor de ganancia y RG 400°C * 1.25mV = 0,5V = Vmd Vₒ = Vmd*K*(1+G) Calculamos el valor de K 𝑅5 𝑅7 = = 𝐾 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 𝐾 = 0 𝑅4 𝑅6 5V = 0.5V * 1(1+G) 5𝑉 =1+𝐺 0.5𝑉 10 = 1+G G = 10 - 1 G=9 Ahora usamos la siguiente ecuación para calcular RG 2𝑅3 =𝐺 𝑅𝐺 2(4𝐾Ω) =9 𝑅𝐺

𝑅𝐺 =

8𝐾Ω 9

RG = 888.8Ω  CIRCUITO ELECTRICO

.

Prueba con sensor de temperatura en 25°C y el voltaje de salida en 0V

Prueba con sensor de temperatura en 400°C y el voltaje de salida en 5V

PRACTICA 2

1. Realizar el diseño en el software Proteus el circuito de la figura 3; la señal de entrada IN1 es un generador de pulsos ajustado a una frecuencia de 1 Hz con una amplitud de 1VDC.

2. Calcular la ganancia del amplificador OP1 e indicar que configuración tiene OP1 y OP2 El OP1 esta configurado como amplificador operacional no inversor

El calculo del voltaje de salida lo realizamos utilizando la siguiente ecuacion: 𝑉𝑜𝑢𝑡 =

𝑅𝑓 + 𝑅𝑔 ∗ 𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑔

El OP2 esta configurado como un amplificador comparador

3. Realice la simulación y ajuste el valor del potenciómetro hasta cuando el diodo LED encienda y apague de acuerdo a la frecuencia de entrada Se ajusta el valor del potenciometro al minimo para que el voltaje de referencia sea 0V y el led encienda y apague a la frecuencia de entrada configurada. Encendido

Apagado

4. En referencia al potenciómetro P1, ¿qué función cumple en el circuito? El potenciometro P1 cumple la funcion de regular el voltaje de entrada a la patilla inversora del amplificador operacional OP2 que en este caso esta configurado como comparador permitiendo que cuando el voltaje de la patilla no inversora este por encima del voltaje de la patilla inversora el led pueda encender. Voltaje mas alto en la patilla inversora que la patilla no inversora por lo tanto el led no prende

Voltaje mas alto en la patilla no inversora que la patilla inversora por lo tanto el led prende

Conclusiones El desarrollo de la tarea 4 nos ayudo a conocer la importancia que tienen las señales biomédicas en el estudio del cuerpo humano ya que podemos evaluar utilizando diferentes sensores diferentes condiciones anormales que puedan presentarse en el cuerpo de una persona.

En las practicas se pudo desarrollar básicamente como se realiza la lectura y acondicionamiento de una señal que usan algunos equipos biomédicos, utilizando principalmente los amplificadores operacionales los cuales han ayudado a la evolución en esta rama de la medicinal, Todo esto fortaleció el proceso de aprendizaje que he venido obteniendo con esta metodología de aprendizaje.

Referencias bibliográficas

Jones, D. P. (2010). Biomedical Sensors (Vol. 1st ed). New York: Momentum Press (pp 1-33). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co/login?url=http://search.ebscohost.com/login.aspx ?direct=true&db=nlebk&AN=501110&lang=es&site=eds-live&ebv=EB&ppid=pp_1

Chan, A. Y. K. (2016). Springfield, Illinois: Charles C Thomas. Biomedical Device Technology : Principles and Design (Vol. Second edition). (pp 49 – 172). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co/login?url=https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:29 69/login.aspx?direct=true&db=e000xww&AN=1214062&lang=es&site=ehostlive&ebv=EB&ppid=pp_49

Granda, M. M., & Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal. (pp 207 – 385). Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=228&docID =3428884&tm=1542208569503

Daneri, Pablo A. (2009). Electromedicina: equipos de diagnóstico y cuidados intensivos, Editorial Hispano Americana HASA. ProQuest Ebook Central, (pp 63-71 ). Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=64&docID= 3184864&tm=1540138634504

Granda, M. M., & Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal. (pp 117 - 136) Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=138&docID =3428884&tm=1542207586983