Расчет мощности на приемнике при дистантных измерениях в спектрофотометрии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (148) апрель 2017 г.

Дата публикации: 09.04.2017

Статья просмотрена: 57 раз

Библиографическое описание:

Земскова Е. В., Тезяев С. А. Расчет мощности на приемнике при дистантных измерениях в спектрофотометрии // Молодой ученый. — 2017. — №14. — С. 63-67. — URL https://moluch.ru/archive/148/41866/ (дата обращения: 11.12.2018).



В данной статье был произведен расчет чувствительностиприёмника, при различном расстоянии между источником и приемником для мышечной ткани и ткани головы. Расчет проведен двумя методами с использованием коэффициента DPF взятый равным 5,6–6,0 или рассчитанный по формуле. Полученные данные представлены в виде графиков, из чего был сделан следующий вывод, что сигнал полученный дистантным методом, ослабевает сильнее, следовательно, приемник излучения должен иметь определенную чувствительность.

Ключевые слова: спектрофотометрия, дистантные измерения, энергетический расчет

Спектрофотометрия биотканей позволяет получать информацию о функциональной активности биологической ткани и ее метаболизме, о работе системы транспорта кислорода. Благодаря этому спектрофотометрия биотканей занимают прочное положение в решении важных задач функциональной диагностики, а также являются активно развивающимися в настоящее время областями неинвазивной диагностики.

Важным шагом является создание спектрофотометра с возможностью дистантных измерений. В случае, когда кожный покров поврежден в следствии механического, химического или термического воздействия, данный аппарат даст возможность провести быструю, количественную и неинвазивную оценку состояния кожного покрова, что может помочь врачам в определении жизнеспособности ткани и принятие решения о дальнейшем лечении.

При разработке спектрофотометра с возможностью дистантных измерений, необходимо учитывать многие факторы, начиная от лазерной безопасности при работе с биообъектом, а также и особенности конструкции.

В данной работе будет проведен расчет мощности на приёмнике при различном расстоянии между источником и приемником.

Исходные данные

Для спектрофотометра с возможностью дистантного измерения проведем рассечёт мощности на приёмнике в зависимости от расстояния между источником и приемником для мышечной ткани и для ткани головы.

В рассматриваемом приборе излучения с длиной волны λ мощностью W от источника излучения доставляется по средствам оптической системы освещения к обследуемому биологическому объекту. Внутри биологического объекта попадающее туда излучения претерпевает многократные рассеяния на границах неоднородностей анатомической и клеточной структур, и частично поглощается составляющими биологического объекта, веществами: водой, меланином, гемоглобином крови и другие. Часть ослабленного за счет поглощения и рассеяния излучения, вследствие многократных актов рассеяния, снова выходит на поверхность, составляя так называемый поток обратно рассеянного излучения. Благодаря чему на приемник приходит световой поток определенной мощности . Так же мощность излучения, которая попадет на приемник, зависит от расстояния, на котором будут находится источник и приемник.

Проведем анализ зависимости мощности, приходящий на приемник, от расстояния между источником и приемником. воспользуемся известным выражением.

(1)

Где Wист- мощность источника излучения, Wист зависит от мощности источника и свойства биообъекта. Wист= 1÷5 мВт [1]; μa — коэффициент поглощения исследуемой биоткани, r- расстояние между источником и приемником, k- коэффициент отражения, по уже известным значениям, указанным на рис 1, рассмотрим длину волны в диапазоне от 650–900 нм. Примем среднее значение k=0.65 отн.ед.;

Рис. 1. Коэффициент отражения от поверхности кожи в зависимости от длины волны [2]

Приведенные в литературе диапазоны значений оптических параметров биотканей соответствуют интервалам: а — от 0,05 до 1 и s — от 0,1 до 1000 [3]. Типичные значения для s' сильно рассеивающих тканей (мышечной, головного мозга и др.) находятся в диапазоне от 3 до 20 , для а — от 0,1 до 0,3 [3]. Для большего удобства представим переставим данные в виде таблицы.

Мышечная ткань

Ткани головы

0.13

0.1

5

9

DPF — безразмерный дифференциальный фактор длины пути, учитывающий многократное рассеяние излучения в среде. Величина DPF для многократно рассеивающих биологических тканей, находится в диапазоне 5,6–6,0 экспериментальные исследования по определению DPF проводились A. Duncan [4]. r- расстояние между источником и приемником.

Полученные данные

При расчёте, рассмотрим 2 величины мощности источника: Wист= 1 мВт и Wист= 5 мВт;

Рис. 2. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.13 и s = 5, для мышечной ткани

Рис. 3. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.1 и s =5, для тканей головы

Если проводить более точные расчеты, то в этом случае необходимо просчитать значение DPF, которое рассчитывается по формуле:

(2)

Результаты расчёта представлены на рисунке 4 и рисунке 5.

Рис. 4. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.13 и s = 5, для мышечной ткани

Рис. 5. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.1 и s = 9, для тканей головы

Про анализируя полученным значений, можно сказать, что коэффициент DPF взятый равным 5,6–6,0 или рассчитанный по формуле (2), дает не значительные отклонения, следовательно, при расчете спектрофотометра с возможностью дистантных измерений можно использовать любой метод расчета.

Вывод: проведя данные расчеты и построив графики, можно сказать, что при увеличении расстояния между источником и приемником, мощность W(r) уменьшается, следовательно, приемник должен иметь чувствительность, позволяющую уловить сигнал, полученный дистантным методом.

Литература:

  1. ГОСТ Р 50723–94: Лазерная безопасность общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерного изделия.
  2. Dolotov L. E., Sinichkin Yu.P., Tuchin V. V., Utz S. R., Altshuler G. B., I. V. Yaroslavsky. Design and Evaluation of a Novel Portable Erythema-Melanin-Meter // Lasers in Surgery and Medicine. — 2004. — V. 34. — P. 127–135.
  3. Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. Т. 1 / Пер. с англ. под ред. В. В. Тучина. — М.: Наука, Физматлит, 2007. — 560 с.
  4. A. Duncan, J. H. Meek, M. Clemence, C. E. Elwell, L. Tyszczuk, M. Cope, D. T. Delpy. Optical pathlength measurements on adult head, calf and forearm and the head of the newborn infant using phase resolved near infrared spectroscopy // Phys. Med. Biol.. — 1995. — Vol. 40. — С. P.295–304
Основные термины (генерируются автоматически): DPF, приемник, мышечная ткань, источник, зависимость мощности, оптический параметр среды, длина волны, расстояние, ткань головы, кожный покров.


Ключевые слова

спектрофотометрия, дистантные измерения, энергетический расчет

Похожие статьи

Оптические просветления кожи и крови: перспективы...

Управление оптическими параметрами кожи является перспективным методом увеличения эффективности диагностики кожных заболеваний.

Свет этого диапазона длин волн хорошо проникает в биологическую ткань и, взаимодействуя с различными структурными и...

Исследования возможностей дистантных измерений...

калибровочный блок, измерение, имеющий параметр, мышечная ткань, параметр, кожный покров, ISS, биологическая ткань, расстояние, блок.

Определение физических параметров радиационных процессов...

По принципу действия ВОД можно разделить на группы в соответствии с тем, какой параметр оптической волны измеряется для получения

В основе использования волоконных брэгговских решеток (ВБР) лежит зависимость резонансной длины волны λ БР от...

Роль оптики при изучении параметров крови | Статья в журнале...

Оптические свойства биологических тканей отличаются спектральными оптическими свойствами в зависимости от длины волны, мощности, поляризации и других характеристик подаваемого лазерного излучения.

Применение и перспективы использования легированных...

Для создания активной оптической среды и усиления необходимы три фактора [1]

2) наличие у ионов метастабильных энергетических электронных уровней; 3) соответствие длины волны оптического сигнала полосе флюоресценции.

Использование ультразвуковых волн для измерения расстояния...

В настоящее время существует несколько методов измерения расстояния: индуктивный, оптический

Эти три величины называются динамическими параметрами пьезорезонатора.

Приемник выдает огибающую принятого сигнала на вход оконечного устройства.

Двухчастотный метод обнаружения низкоконтрастных подкожных...

Таким образом, образование целлюлита проявляется в неровности кожного покрова и плотности жировой ткани.

Для решения этой задачи выберем длину волны источника подсветки и применим систему с кросс-поляризацией.

Затухания в идеальном оптоволокне | Статья в журнале...

Практически во всех устройствах, эксплуатационных оборудованиях и системах связи один из главных параметров — это уровень сигнала.

В данной работе был проведен теоретический расчет зависимости затухания сигнала в оптоволокне от длины волны.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оптические просветления кожи и крови: перспективы...

Управление оптическими параметрами кожи является перспективным методом увеличения эффективности диагностики кожных заболеваний.

Свет этого диапазона длин волн хорошо проникает в биологическую ткань и, взаимодействуя с различными структурными и...

Исследования возможностей дистантных измерений...

калибровочный блок, измерение, имеющий параметр, мышечная ткань, параметр, кожный покров, ISS, биологическая ткань, расстояние, блок.

Определение физических параметров радиационных процессов...

По принципу действия ВОД можно разделить на группы в соответствии с тем, какой параметр оптической волны измеряется для получения

В основе использования волоконных брэгговских решеток (ВБР) лежит зависимость резонансной длины волны λ БР от...

Роль оптики при изучении параметров крови | Статья в журнале...

Оптические свойства биологических тканей отличаются спектральными оптическими свойствами в зависимости от длины волны, мощности, поляризации и других характеристик подаваемого лазерного излучения.

Применение и перспективы использования легированных...

Для создания активной оптической среды и усиления необходимы три фактора [1]

2) наличие у ионов метастабильных энергетических электронных уровней; 3) соответствие длины волны оптического сигнала полосе флюоресценции.

Использование ультразвуковых волн для измерения расстояния...

В настоящее время существует несколько методов измерения расстояния: индуктивный, оптический

Эти три величины называются динамическими параметрами пьезорезонатора.

Приемник выдает огибающую принятого сигнала на вход оконечного устройства.

Двухчастотный метод обнаружения низкоконтрастных подкожных...

Таким образом, образование целлюлита проявляется в неровности кожного покрова и плотности жировой ткани.

Для решения этой задачи выберем длину волны источника подсветки и применим систему с кросс-поляризацией.

Затухания в идеальном оптоволокне | Статья в журнале...

Практически во всех устройствах, эксплуатационных оборудованиях и системах связи один из главных параметров — это уровень сигнала.

В данной работе был проведен теоретический расчет зависимости затухания сигнала в оптоволокне от длины волны.

Задать вопрос