ELEKTRODA, SENSOR dan TRANSDUSER Zulfikar Husni Faruq1

1, Pascasarjana Jurusan Teknologi Biomedik Universitas Indonesia, Jakarta, Indonesia.

faruqolbu@gmail.com

I. PENDAHULUAN Banyak instrumen kedokteran adalah peralatan elektronik

dan harus memiliki sinyal elektrik untuk input. Ketika biopotensial harus diperoleh, beberapa bentuk elektroda digunakan digunakan antara pasien dan instrumen. Pada kasus yang lain tranduser digunakan untuk merubah non elektrikal parameter fisika atau stimulus, seperti kekuatan, tekanan atau temperatur, ke sinyal elektrikal analog yang sesuai untuk nilai parameter stimulus. Definisi sebuah transduser daam konteks ini adalah alat yang akan mengubah beberapa bentuk produksi energi oleh stimulus fisik ke elektrikal analog stimulus.

II. TRANSDUSER Kebutuhan untuk mengerti hubungan konsep transdusr dan

transducible property, transducible property adalah karakteristik fisik kejadian yang secara istimewa merepresentasikan parameter dan ditransformasikan menjadi sinyal elektrik oleh beberapa peralatan atau proses. Seperti contoh, karbon dioksida (CO2) menyerap gelombang elektromagnetik 2,7 4,3 dan 14,7 m. Meskipun air juga diserap 2,7 m merupakan derajat yang kecil/tak berarti, hal ini mungkin untuk membuat sensor infra merah (IR) yang akan merespon antara 4,3 atau 14,7 m atau tiga gelombang untuk mengukur isi gas CO2, seperti udara. Untuk mengakhiri monitor air pasang CO2 digunakan dalam terapi pernapasan, Intensive care, dan ruanganastesi, digunakan sensor infra merah. Transduser adalah proses merubah transdusible property menjadi sinyal elektrik yang dapat diinput ke sebuah instrumen.

III. SENSOR AKTIF VERSUS PASIF Terdapat penemuan ambigu dalam diskusi sensor biomedik

yaitu perbedaan antara sensor aktif dan pasif. sayangnya, teks bersaing menggunakan definisi kebalikan dari istilah ini. teks ini mengadopsi bentuk yang digunakan oleh kebanyakan orang di bidang alat medis. yang juga konsisten dengan penggunaan di daerah lain elektronik.

Sebuah sensor aktif meminta sebuah sumber elektrik ac dan dc eksternal pada daya peralatan. Seperti contoh alat ukur sensor regangan tekanan darah yang membutuhkan +7,5- V dc diatur pasokan listrik ke operator. Tanpa potensi perangsangan eksternal, tidak ada output dari sensor.

Sensor pasif, di sisi lain, menyediakan energi sendiri atau mendapatkan energi dari fenomena yang diukur. contoh adalah termokopel, yang sering digunakan untuk mengukur temperatur dalam pengaturan penelitian.

Sangat disayangkan bahwa beberapa penulis buku membalikkan definisi ini, tetapi jika definisi di atas yang diterima, Anda akan konsisten dengan penggunaan yang paling umum.

IV. SUMBER KESALAHAN SENSOR Sensor, seperti semua perangkat lain, mempertahankan

kesalahan tertentu. untuk menjaga konsistensi, kesalahan didefinisikan sebagai selisih antara nilai terukur dan nilai sebenarnya. sementara berbagai macam kemungkinan kesalahan berada di luar cakupan buku ini, mungkin sekali mereka istirahat dimana kemungkinan tersebut menjadi lima kategori dasar: penyisipan, aplikasi, karakteristik, kesalahan dinamis dan lingkungan.

A. Kesalahan penyisipan

Pada kesalahan kelas ini terjadi selama tindakan memasukkan sensor ke dalam sistem yang diukur. Hal tersebut adalah masalah yang umum pada pengukuran listrik, pada semua pengukuran. untuk contoh, ketika mengukur tegangan dalam rangkaian satu harus diyakini bahwa impedansi yang melekat pada voltmeter jauh lebih besar dibandingkan rangkaian impedansi, jika muatan sirkuit ada, dan akan membaca kesalahan yang signifikan. kemungkinan sumber kesalahan termasuk menggunakan transducer yang terlalu besar untuk sistem. (Contoh tekanan) satu yang terlalu lamban sedangkan sistem harus dinamis, atau bagian yang membuat terlalu panas yang menyebabkan energi panas yang berlebihan pada saat ditambahkan ke sistem. Pada abad kesembilan belas di Inggris lord kelvin merumuskan aturan pertama instrumentasi, yang menyatakan bahwa alat ukur tidak harus dirubah meskipun sedang dalam pengukuran.

B. Kesalahan Aplikasi

Kesalahan ini disebabkan karena operator seperti yang terkenal disebut cockpit trouble yang berhubungan mesin pesawat terbang. Lebih jauh lagi banyak kesalahan yang mungkin maka harus segera membereskan pada beberapa gambaran contoh. Kesalahan yang terlihat pada pengukuran temperatur adalah kesalahan penempatan pemeriksaan atau keliru dalam isolasi probe/pemeriksaan dari tempat pengukuran masalah yang sering terjadi pada klinik kedokteran ketika pemeriksaan digital termometer tidak meletakkan dengan baik. Seperti contoh dilihat pada aplikasi sensor tekanan darah termasuk kesalahan sistem pembersihan udara dan gas lainnya (gelembung pada garis) dan kesalahan penempatan fisik pada transduser (diatas atau dibawah garis pokok) kepala tekanan positif atau negatif dengan penambahan yang tak menentu pada pembacaan yang benar.

C. Kesalahan Karakteristik Kesalahan ini sering terjadi ketika mendiskusikan

kesalahan tanpa memenuhi sarat ketentuan. Kesalahan yang melekat pada peralatan milik sendiri, contoh perbedaan antara karakteristik fungsi transfer penerbitan ideal pada peralatan dan karakteristik aktual. Bentuk kesalahan ini mungkin termasuk nilai yang keluaran. Sebuah kesalahan condong atau kemiringan yang tidak linier sempurna.

D. Kesalahan Dinamis Banyak sensor yang digolongkan dan disesuaikan dalam

sebuah kondisi statis. Seperti contoh dengan parameter input yang salah satunya statis dan quasistatis. Banyak sensor yang uapnya/kelembapannya tebal saehingga mereka tidak akan merespon perubahan laju dalam parameter input. Seperti contoh termistor cenderung membutuhkan banyak untuk merespon perubahan fungsi langkah dalam temperatur. yaitu, termistor di equilibrum tidak akan melompat langsung ke resistensi baru jika terjadi perubahan mendadak dalam temperatur.

E. Kesalahan Lingkungan Kesalahan turunan ini berasal dari lingkungan pada saat

sensor digunakan. Sering dan banyak kejadian termasuk temperatur tetapi juga diakibatkan getaran, shok, ketinggian dari permukaan laut, pembukaan bahan kimia atau faktor lain. Faktor tersebut banyak memberikan dampak kesalahan karakteristik pada sensor dan juga sering digabungkan dengan katagori dalam aplikasi praktek.

V. SENSOR TERMINOLOGI Sensor, seperti area teknologi lainnya, mempunyai spesifik

teknologi yang harus dimengerti sebelum digunakan untuk pengaplikasian yang baik. beberapa istilah yang paling umum dibahas di bawah ini A. Sensitivitas

Sensitifitas sensor didefinisikan sebagai kurva karakteristik yang landai atau lebih umum minimum input pada parameter fisik yang akan menuliskan/membuat kemapuan mendeteksi perbahan output. Pada beberapa sensor, sensitivitas didefinisikan sebagai parameter perubahan input yang diperlukan untuk menstandarisasi perubahan output. Untuk yang lain didefinisikan sebagai output perubahan voltage untuk memberikan perubahan dalam input parameter. Contoh tipe tekanan darah transduser meungkin mempunyai peringkat sensitifitas 10 V/V/mmHg; diamana akan menjadi 10 V output volt untuk masing masing potensial aksitasi dan masing-masing milimeter pada aplikasi tekanan merkuri.

B. Kesalahan sensitivitas

Kesalahan sensitivitas adalah keberangkatan dari kemiringan ideal kurva karakteristik. Contoh tekanan transduser yang mungkin memiliki sensitivitas aktual 7,8 V/V/mmHg menjadi 10 V/V/mmHg.

C. Jarak

Jarak nilai sensor maksimum dan minimum diaplikasikan pada parameter yang dapat diukur. Sebagai contoh pemberian tekanan sensor yang mungkin memberikan jarak -400 sampai +400 mmHg. Alternativnya, jaraknya positif dan negatif sering tak seimbang. Bebearapa transduser tekanan darah dispesifikan pada minimum pada batas -50 mmHg dan maksimum +450 mmHg. Spesifikasi ini umumnya berdasarkan kejadian dan salah satu alasan dokter perawat

Gambar 1. Kurva ideal dan sensitifitas eror karena kerusakan sensor tekanan darah ketika dicobakan menggambarkan darah pada garis arteri tanpa hati-hati mengunci pipa cairan pada sistem. Sebuah jarum dapat mendesak vakum yang besar untuk menutup sistem.

D. Jarak dinamis Jarak dinamis adalah jarak total sensor dari maksimum ke minimum. yang diistilahkan pada gambar 1, Rdyn = max - min E. Presisi

Konsep presisi berhubungan dengan derajat pengukuran reprodusabilitas, dengan kata lain persisnya nilai yang sama diukur pada sebuah nilai berdasarkan waktu. Sensor yang ideal akan persis dengan output yang nilainya sama dengan setiap waktu. Tetapi sensor yang sebenarnya sebuah jarak nilai yang didistribusikan dalam beberapa cara yang relatif mendapatkan nilai aktual yang benar. Seperti contoh, jika tekanan persisnya 150 mmHg diaplikasikan ke sebuah sensor. Jika diaplikasikan tekanan tidak berubah, nilai output dari sensor akan sangat bervariasi. F. Resolusi

Spesifikasi yang mampu mendeteksi yang paling kecil pada perubahan tambahan parameter input yang dapat dideteksi dalam output sinyal. Resolusi dapat di ekspresikan sebagai salah satu pembacaan yang proporsional (atau pembacaan dengan sekala penuh) atau istilah lain absolut . G. Akurasi

Sensor akurasi adalah perbedaan maksimum yang akan keluar antara nilai sebenarnya (seharusnya diukur oleh standar primer atau standar sekunder yang baik) dan nilai indikasi pada output sensor. Akurasi dapat diekspresikan sebagai presentase skala penuh atau mutlak. H. Mengimbangi (Offset)

Kesalahan offset pada sebuah transduser didefinisikan sebagai output yang akan keluar ketika seharusanya di nol kan, alternatifnya, perbedaan antara nilai output yang sebenarnya dan nilai output yang ditetapkan berdasarkan kumpulan fakta sesuai kondisi. Sebagai contoh situasi dalam istilah gambar 6-2 akan keluar jika karakteristik kurva sudah sama kemiringan

Gambar 2. Jenis pH elektroda yang memperlihatkan sensitifitas temperatur sensitifitasnya yang disebut ideal tetapi menyebrang ke Y axis (output) pada b dari pada nol. Sebagai contoh bentuk lain adalah diperlihatkan dalam kurva karakteristik pada sebuah pH elektroda yang diperihatkan pada gambar.2. Kurva ideal hanya akan mengeluarakan pada satu temperatur (sering pada suhu 25oC), saat kurva sebenarnya berada antara batas temperatur minimum dan maksimum. Tergantung pada suhu sampel dan elektroda. I. Linieritas

Linieritas transducer adalah ekspresi keluaran pada kurva aktual yang diukur pada sebuah penyimpangan sensor dari kurva ideal. Pada gambar 3 mamperlihatkan hubungan yang agak berlebihan antara ideal, kuadrat yang sesuai, garis dan diukur actual. Atau kalibrasi, garis (dalam banyak kasus, kurva statik digunakan penentuan lineritas, dan ini mungkin agak menyimpang dari linieritas dinamis). Linieritas seringkali di spesifikan dalam istilah presentase non linieritas, yang didefinisikan sebagai:

Nonlineritas (%) = ()

X 100 (1) Dimana Nonlinieritas (%) = presentase non linier Din(max) = deviasi simpangan input maksimum Ins = skala penuh input maksimum. Statistik non linier persamaan 1 seringkali subjek merupakan faktor lingkungan, termasuk suhu, getaran, tingkatan akustik noise, dan kelembapan. Hal ini sangat penting untuk mengetahui apa kondisi sepesifik adalah valid, dan keberangkatan diawalai dari kondisi yang mungkin hasil linernya tidak berubah. J. Histersis Sebuah transduser mampu mengikuti perubahan tanpa memperhatikan parameter input dari arah mana perubahan itu diakukan.; histeresis adalah ukuran properti ini. Pada gambar

Gambar. 3. ideal versus kurva diukur menunjukkan kesalahan linearitas 4 memperlihatkan tipe kurva histeresis. sebagai catatan bahwa hal tersebut penting dari arah mana perubahan dilakukan. mendekati nilai masukan tetap (point B pada gambar 4) dari nilai yang lebih tinggi (Point P) akan menghasilkan indikasi yang berbeda dari mendekati nilai yang sama dari nilai laser (point Q atau nol). Catatan bahawa nilai input B dapat di representasikan oleh F(x)1, F(x)2, atau F(x)3 yang bergantung pada nilai kedekatan sebelumnya- jelas kesalahan karena hysteresis. K. Waktu Respon

Sensor tidak dapat merubah model bagian output ketika terjadi perubahan pada sebuah parameter input . agaknya, ini akan merubah kepada bagian baru yang berlebihan pada sebuah periode waktu yang disebut respon waktu (Tr dalam gambar 5). Respon waktu dapat didefinisikan sebagai waktu yang diminta untuk sebuah sensor output untuk merubah dari bagian sebelumnya ke nilai akhir yang sudah mapan dalam toleransi kelompok nilai baru yang sebenarnya. Pada konsep ini berbeda dari dugaan pada waktu konstan (T) sistem. Istilah ini dapat didefinisikan sebagai cara yang sama untuk harga sebuah kapasitor setiap resistansi dan pada umumnya kurang dari pada respon waktu.

Gambar 4. Kurva histeresis

Gambar 5. (a) Definisi waktu naik; (b) definisi waktu turun Pada kurva 5 memperlihatkan dua dua tipe respon waktu. Pada gambar 5 A kurva merepresentasikan mengikuti waktu respon yang mendandak perubahan fungsi langkah yang positif pada input parameter. Bentuk yang memperlihatkan gambar 5b kekurangan waktu (Td membedakan bentuk Tr, untuk mereka yang tidak slalu sama) pada respon untuk sebuah prubahan fungsi tahap negatif pada input parameter. L. Linieritas Dinamis

Linearitas dinamis pada sensor adalah mengukur kemampuan mengikuti perubahan aliran pada input parameter. Karakteristik distorsi amplitudo, fase distorsi karakteristik, dan respon waktu sangat penting menentukan linieritas dinamis. Pemberian sebuah sistem pada histeresis rendah (selalu diperlukan ), respon amplitudo direpresentasikan oleh:

F(x) = ax + bx2 + cx3 + dx4 + ...+ K (2)

Pada penjumlahan diatas , istilah F(x) ada lah output sinyal,

saat x mereperesentasikan parameter input dan harmonik, dan K merupakan pengganti konstanta (jika ada). Harmonik menjadi penting ketika menghasilkan harmonik error oleh aksi sensor jatuh menjadi band frekuensi yang sama sebagai harmonik alami yang diproduksi oleh aksi dinamis pada input parameter. Semua bentuk gelombang yang berkelanjutan direpresentasikan oleh fourier series pada fundamental sin harmonik saat ini. Pada gambar 6-6a, kurva kalibrasi. ( sebagai garis titik) adalah asimentris, jadi hanya odd harmonik yang keluar. Asumsi bentuk ideal kurva adalah F(x) = mx + K untuk asimetis adalah.

F(x) = ax + bx2 + cx3 + dx4 + ...+ K (3)

Gambar. 6. Kurva sinyal input dan output. (a) kesalahan kuadratik; (b) kesalahan kubik Pada tipe kalibrasi kurva (gambar 6-6b), indikasi nilai

simentris yang ideal adalah mx = K kurva. Dalam kasus ini f(x) = -f(-x) dan bentuk persamaan adalah

F(x) = ax + bx3 + cx5 + ...+ K (4)

Sekarang kami akan memperlihatkan beberapa taktik dan

kriteria proses sinyal yang dapat di adaptasi untuk aplikasi kedokteran yang dapat memperbaiki pengumpulan data yang alami dari sensor.

VI. TAKTIK DAN PROSES SINYAL UNTUK PENINGKATAN PENGINDRAAN

pemilihan sensor dan sirkuit yang dapat menghubungkan kepada mereka yang bisa pergi sepanjang jalan kemana saja dan memastikan bahwa data yang diperoleh akan akurat mewakili fenomena fisika atau peristiwa yang terdeteksi.

Operasi yang patut dalam sebuah lingkungan input yang dinamis, sensor dipilih seharusnya mempunyai kurva respon yang bertingkat. Contohnya distorsi amplitudo bebas, phase distorsi fase. (yang hampir invaribel penyebab amplitudo distorsi), jarak dan resonansi.

Perhatian pada masalah ini fokus pada frequency response pada sistem sensor dan proses sinyal. Pada gambar 6-7 memperlihatkan sistim linier yang sempurna dimana keuntungannya adalah konstant pada sepanjang spektrum frekuensi. sebagai contoh pada sistem ideal DC to daylight dan seterusnya. tetapi sitem nyata tidak dapat memiliki karakteristik tersebut. pada gambar 6-7 b memperlihatkan tipe respon frekuensi yang mungkin ditemukan pada sistem yang nyata. pada contoh ii, gangguan pada flat antara 2 frekuensi dan di atas wilayah kinerjanya yang mirip dengan kasus ideal.

tetapi sementara pada point ini memberi definisi flat region adalah jika dikonversi dianggap sebagai frekuensi (FL dan FH) pada saat gain fall off pada 70,7 % dimana gain ini dalam wilayah yang datar. poin ini diketahui sebagai poin -6 dB dalam sistem voltase dan poin -3 dB dalam sistem kekuatan.

ketika respon frekuensi tidak spenuhnya datar, satu yang dapat diharapkan untuk menemukan fase distorsi. gambar 7c memperlihatkan situasi pada saat terjadi perubahan fase pada sistem dimana sebuah fungsi linier pada frekuensi ( garis solid) dan di mana hal itu adalah fungsi nonlinear frekuensi (garis titik-titik)

ketika dapat melihat efek fase distorsi dalam sedikit pengertian yang sederhana. sebagai contoh, output pada sensor ideal dalam merespon langkah perubahan fungi untuk mengukur inpit parameter. jika proses sinyal elektronik dan mekanisme sensor sendiri idelnya sempurna, kemudian hanya efek perubahan yang dipindahkan dalam waktu (T), dapat dilihat pada gambar 8 b. Disana tidak akan di distorsikan menjadi bentuk gelombang. Tetapi dalam kehadirannya pada fase distorsi, gelombang tidak hanya waktu pengungsi tetapi juga terdistorsi. gambar 8c dan 8d memperlihatkan dua bentuk distorsi yang dapat terjadi dengan fase nonlinier.

Gambar 7. karakteristik ferkuensi respon: (a) wideband; (b) band-pass; (c) Tipe untuk sebuah sensor

Gambar 8. (a) Gelombang Kotak; (b) penundaan perambatan; (c) rolloff frekuensi rendah; (d) cincin

Gambar. 9. Karkteristik respon band pass filter

Sedikit perbedaan yang diperlihatkan pada foenomena yang sama yang diperlihatkan pada gambar 9 dan 10. Mempertimbangkan sebuah sistem pada saat bandwidth dapat divariasikan penyebrangannya pada batas yang umum, diwakilkan oleh kurva a, b, dan c pada gambar 9. kurva c mewakilkan banyak bersifat karena membatasi respon tajam pada frekuensi rendah dan tinggi, saat kurva a bersifat membatasi. sebagai catatan gambar 10 adalah macam macam respon untuk tiga bandwidth yang diwakilkan dalam gambar 9.

kurva ini dapat disimulasikan oleh evaluasi respon untuk bentuk gelombang pada jaringan filter kapasito dan resistor (RC). Pada faktanya, satu permasalahan ketika menggunakan filter elektronik adalah efek poin -6 dB saat diaplikasikan ke gelombang.

Satu yang mungkin diasumsikan dengan tidak menentunya dari pembahasan di atas bahwa perancang instrumen harus memilih amplifier dengan band selebar yang memungkinkan sehingga tidak terjadi bandwidth menyebabkan masalah yang lainnya dan tidak separah yang harus diselesaikan. seperti contoh, noise yang proporsional untuk bandwidth. ini memungkinkan untuk mengeliminasikan masalah noise, ditambah beberapa masalah sinyal input, seperti cincin atau resonansi, oleh seleksi yang pantas pada poin pemotongan frekuensi respon. Dengan demikian pemilihan bandwidth amplifier dan fase karakteristikdistorsi adalah penukaran antara kebutuhan untuk membuat keakuratan yang tinggi pada pencatatan kejadian input dan dan masalah yang lainnya yang dapat terjadi pada sistem.

Gambar. 10. Kurva respon untuk sebuah gelombang kotak (a).

VII. ELEKTRODA UNTUK MERASAKAN BIOPOTENSIAL Bioelectricity adalah sebuah foenomena kejadian secara

natural yang timbul dan terdapat dari organisme yang mengubah ion dalam kuantitas perbedaan yang bermacam macam. Ion conduction berbeda dari electronic conduction, yang mungkin lebih familiar atau biasa didengar oleh para teknisi atau teknologist. konduksi ion menyertakan migrasi ion molekul beban ion positif dan negatif- disepanjang wilayahnya, dimana menyertakan elektronik konduksi yang mengalirkan elektron dibawah pengaruh bidang elektrik. didalam sebuah electrolytic solution, ion dengan mudah ditemukan. terjadi perbedaan potensial ketika konsentrasi ion berbeda antara dua point.

ketika berhadapan dengan ion konduksi pada kedalaman, kamu akan menemukan secepatnya yang sangat komplek, fenomena non linier. tetapi untuk aplikasi sinyal kecil, dimana hanya ada aliran arus sangat kecil, meragakan sebagai aliran pada arus elektik antara poin perbedaan potensial adalah perintah pendekatan yang adil.

Ahli kimia akan menemukan kekuranan model kecuali dalam banyak kelas dasar, tetapi membutuhkan pengetahuan yang lebih besar dari pada spesialis instrumentasi. Saat banyak substansi aliran arus merubah situasi seluruhnya dan model yang lebih tinggi dari yang dibutuhkan.

bioelektroda adalah kelas sensor yang ion transduce nya untuk konduksi elektronik jadi sinyal dapat diproses melalui rangkaian elektronik. biasanya tujuan bioelktroda adalah untuk memperoleh sinyal bioelektrik medikal secara signifikan. sebagai contoh elektrokrdiografi (EKG), elektroencephalografi (EEG) dan elektromiografi (EMG). kedua klinisi dan peneliti mencontohkan penemuan yang mudah ditemukan, meskipun dalam kasus keduanya sama. Banyak contoh bioelectrikal sinyal yang diperoleh dari satu dari tiga bentuk elektroda: surface macroelectrode, indwelling macroelectrodes, dan microelectrode. pertama dan yang kedua umum digunakan pada invivo, dan yang lainnya digunakan pada invitro. Disini kami akan mendiskusikan kemampuan bioptensial dengan tipe elektroda yang umum diguakan pada

Gambar 11. Elektroda logam yang ditenggelamkan dalam larutan elektrolit instrumentasi biomedik.pengenalan dalam diskusi ini adalah generik dan representatif, bukan ekshaustif, untuk subjek yang cukup kompleks.

A. Elektroda potensial

Pada kulit dan jaringan yang lainnya pada organisme yang

ordenya lebih tinggi, seperti manusia, elektrolit dapat dimodel menjadi larutan elektrolit. dalam beberapa model larutan memperlihatkan garam, mencerminkan fakta bahwa manusia mirip dengan air garam pada seluruh komposisi. pada gambar sebuah metalik elektroda dibenamkan dalam larutan elektrolit (gambar 11). meskipun secara seketika setelah dibenamkan, elektroda akan mengawali pemberhentian beberapa metalik ion menjadi larutan. saat beberapa ion dalam larutan dimulai dengan kombinasi dengan metalik elektroda. Hal ini merupakan fenomena kimia yang menyepuhkan listrik (electroplating) dan proses menjadikan kutup positif (anodizing) sebagai dasar kerjanya.

Setelah beberapa saat, harga grasien terbangun dan menciptakan perbedaan potensial, atau potensial elektroda (Ve dalam gambar 11), atau Helf-cell potential. Perbedaan potensial dapat disebabkan oleh perbedaan konsentrasi pada sebuah tipe ion tunggal. sebagai contoh, jika kamu mempunyai dua positif ion (++) dalam satu lokasi, (Call A) dan ion positifnya tiga (+++) pada lokasi yang lain (Cell B) dibandingkan akan ada selisih bersih dari 3 -2, atau 1, dengan titik B maka akan menjadi lebih positif dari pada titik A. dua reaksi dasar akan di ambil tempat oleh elektroda penghubung. sebuah reaksi oksidasi yang terlibat adalah metal - elektron + metal ion; sebuah reaksi reduksi yang terlibat adalah elektron + ion metal - > metal.

sebuah fenomena ompleks memperlihatkan pada hubungan antara elektroda metal dan elektrolit. ion bermigrasi kearah satu sisi pada wilayah yang lainnya, bentuk dua lapisan paralel ion yang harganya berlawanan. Pada wilayah ini disebut dengan lapisan elektoda dobel, dan perbedaan ion adalah sumber elektroda atau half-cell potential (Ve). Perbedaan material dapat dilihat perbedaan half-cell potential, seperti tabel 1.

Tabel 1. Helf-cell potential elemen umum Gmabar 12. Logam yang berbeda direndam dalam larutan elektrolit umum yang menghasilkan potensi diferensial

Oleh persetujuan ilmuan internasional, poin referensi nol

ketika membuat pengukuran half-cell potential adalah elektroda hidrogen-hidrogen (H-H) yang menugaskan sebuah half-cell potential zero volt oleh konvensi. semua elektroda half-cell potential yang lainnya diukur kembali oleh referensi nol H-H. half-cell potential menyebutkan beberapa memberi kan elektroda yang perbedaan potensialnya antara elektroda yang sebenaranya dan referensi elektroda H-H.

Sekarang mempertimbangkan apa yang terjadi ketika dua elektroda (cell A dan B), membuat ketidak serupaan metal , ditenggelamkan dalam larutan elektrolit yang sama (gambar 12). Masing masing elektroda akan memamerkan kepemilikan half-cell potential ini. (Vea da Veb) dan jika dua metal benar benar tidak sama maka dua potensial akan dibedakan (Vea Veb). Karena dua half-cell potential berbeda, dimana ada perbedaan potensial bersih (Ved) antara mereka, yang disebabkan oleh arus elektronik (Ie) untuk arus rangkain eksternal yang diteruskan. Perbedaan potensial, kadang disebut electrode offset potential, urutan pertama pendekatan untuk kasus sinyal kecil dapat didefinisikan sebagai

Ved = Vea Veb (5)

Sebagai contoh, pada kasus elektroda emas (Au+)

ditenggelamkan dalam elektrolit yang sama sebagai elektroda perak (Ag+). dalam situasi

Ved = Ve(au) Ve(ag) (6)

Ved = (+1,50 V) (+0,80 V) (7)

= +0,70 V

atau dalam kasus dapat dilihat kasus pada (Cu++) dan perak (Ag+), yang dapat mengeluarkan dengan tak menentu dalam rangkaian elektronik yang digunakan tembaga untuk menghubungkan kawat,

Ved = Ve(ag) Ve (Cu) Ved = (+0,80 V) (+0,34 V) (8) = 0,46 V

elektroda potensial penggnti akan di nolkan ketika dua elektroda terbuat identik dari material, yang biasanya menyebabkan merasakan bioelektrik.

Perhatian harus diberikan pada seleksi material ketika mendisain elektroda untuk merasakan bioelektrik. Pilihan material akan berpengaruh pada helf-cell dan pengganti potensial. Disamping itu huruf awal merupakan ketergantungan material, sebenarnya half-cell potential diperankan oleh beberapa elektroda yang mungkin merubah lebih lambat dengan waktu. Beberapa material dapat terlihat baik dengan inisialya tetapi dapat digunakan, seperti perubahan besar dengan waktu dan lingkungan kimia yang menyumbangkan hampir tidak berguna dalam praktek aplkasi.

Dimana dua katagori umum pada kombinasi material. Sebuah elektroda perfectly polarized atau perfectly nonreversible adalah satu di mana tidak ada transfer bersih dari muatan di antarmuka elektrolit logam. Pada elektroda ini hanya satu dari dua tipe reaksi kimia yang dapat terjadi. Perfectly nonpolarized dan perfectly reversible adalah satu dari tiga yang dapat mentransfer tanpa hambatan yang harganya antara logam elektroda dan elektroda. Meskipun situasi mengidealkan diperoleh dalam realitanya, harus diperhatikan pemberian pemilihan elektroda yang benar. Pada umumnya, kami harus menyeleksi elektroda reversibel, seperti perak-perak klorida (Ag-AgCl).

Cairan tubuh sangat korosif untuk metal, jadi tidak semua material dapat digunakan untuk merasakan bioelektrik. Dalam Penambahan, beberapa material yang bentuknya elektroda reversibel (zink-zink sulphate) adalah racun yang ditinggalkan pada jaringan dan menjadi tak terpisahan. Untuk alasan ini, material seperti logam mulia (emas dan platinum), beberapa tungsten campuran, silver-silver cklorida, dan sebuah material disebut platinum-platinum hitam digunakan untuk membuat elektroda biopotensial praktek. Pada umumnya kedokteran menggunakan permukaan yang sederhana pada rekaman biopotensial, elektroda perak-perak klorida banyak dan sering digunakan. kecuali ada penetapan sebaliknya.

Gambar 13.elektroda biomedis Perak-Perak Klorida

Pada gambar 13 memperlihatkan mengapa elektroda perak-perak klorida populer dengan desain instrumentasi kedokteran. elektroda ini terdiri dari sebuah tubuh perak yang terdapat sebuah layar kecil silver klorida yang disimpan. Perak klorida menyediakan dua jalan bebas untuk menukarkan ion Ag+ dan CL- , jadi bentuk layar tidak dobel. Ketika dalam pemabrikan elektroda perak-perak klorida membutuhkan penggunaan spektroskopis murni perak untuk proses. seperti perak 99,999% murni, dibandingkan dengan tukang emas dan tukang perak biasa yang hanya 99,9% murni. catatan: sejatinya perak adalah 92,5% perak dan 7,5 % tembaga.

B. Model Rangkaian Elektroda

Gambar 14 memperlihatkan model rangkaian elektroda permukaan biomedis. Model ini lebih atau kurang cocok dengan rangkaian elektroda ECG dan EEG. Pada rangkaian ini perbedaan amplifier digunakan untuk proses sinyal dan akan membatalkan efek elektroda helf-cell potential Vea dan Veb. Resistensi Rr diwakilkan dengan resistensi internal pada tubuh, yang mempunyai tipe keluaran rendah. Biopotensial sinyal diwakilkan sebagai perbedaan voltage, Vd. Resistansi yang lainnya dalam sirkuit yang mewakili resistensi pada pada kontak yang menghubungkan kulit elktroda. Keheranan aspek pada gambar 14 adalah nilai biasa yang diasosiasikan dengan kapasitor CIA dan CIB. Saat beberapa kapasitansi adalah diharapkan normal, seringkali orang orang dikejutkan unuk mempelajari bahwa kontak kapasitansi dapat mencapai nilai umum microfarads. (nilai 10 F seringkali disebutkan).

Ketika dua atau lebih elektroda digunakan bersamaan, meskipun selalu hampir selalu terjadi dalam rekaman fisiologis, Perbedaan voltage antara mereka adalah dua penjumlahan Algebraic. Dalam gambar 14 b dimana dua elektroda, A dan B, memproduksi voltage Va dan Vb. Perbedaan voltage Vd adalah Va Vb.

C. Potensial Elektroda Penyebab Masalah Pada Rekaman

Elektrodan half-cell potential dapat menjadi masalah serius padapenerimaan sinyal bioelektrik karena ada perbedaan yang besar antara DC potensial dan biopotensial. Pada jenis half-cell peotential untuk elektroda biomedis adalah 1,5 V, saat biopotensial lebih dari 1000 kurang dari waktu helf-cell potential. Manifestasi permukaan sinyal ECG adalah 1 2 mV, sementara potensi EEG kulit kepala berada di urutan 50V. Maka, voltase elektroda half-cell adalah 1500 waktu lebih besar dari puncak potensial ECG dan 30.000 waktu lebih besar dari sinyal EEG.

Desain instrumen harus tersedia sebagai strategi untuk menanggulangi efek menyeluruh mengganti kerugian half-cell potential karena bentuk half-cell potential memperbesar komponen DC untuk menit sinyal voltase. Maka dibutuhkan strategi yang tepat yang menggunakan kombinasi pendekatan berikut:

1) Kami dapat menggunakan perbedaan amplifier DC untuk memperoleh sinyal. Jika elektroda adalah identik, maka half-cell potential harusnya sama. Secara teoritis, pada akhir, potensial sama akan diperlihatkan sebagai sebuah mode potensial umum yang tunggal maka

Gambar 14. Elektroda biomedis. (a) model rangkaian untuk elektroda biomedis; (b) dua elektroda biomedis yang memproduksi sebuah perbedaan voltase

dengan demikian akan membatalkan pada output. Peabatasan pada pendekatan ini adalah gain yang diperlukan untuk proses sinyal level rendah juga bertindak atas perbedaan yang kecil antara 2 half-cell potential. Sebuah perbedaan 1 mV antara 2 helf-cell potential hanya total 0,1% - memperlihatkan seperti beberapa 1 mV sinyal DC yang lain pada gain 100 amplifier ECG.

2) Rangkaina penerimaan sinyal harus didisai untuk menyediakan voltase perhitungan yang disajikan untuk membatalkan elektroda helf-cell potential. Sementara pendekatan ini memiliki daya tarik tertentu yang dibatasi olrh fakta bahwa perubahan hel-cell potential dengan waktu dan gerakan relatif antara kulit dan elektroda. Gerakan elektroda dapat menyababkan garis dasar yang ramai dan bermacam macam.

3) Kami dapat merangkaikan AC amplifier input. Pendekatan ini membolehkan perpindahan komponen sinyal dari DC offset. pilihan ini mungkin yang paling menarik- khususnya ketika variasi DC offset frekuensi yang jauh lebih rendah dari pada sinyal frekuensi komponen. Dalam hal ini, -3 dB adalah batasaan respon frekuensi normal yang dapat digunakan untuk menyesuaikan rendaman variasi pada DC offset.

Dalam beberapa aplikasi biomedis, komponen sinyal lebih

dekat ke DC. sebagai contoh, kandungan frekuensi pada sinyal ECG adalah 0,05 sampai 100 Hz. Pada peralatan ECG kedokteran seseorang dapat diharapkan untuk menggeser baseline setiap kali pasien bergerak di sekitar di tempat tidur.

Dalam Banyak kasus, opsi pertama dan ketiga dipilih untuk amplifier biopotensial. Pengguna akan membutuhkan. AC-couple, perbedaan amplifier input untuk penerimaan sinyal

VIII. ELEKTRODA PERMUKAAN MEDIS Permukaan elektroda adalah tempat dimana elektroda

ditempatkan di kulit, dalam kelompok ini juga adalah elektroda jarum ukuran tertentu yang mencegah mereka yang dimasukkan dalam satu sel. Beberapa dasar untuk termasuk memasukkan jarum elektroda dibawah rubrik Idwelling electrode, tetapi umumnya tidak praktis untuk biomedical engineering

Permukaan elektroda (jarum elektroda) berbeda beda untuk diameternya dari 0,3 sampai 5 cm, dengan sebagian besar berada di range 1 cm. Kulit manusia memelihara agar mempunyai perbandingan impedansi tinggi dengan sumber voltase yang lain. Jenis ini pada imedansi normal dikulit dapat dilihat oleh elektroda, berbeda beda dari 0,5 k untuk permukaan kulit berkeringat dan lebih dari 20 k untuk permukaan yang kering. Masalah kulit khususnya kering, bersisik, penyakit kulit, mungkin menjangkau impedansi pada range 500 k. Pada beberapa kejadian, kita harus memperlakukan elektroda permukaan sebagai sumber voltase impedansi yang sangat tinggi.- faktanya pengaruh serius desain biopotensial amplifiers biopotensial sekuriti,. Pada banyak kasus, peraturan untuk amplifiers voltase adalah untuk membuat input impedans amplifiers kurang 10 kali sumber impedansi. Untuk biopotensial amplifiers kebutuhannya 5M atau lebih input impedansi- sebuah nilai yang mudah didappatkan menggunakan salah satu premium bipoar, (BiFET), atau (BiMOS) amplifiers oprasional.

A. Tipe Elektroda Permukaan Medis (Medical Surface

Electrode) Bermacam macam elektroda yang mempunyai desain

untuk memperoleh sinyal biomedis. Mungkin lebih tua dari elektroda ECG pada penggunaan klinis. (lihat gambar 15 a). Elektroda ini adalah 1 2 sqin. brass plate yang di tempatkan pada tali karet. Gel konduktor atau pasta digunakan untuk mengurangi impedansi atara elektroda dan kulit.

Gambar 15. Tipe elektroda ECG (a) Elektroda tali pengikat; (b) Elektroda cekungan penghisap

Bentuk dihubungkan elektroda ECG adalah elektroda mangkok sedot yang dapat dilihat pada gambar 15b. Alat ini digunakan sebagai elektroda dada pada rekam EKG jangka pendek. Untuk rekaman jangka panjang atau monitoring, seperti monitoring terus menerus di sebuah pasien rumah sakit pada serangan jantung dan pelayanan intensif, pasta pada kolom elektroda digunakan sebagai pengganti.

Sebuah Jenis kolom elektroda memperlihatkan menurut bagan pada gambar 16; contoh fotografi diperlihatkan pada gambar 16b. Elektroda terdiri dari perak-perak klorida metal yang dikancing di atas lubang kolom yang diisi dengan konduktif gel atau pasta. pertemuan tersebut terjadi ditempat busa yang dilapisi karet perekat disk.

Penggunaan kolom isi gel atau isi pasta memegang elektroda logam yang sebenarnya dari permukaan utnuk mengurangi gerak artefak. Untuk alasan ini lah maka elektroda pada gambar 16 lebih disukai untuk monitoring pasien rumah sakit.

sebuah bentuk yang tepat pada kolom elektroda seringkali digunakan dalam monitoring situasi tiga blok elektroda. Blok adesif mempunyai area permukaan 20 sampai 30 sq in. dan mengandung tiga elektroda EKG (dua dibedakan sebagai elektroda pengambil sinyal dan satu lagi sebagai elektroda referensi) dalam 1 paket. Mereka menyediakan elektroda yang tepat untuk monitorig, meskipun untuk penggunaan diagnostik, walaupun lebih menyukai elektroda tradisional. Tiga elektroda pad adalah unit pakai sementara yang dibuang setelah digunakan.

Gambar 16. Elektroda kolom. (a) memotong sisi tampilan; (b) yag

terpopuler jenis busa yang didukung kolom elektroda

B. Masalah dengan Elektroda Permukaan.

Masalah pada umumnya diasosiasikan dengan elektroda permukaan pada semua tipe. Salah satu masalah dengan kolom elektroda yang kesulitan menempel dalam waktu yang lama pada permukaan kulit yang basah atau lembab. Pengguna juga harus menghindari penempatan elektroda pada keadaan permukaan yang terlihat tulangnya. Pada umumnya, wilayah gemuk pada dada dan perut dipilih untuk penempatan elektroda. Bermacam macam rumah sakit memiliki perbedaan dalam protokol untuk perubahan elektroda, tetapi pada umumnya, elektroda diubah pada setiap 24 jam. Pada beberapa rumah sakit, tempat elektroda dipindahkan dan elektroda diubah- satu kali setiap 8 jam saat pergantian perawat untuk menghindari iskemia pada kulit tempat menempel.

Meskipun hampir semua bentuk elektroda dapat digunakan dalam situasi perekaman waktu yang singkat, monitoring pada waktu yang lama kemungkinan sedikit lebih sulit. Salah satu masalah yang signifikan adalah perpindahan artefak (komponen sinyal palsu), yang terjadi oleh karena perpindahan pasien dan dilakukan oleh komponen elektrik kecil dari bioelektrik sinyal pada otot tulang pasien dan komponen yang lebih besar pada perubahan pada hubungan antara elektroda dan kulit. Gerakan artefak menjadi lebih buruk seiring waktu dan pasta atau gel mengering.

Untuk rekaman jangka pendek, perpindahan artefak sedikit praktis penting karena banyak pasien dapat berbaring diam untuk cukup waktu yang lama untuk membuat rekaman. Tetapi pada ruang intensif dan serangan jantung membutuhkan untuk melakukan monitoring dalam jangka waktu yang lama dan merekamnya sinyal ECG, sehingga masalahnya menjadi lebih akut.

Banyak mekanisme pada umumnya yang menciptakan sinyal artefak adalah elektroda slip. Jika slip elektroda, dari ketebalan lapisan jelly atau pasta berubah tiba-tiba dan perubahan ini tercermin sebagai perubahan kedua impedansi elektroda dan elektroda offset potensial. Efek luar menghasilkan artefak dalam sinyal yang direkam dan mungkin bisa mengaburkan sinyal nyata atau diartikan sebagai bioelectric bahkan oleh dirinya sendiri. dalam kasus yang pertama, orang-orang medis mungkin akan mengenali Artifak, mereka umumnya cukup baik dalam membedakan artefak kotor yang memunculkan anomali serupa asli berdasarkan fisiologis. Pada kasus terakhir, artefak dapat menyebabkan salah tafsir dari bentuk gelombang dari isi informasi.

Beberapa upaya telah dilakukan untuk memecahkan masalah gerakan artefak dengan mengamankan elektroda yang lebih erat pada kulit pasien. pita perekat kadang-kadang digunakan untuk membantu elektroda pada penempatan, namunhanya bekerja sementara waktu saja yang kemudian elektroda akan menjadi longgar, dalam satu atau dua jam masalah kembali muncul.

Solusi lain yang populer melibatkan penggunaan sedikit kasar (berduri) untuk elektroda permukaan dengan cara meletakkan (menggali) di bawah lapisan luar kulit bersisik.

tetapi elektroda ini sering membuat pasien tidak nyama, dan biasanya gagal untuk memecahkan masalah sama sekali.

Gerakan artefak sangat yang parah di EKG laboratorium pengujian stres. pasien berjalan di atas treadmill sambil sistem pemantauan mencatat bentuk gelombang EKG. Elektroda kolom tidak cukup baik dalam mengatasi artefak gerak, tapi tetap saja sering diperlukan untuk staf medis melakukan tes untuk membersihkan dan perlahan mengelupas kulit di mana tempat elektroda terpasang.

C. Jarum Elektroda

elektroda permukaan dibahas sejauh ini adalah non

invasif. yaitu, mereka meletakkan pada kulit tanpa menusuk. Pada gambar 17 menggambarkan elektroda jarum. jenis EKG elektroda dimasukkan ke dalam jaringan langsung di bawah kulit dengan menusuk kulit pada sudut miring yang besar (Contoh, dekat ke horizontal sehubungan dengan permukaan kulit). elektroda jarum hanya digunakan untuk kulit yang sangat buruk, terutama pada pasien dibius. Infeksi merupakan masalah dalam kasus ini, sehingga jarum elektroda yang baik harus sekali pakai (satu penggunaan waktu) atau disterilkan dalam gas etilen oksida.

D. Indwelling electrode

Indwelling electrode dimaksudkan untuk dimaksudkan ke dalam tubuh ke dalam lapisan bawah kulit. Indewelling electrode biasanya kecil, terpapar kontak logam di ujung yang panjang, berisinggungan dengan kateter (gambar 18). Dalam satu aplikasi, elektroda berulir melalui pembuluh darah pasien (biasanya di lengan kanan) ke sisi kanan jantung untuk mengukur gelombang intrakardiak EKG. Beberapa amplitudo rendah, fasilitas frekuensi tinggi menjadi terlihat hanya pada saat indeweeling electrode digunakan.

Gambar 17. Elektroda jarum EKG

Gambar 18. Indewelling elektroda

E. EEG Elektroda Otak menghasilkan sinyal bioelektrik yang dapat diambil

melalui elektroda permukaan yang melekat pada kulit kepala. Elektroda ini akan terhubung ke amplifier EEG yang mendorong ke salah satu osiloskop atau strip chart recorder. Elektroda EEG yang khas adalah jarum, seperti pada gambar 17, tetapi dalam banyak kasus itu memiliki diameter 1 cm cekungan disc yang terbuat salah satu dari emas atau perak. Elektroda disc ditempatkan pada pasta tebal yang sangat konduktif, atau pada ikat kepala dalam aplikasi monitoring tertentu.

IX. MIKROELEKTRODA microelectrode adalah perangkat ultrafine yang digunakan

untuk mengukur biopotentials pada tingkat sel (gambar 19). Dalam prakteknya, microelectrode menembus sel yang direndam dalam cairan tak terbatas (seperti garam fisiologis), yang pada gilirannya terhubung ke elektroda referensi. meskipun beberapa jenis microelectrode kebanyakan adalah salah satu dari dua bentuk dasar: kontak logam atau diisi cairan. Pada kedua kasus, permukaan kontak yang terbuka sekitar 1 sampai 2 m (1 m = 10-6 m) yang berada dalam kontak dengan sel. seperti yang diharapkan, fakta ini membuat microelectrode perangkat impedansi sangat tinggi.

Gambar 20 memperlihatkan konstruksi tipe mikroelektroda gelas logam. Platinum atau tungsten kawat yang sangat halus menyelinap pas melalui 1,5 hingga 2 mm kaca pipet. ujung tergores dan kemudian api dibentuk lancip dengan memperlihatkan sudut yang dangkal. Elektroda kemudian dapat dihubungkan ke satu input dari penguat sinyal. ada dua subcatagories dari jenis elektroda. dalam satu jenis, ujung logam rata dengan ujung lancip pipet, sementara di sisi lain, lapisan tipis dari kaca diliputi poin logam. Lapisan kaca ini begitu tipis sehingga memerlukan pengukuran dalam angstrom dan secara drastis meningkatkan impedansi dari perangkat.

Gambar 19. Mikroelektroda EKG tang mengukur potensial seluler.

Gambar 20. Elektroda logam gelas Cairan yang mengisi microelectrode ditunjukkan pada

Gambar 21. dalam jenis ini, pipet kaca diisi dengan larutan kalium klorida 3M (KCL), dan ujung besar dibatasi dengan sumbatan perak perak klorida. ujung kecil tidak perlu dibatasi karena pembukaan 1 m cukup kecil untuk memuat cairan.

Gambar 22 menunjukkan sirkuit setara disederhanakan untuk microelectrode (mengabaikan kontribusi elektroda referensi). Analisis rangkaian mengungkapkan masalah akuisisi sinyal yang disebabkan oleh komponen RC. Resistor R1 dan kapasitor C1 adalah hasil dari efek antarmuka elektroda/sel dan sangat tergantung pada frekuensi. Nilai ini jatuh ke titik yang dapat diabaikan pada tingkat 1 / (2F)2 dan pada umumnya jauh lebih rendah daripada Rs dan C2.

Gambar 21. Mikroelektroda yang berisi cairan

Gambar. 22. Rangkaian mikroelektroda ekuivalen

Resistansi Rs pada gambar 22 adalah resistensi menyebar pada elektroda dan fungsi ujung diameter. Nilai Rs dalam logam mikroelektroda tanpa lapisan gelas kira kira adalah:

Rs =

(9)

dimana Rs adalah resistensi dalam ohm () P adalah resistifitas elektroda (contoh 70 cm untuk

larutan garam fisiologis) r adalah ujung radius ( jenis 0,5 m untuk sebuah 1 -

m mikroelektroda) Asumsi jenis nilai diatas, jumlah resistensi sebaran ujung

1 m mikroelektroda.

Rx =

(10)

Rx = (),

(11)

Rs = 111,4 k Pada impedansi lapisan gelas logam mikroelektroda

setidaknya satu atau dua urutan besarnya lebih tinggi dari angka ini.

Untuk cairan yang terisi mikroelektroda kalium klorida dengan sudut lancip (/180 radian), resistensi seri kira kira adalah

Rs =

(12)

dimana Rs adalah resistensi dalam ohm () P adalah resistifitas ( jenis 3,7 cm untuk 3M KCI) r adalah ujung radius ( jenis 0,1 m) adalah sudut lancip (jenis /180)

Kapsitansi mikroelektroda diberikan oleh

C2 = ,

(13)

dimana e dielektrikum konstan pada gelas R sebelah luar ujung radius r ujung radius didalam (r dan R dalam unit yang sama) bagaimana nilai-nilai ini mempengaruhi kinerja

microelectrode? Resistensi Rs n dan kapasitor C2 beroperasi bersama-sama sebagai RC low-pass filter. misalnya klorida microelectrode kalium direndam dalam 3 cm garam fisiologis memiliki kapasitansi sekitar 23 pF. Kira-kira ini terhubung ke input amplifier (15 pF) melalui 3 ft dari kabel berdiameter kecil koaksial (27 pF / ft, atau 81 pF). Kapasitansi total adalah (23 + 15 + 81) pF = 119 pF, Mengingat 13,5 M-resistensi, respon frekuensi (pada -3 dB titik) adalah

F =

(14)

diamana F poin -3 dB dalam hertz (Hz) R Resistensi dalam ohm () C kapasitansi dalam farads (f) Frekuensi respon 100 Hz, dengan a -6 dB per oktav

Karakteristik diatas 100 Hz, hasil pembulatan mengakibatkan waktu potensial aksi cepat naik. strategi harus dirancang dalam desain instrumen untuk menanggulangi efek kapasitansi dalam elektroda impedansi tinggi.

A. Menetralakan Mikroelektroda Kapasitansi

Gambar 23 memperlihatkan metode standar untuk menetralkan kapasitansi mikroelektroda dan menghubungkan rangkaian. Sebuah kapasitasi netralisasi, Cn, adalah pada jalur umpan balik positif bersama dengan tegangan potensiometer pembagi. nilai kapasitansi ini adalah

Gambar. 23. Rangkaian kapasitansi null.

Cn =

(15)

Dimana Cn adalah netralisasi kapasitansi C adalah total input kapasitansi A gain pada amplifier.

X. TRANSDUSER DAN SENSOR YANG LAINNYA Transduser adalah bagian dari kelas keseluruhan dari

perangkat yang disebut sensor, yang juga mencakup elektroda biofisik. masalah umum dengan transduser adalah mengacu pada perangkat seperti pengeras suara dan satuan pengirim ultrasonik. Maksudnya transduser adalah perangkat yang mengkonversi energi dari bentuk lain menjadi energi listrik untuk keperluan pengukuran atau kontrol.

Transduser berbeda dari elektroda dalam hal menggunakan beberapa intervensi elemen transducible untuk membuat pengukuran, sedangkan elektroda langsung mendapatkan sinyal. Untuk contoh, transduser tekanan dapat menggunakan perubahan resistansi dari elemen tautwire ketika terlentur sebagai ukuran tekanan. Termistor bergantung pada perubahan hambatan listrik dari beberapa bahan mengalami perubahan suhu untuk mengukur temperature karena banyak elemen menggunakan transduser piezoresistif terhubung ke dalam sebuah jembatan Wheatstone.

A. Jembatan Wheatstone

Banyak transduser biomedis digunakan dalam konfigurasi sirkuit yang disebut jembatan Wheatstone (gambar 24). banyak jembatan tranducer tidak berdiri sendiri, sering dihubungkan dengan komponen lain untuk membentuk sebuah jembatan Wheatstone. Setiap diskusi tentang transduser biomedis harus dimulai dengan pengenalan rangkaian jembatan.

Gambar. 24. Rangkaina Jembatan Wheatstone. (a) rangkaian asli. (b) Rangkaian asli yang digambar ulang Jembatan Wheatstone pada gambar 24 menggunakan satu

resistor di setiap empat lengan. Sebuah baterai (E) membangkitkan jembatan yang terhubung di dua persimpangan resistor yang berlawanan (A dan B). Tegangan output jembatan Eo muncul di pasangan yang tersisa dari persimpangan resistor (C dan D).

Sirkuit yang asli digambarkan pada gambar 24 di gambarkan kembali pada gambar 16 b, agar terlihat lebih mudah.

Kita banyak menganalisis rangkaian jembatan Wheatstone dengan terlebih dahulu memecahnya sirkuit menjadi E: R1 - R2 dan R3-R4. Kedua jaringan ini adalah pembagi tegangan resistor. pada kenyataannya, jembatan wheatsone dapat dipandang sebagai pemisah untuk tegangan resistor secara paralel di seluruh pasokan E. Tegangan output (Eo) adalah perbedaan antara dua potensi tanah yang direferensikan Ec dan Ed yang dihasilkan oleh jaringan pembagi. Dalam bentuk persamaan, diketahui hubungan ini:

Eo = Ec - ED (16)

Tapi Ec dan Ed dapat dinyatakan dalam hal eksitasi

potensi E, dengan menggunakan pembagi tegangan sederhana teorema

Ec = E x

(17)

dan

ED = E x

(18)

subtitusi pada persamaan diatas didapatkan output voltage Eo sebagai

Eo

-

(19)

Eo = E2

1+2 43+4 (20) Kondisi nol dalam rangkaian jembatan Wheatstone terjadi

ketika tegangan output Eo adalah nol. tapi dari persamaan Ec j.ika Eo adalah nol, maka baik eksitasi potensi E harus nol (tidak benar) atau ekspresi di dalam tanda kurung harus sama dengan nol (benar). Kondisi nol terjadi ketika:

EC = ED (21) ECB = EDB (22)

dan

EAC = EAD (23)

jadi sama dibagi dengan yang setara adalah sama, dan

=

(24)

Jadi tidak ada aliran arus dari C ke D pada saat nol dan Ec = Ed, kemudian dari gambar 24 b

=

(25)

Jadi

=

(26) Persamaan 26 memberi kita kondisi yang diperlukan untuk

menjawab kondisi nol dalam sebuah jembatan Wheatstone. Perhatikan bahwa tidak perlu resistensi harus sama, hanya rasio sajayang sama (dari dua setengah pembagi tegangan jembatan).

Karena kedua sisi persamaan mengevaluasi kuantitas yang sama, kita dapat menyimpulkan bahwa jembatan dalam kondisi null. jembatan dalam kondisi nol dikatakan seimbang.

Dalam banyak transduser biomedis menggunakan jembatan Wheatstone, keempat perlawanan setara dalam kondisi null. ini bukan merupakan persyaratan fisik yang ketat, tetapi itu adalah cara pembuatan yang banyak dipilih untuk membangun produk mereka. nilai R dalam kisaran khas 150-800 .

Pada sebagian besar desain, kondisi nol terjadi ketika parameter merangsang transduser berada pada nol atau nilai yang telah ditentukan (misalnya tekanan atmosfer) yang diambil menjadi dasar nol. stimulus (parameter yang diukur) akan menyebabkan salah satu atau semua elemen ketahanan jembatan untuk mengubah perlawanan oleh sejumlah kecil h. (perhatikan bahwa h adalah beberapa waktu yang ditulis R, yang berarti perubahan kecil dalam parameter R). ketika stimulus yang diterapkan adalah nol, maka keempat resistor memiliki resistansi R, dan tegangan keluaran adalah nol. jembatan dalam kondisi null.

ketika stimulus tidak nol, setiap lengan mengambil resistansi R h, dan hal ini membuat tidak seimbang sirkuit untuk menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan nilai stimulus yang diterapkan.

XI. PENGUKURAN REGANGAN Suatu alat ukur regangan (strain gauge) adalah elemen

resistif yang menghasilkan perubahan perlawanan proporsional terhadap strain mekanik yang diterapkan. Strain adalah gaya yang diberikan baik dalam kompresi (tarikan sepanjang sumbu yang jauh dari pusat).

Pada gambar 25 menunjukkan batang logam kecil dengan tidak ada gaya yang diberikan. Maka akan memiliki panjang L dan luas penampang A. perubahan panjang yang diberikan oleh L dan perubahan di daerah oleh A.

Pada gambar 25b kita lihat hasil dari menerapkan gaya tekan ke ujung batang tersebut. panjang dikurangi menjadi L - L, dan peningkatan luas penampang A + A.

Sama ketika gaya tarik yang sama besarnya diterapkan ke batang, panjang meningkat menjadi L + L dan luas penampang tereduksi menjadi A - A.

resistensi dari bar logam diberikan adalah jangka panjang dan luas penampang di ekspresikan

R =

(27)

diaman adalah resistivitas yang unik konstan untuk jenis

bahan yang digunakan di bar pada ohm-meter (m). L Panjang dalam meter(m) A luas penampang dalam meter persegi (m2)

Persamaan dari 27 dikatakan kepada kita bahwa resistensi bervariasi secara langsung dengan panjang dan terbalik seperti bagian medan yang melintas. Diantara fenomena itu yang terpenting adalah untuk pelaksanaan resistensi tegangan alat ukur transducer.

Fenomena perubahan resistensi dengan perubahan ukuran dan bentuk kadang-kadang disebut piezoresistivity. Hambatan dari batang akan menjadi R + h dalam ketegangan dan R - h dalam tekanan. Jika kamu memeriksa Persamaan 27 dengan cermat, kamu akan mencatat sebuah perubahan baik panjang dan luas penampang yang cenderung meningkatkan daya tahan dalam ketegangan dan decase resistensi dalam tekanan. Resistensi setelah tekanan dalam daerah tegangan diterapkan rumusan:

(R + h) =

(28)

dan dalam sebuah kompresi

(R + h) =

(29)

Gambar 25. Makanisme untuk piezoresistivitas. (a) Batang saat istirahat (tidak ada gaya yang diberikan), (b) batang dibawah gaya tekan (C) batang di bawah gaya tarik Perubahan resistansi pada sekitar linier akan berubah

dalam dimesi kecil, asalkan L jauh lebih sedikit dibandingkan L. Tentu saja, jika terlalu besar gaya yang diterapkan, yang terbentuk adalah elastisitas modulus. Hal ini kemudian berguna sebagai transduser.

A. Faktor Ukuran

Faktor Ukuran (GF) untuk ukuran tegangan sebuah transduser adalah dengan cara membandingkan transduser jenis lainnya. Definisi faktor ukuran:

GF = // (30)

GF adalah faktor ukuran (berdimensi) R adalah perubahan resistansi dalam ohm R adalah resistansi longgar dalam ohm L adalah perubahan panjang dalam meter (m) L adalah panjang dalam meter

Faktor Pengukur memberi kita sarana untuk mengevaluasi

sensitivitas yang relatif dari elemen pengukur tegangan. Semakin besar perubahan resistansi per unit panjang perubahan, semakin besar sensitivitas elemen dan semakin besar faktor pengukur nya.

Persamaan 6-30 kadang-kadang diberikan dalam bentuk alternatif

GF = /

(31)

di mana E (tegangan) adalah faktor dari AL / L.

B. Jenis Pengukuran Tegangan

Ada dua bentuk dasar piezoresistif pengukur tegangan yaitu: terikat dan tak terikat. Gambar 6-26a menunjukkan contoh singkat dari pengukur tegangan terikat. Elemen

resistensi adalah kawat tipis dari paduan khusus yang terbentang kencang antara dua pendukung yang fleksibel, pada gilirannya terpasang pada diafragma logam tipis. Ketika kekuatan seperti F1 diterapkan, diafragma akan melentur dengan cara yang menyebar pada dukungan lebih lanjut, kemudian menyebabkan ketegangan meningkat dalam kawat resistansi. Ketegangan ini cenderung meningkatkan ketahanan kawat dalam jumlah sebanding dengan gaya yang diterapkan.

Demikian pula, jika kekuatan seperti F2 diterapkan pada diafragma, bagian ujung mendukung bergerak lebih dekat bersama-sama, mengurangi ketegangan dalam kawat yang kencang. Tindakan ini sama dengan menerapkan gaya tekan aa ke kawat. Hambatan listrik dalam hal ini akan berkurang dalam jumlah sebanding dengan gaya yang diterapkan.

Sebuah ikatan pengukur tegangan dibuat dengan kawat tipis atau elemen foil untuk diafragma, seperti yang ditunjukkan pada gambar 26b. Meregangkan diafragma pada elemen deforms, menyebabkan perubahan dalam hambatan listrik persis seperti dalam pengukur tegangan terikat.

Pengukur regangan yang tak terikat dapat dibangun secara linear sehingga pada bagian atas berbagai gaya yang diterapkan, tetapi sangat halus. Pengukur tegangan terikat, di sisi lain, umumnya lebih kasar tetapi secara linear pada rentang yang lebih kecil dari daya. Perhatikan dengan baik, bagaimanapun, bahwa tidak ada pengukur regangan piezoresistive yang mengambil jumlah besar penyalahgunaan, dan harus selalu diperlakukan sebagai instrumen yang lembut.

Banyak transduser pengukur tegangan biomedis dari terikat dengan konstruksi karena rentang linear memadai dan kekasaran ekstra merupakan fitur yang diinginkan di lingkungan medis, di mana orang tidak dapat mengambil jenis tindakan pencegahan yang akan diperlukan jika tipe yang lebih halus digunakan. Catatan, bagaimanapun, bahwa Statham deretan P-23 adalah dari jenis yang tak terikat tetapi dibuat di perumahan yang sangat kuat. Ini di antara transduser tekanan diovascular mobil yang paling umum digunakan dalam pengobatan.

Gambar. 26. Pengukuran regangan Piazoresistif; (a) tak terikat ukur regangan (b) ukuran regangan terikat

Sangat sedikit transduser fisiologis pengukur tekanan yang menggunakan elemen tunggal, sebagian besar menggunakan empat elemen pengukur tekanan, yang dihubungkan dalam rangkaian jembatan Wheatstone. Dalam jenis yang tak terikat, akan ada empat pendukung, satu untuk setiap persimpangan jembatan. Dua elemen resistensi akan terhubung ke setiap dukungan. Dalam berbagai jenis ikatan akan ada foil atau kawat elemen yang disusun dalam penataan jembatan.

Kedua jenis transduser ditemukan dengan geometri elemen yang menempatkan dua unsur dalam ketegangan dan dua elemen dalam himpitan untuk setiap gaya yang diterapkan. Konfigurasi seperti meningkatkan ke luar dari jembatan untuk setiap gaya yang diterapkan sehingga meningkatkan sensitivitas transduser.

Gambar 27a menunjukkan sebuah jembatan Wheatstone dengan elemen pengukur tekanan untuk masing-masing empat lengan jembatan. Kita mungkin menemukan bahwa R1 dan R4 selaras sejajar satu sama lain sepanjang satu sumbu dari diafragma, sedangkan resistor R2 dan R3 yang sejajar satu sama lain dan tegak lurus terhadap R1/R4 .

Pertimbangkan kekuatan yang diterapkan pada diafragma transduser seperti gambar 27b. Resistor R1 dan R3 berada dalam ketegangan.

Gambar 27. Pengukuran regangan Jembatan Wheatstone. (a) elemen ukur regangan dalam rangkaian jembatan. (b) konfigurasi mekanik menggunakan diafragma umum

Asumsikan bahwa semua resistor adalah sama (R1 = R2 = R3 = R4 = R) ketika tidak ada gaya yang diterapkan pada diafragma, dan membiarkan R = h. Ketika sebuah gaya yang diterapkan, resistansi R1 dan R4 akan R + h, dengan resistensi dari R2 dan R3 akan Rh. Dari sebuah versi Persamaan yang ditulis ulang adalah 20, kita tahu bahwa tegangan yang keluar adalah

Eo = E x ()() () ()() () (32)

Eo = E x ()

()

(33) Eo = E

=

(34)

Eo = -E (35)

C. Sensitivitas Transducer ()

Sensitivitas transduser adalah penilaian yang memungkinkan kita untuk memprediksi tegangan dari luar pengetahuan tentang perangsangan tegangan dan nilai stimulus yang diterapkan. Satuan untuk mengetahui volt yang paling kecil dengan rangsangan setiap satuan yang diterapkan pada stimulus. (V/V/U)

Mari kita mempertimbangkan daya transduser. Sebuah daya tertentu biomedis transduser biasanya dikalibrasikn dalam gram. Sebelum kamu menyanggah bahwa ini menjadi salah (gram adalah satuan masa), marilah kita bergegas menunjukkan bahwa daya dalam hal ini akan menjadi daya tarik gravitasi bumi pada masa dari 1 g. Konvensi ini memungkinkan kalibrasi daya transduser menggunakan metrik sederhana dengan berat set dari keseimbangan platform, sebagai lawan gaya konvensional dalam dyne (1 g-daya = 980 dyne).

Jika faktor sensitivitas dikenal transducer, maka tegangan luar dapat dihitung dari E. dimana:

Eo = x E xF (36)

dimana: E adalah potensi luar pada volt (V) E adalah potensi eksitasi dalam volt F adalah gaya yang diberikan dalam gram (g) adalah sensitivitas dalam V/V / g

Perhatikan bahwa sensitivitas yang terpenting baik dalam

desain dan perbaikan alat-alat medis adalah karena memungkinkan kita untuk memprediksi hasil tegangan untuk tingkat stimulus yang diberikan, dan oleh karena itu perolehan dari pengeras diperlukan untuk memproses sinyal.

D. Bagian-Padat piezoresistif Pengukur regangan

Di masa lalu, sebagian besar transduser pengukur

regangan dibuat menggunakan elemen kawat atau elemen logam vakum yang disimpan. Namun sekarang, banyak

perangkat pengukur regangan didasarkan pada teknologi silikon bagian-padat, di mana semua empat elemen jembatan Wheatstone terbentuk dari bahan semikonduktor piezoresistif. Beberapa dibuat mirip dengan pengukur regangan Berikat (yaitu bahan yang disimpan atau disebarkan ke diafragma). Lainnya menggunakan desain penopang di mana unsur-unsur semikonduktor piezoresistif didukung antara pendukung tetap.

XII. TRANSDECER INDUKTIF Hampir semua properti listrik yang dapat dibuat bervariasi

dengan cara yang dapat diprediksi di bawah pengaruh stimulus fisik dapat digunakan untuk transduksi stimulus itu. Induktansi, misalnya, dapat divariasikan dengan mudah oleh gerakan fisik dari inti permeabel dalam sebuah induktor. Induktor, dapat digunakan untuk membuat transduser. pada kenyataannya, tiga bentuk dasar dari transduser induktif, lingkaran tunggal, reaktiv pada jembatan Wheatstone, dan tegangan transformator linear (LVDT) yang diferensial.

Tipe pertama, perangkat kumparan tunggal, jarang digunakan dalam peralatan modern. Mereka dibangun seperti mikrofon dinamis, di mana diafragma mempengaruhi baik posisi besi atau inti ferit dalam kumparan atau lapangan dari inti terbentuk dari magnet permanen.

Sebuah gaya diterapkan pada diafragma menciptakan arus dalam gulungan yang terakhir dan perubahan induktansi yang dahulu.

Sebuah contoh dari jembatan transducer induktif ditunjukkan pada Gambar 6-28a. Fungsi dari hasil luar untuk transduser ini ditunjukkan pada gambar 6-28b. Rangkaian jembatan Wheatstone terdiri dari reaksi kumparan induktif L1 dan L2 ditambah 200 hambatan.

Perhatikan bahwa arus yang berselang (ac) perangsangan diperlukan karena reaktansi kumparan adalah nol ketika dc diterapkan. Hewlett-Packard biasanya menggunakan perangsang sinyal 2400Hz di 5V (rms). Produsen lain menggunakan sebanyak 10 V (rms) pada frekuensi antara 400 dan 5000 Hz.

Model Hewlett-Packard 1280 transduser ditunjukkan pada Gambar 6-28a digunakan untuk pengukuran arteri dan tekanan darah vena di mm Hg. (Perhatikan bahwa satuan yang diterima dari tekanan torr (1 torr = 1 mm Hg). Dalam ilmu kedokteran, bagaimanapun juga, istilah mm Hg masih digunakan setiap saat).

Transduksi terjadi karena perubahan posisi pada inti induktor. Tapi ini hanya menghasilkan data posisi kecuali gaya yang diterapkan beroperasi terhadap beberapa kekuatan lain, seperti pegas. Gaya yang dibutuhkan untuk mengompres atau meregangkan pegas diberikan oleh hukum Hooke: F =-kx, di mana istilah X adalah perpindahan (perubahan posisi).

Pada nol tekanan pengukuran (diafragma transduser terbuka ke udara) diafragma tidak menggembung di kedua arah, sehingga inti armature dipindahkan sama di kedua L1 dan L2 adalah sama, sehingga jembatan ini seimbang. Tidak akan ada tegangan dari luar.

Ketika tekanan di atas atau di bawah tekanan atmosfir diterapkan, diafragma menjadi kembung dalam satu arah, dan

Gambar.28. Pengukuran regangan Jembatan Wheatstone Induktif (a) Rangkaian untuk model H-P (b) fungsi output. ini memaksa dinamo menjadi satu kumparan dari yang lain. Reaktansi induktif masing-masing L1 dan L2 tidak lagi sama, sehingga jembatan tidak seimbang dan tegangan di luar berkembang. Amplitudo dari sinyal ac-luar sebanding dengan besarnya tekanan yang diterapkan, sedangkan fase menunjukkan apakah tekanan positif (kompresi) atau negatif (vakum) (gambar 6-28b). Sensitivitas transduser dalam hal ini adalah sekitar 40 V / V / mm Hg.

Catatan pada Gambar 28a bahwa tegangan luar pada jarum A perangkai diambil dari penyeka dari potensiometer. Kontrol sensitivitas ini digunakan untuk memangkas perbedaan-perbedaan normal antara transduser, sehingga instrumen-tekanan pemantauan dapat dengan mudah dikalibrasi oleh operator yang kurang terampil.

Sebuah contoh dari sebuah transducer LVDT ditunjukkan pada Gambar 29. Ini adalah transformator dengan primer (L1) dan dua sekunder (L2 dan L3). Para sekunder yang terhubung dalam arti yang berlawanan sehingga arus masing-masing cenderung membatalkan satu sama lain. Ketika stimulus

Gambar. 29. Perbedaan voltase linier transformer. Gambar. 30. Tekanan kuarsa Transduser Homogen yang melebur tekanan kuarsa adalah nol, inti mempengaruhi L2 dan L3 sama sehingga saat ini jumlah pembatalan dan oleh karena itu, tegangan keluaran adalah nol.

Sinyal perangsang ac diterapkan ke area utama. Ketika stimulus diterapkan pada diafragma, yang dipindahkan pada inti. Reaktansi induktif dari L2 dan L3 tidak lagi sama, sehingga arus masing-masing tidak lagi sama. Pembatalan arus sekunder kurang dari jumlah, sehingga arus mengalir dalam beban lebih menciptakan sinyal tegangan dari luar. Tegangan dari luar ini memiliki kekuatan sebanding dengan rangsangan yang diterapkan dan tahap ini menunjukkan arah inti yang dipindahkan. Dalam kasus transduser tekanan, ini akan memberitahu kita apakah tekanan positif atau negatif.

XIII. TEKANAN SENSOR KUARSA Bentuk lain sensor modern, terutama dalam pengukuran

tekanan medis, adalah kuarsa transduser. Perangkat ini pada dasarnya kapasitasnya berdasarkan (lihat bagian 16) tetapi dibuat berbeda daripada transduser kapasitas lainnya. Kapsul sensor, tekanan perangkat ini terbuat dari homogen leburan kuarsa (gambar 30). Ada dua kapasitor dalam kapsul: kapasitor tekanan (Cp) dan kapasitor referensi (Cref). Pelat kapasitor terbuat dari logam mulia yang telah disimpan ke permukaan pada masing-masing kursa kapsul.

Gambar.31. Rangkaian Osilator

Kapasitor ini terhubung dalam susunan seri ratiometric (gambar 30) sehingga perbedaan sifat dielectric, dari bahan kuarsa kompensasi. Kapasitor dapat dihubungkan dalam rangkaian kapasitif jembatan, RC rangkaian jembatan campuran (keduanya mirip dengan jembatan Wheatstone), atau dalam rangkaian osilator (Gambar 31). Beberapa sirkuit ini dibahas dalam bagian 6-16 juga.

Keuntungan dari transduser kuarsa termasuk tingkatan yang sangat rendah (beberapa sumber mengklaim nol) hysteresis, tingkat yang sangat rendah dalam prosentase logam dan paduan sehubungan dengan kristal, tingkat yang sangat rendah pada kepekaan temperatur, sifat yang sangat elastis, dan kasar.

XIV. KAPASITIF TRANSDUCER Kapasitif transducer lain yang terlihat sesekali adalah

logam plat pada kapasitif transduser. Ini menyebabkan kapasitansinya dari transducer untuk stimulus. Karena kapasitansinya digunakan, diperlukan sebuah rangsangan ac.

Di hampir semua jenis, kapasitif transduser menggunakan pelat seimbang atau piring yang melekat pada kerangka mesin dan kemudian piring bergerak mengubah posisi di bawah pengaruh stimulus. Ingat bahwa kapasitansi sebuah pelat kapasitor yang paralel itu bervariasi, secara langsung dengan daerah piring dan berbanding terbalik dengan pemisahan antara pelat. Salah satu atau kedua dapat bervariasi dalam transduser tertentu.

Gambar 32. Transduser kapasitansi sederhana

Gambar. 33. Piringan kupu kupu transducer.

Salah satu bentuk transduser berkapasitif terdiri dari disc logam paralel padat pada diafragma logam fleksibel, dua elemen yang dipisahkan oleh udara atau dielektrik pada vakum (gambar 32). Konstruksi ini sangat mirip dengan yang ada pada kapasitor mikrofon, yang sebenarnya transduser untuk gelombang suara. Ketika sebuah gaya yang diterapkan pada diafragma, ia akan bergerak baik dekat atau lebih jauh dari disc stasioner. Hal ini meningkatkan atau menurunkan kapasitansinya masing-masing.

Bentuk lainnya yang dikenal (gambar 33) menggunakan pelat logam stasioner (yaitu stator) dan piring bergerak berputar. Lempeng bergerak biasanya berbentuk kupu-kupu. Kapasitansiny bervariasi karena posisi rotor menentukan berapa dari pelat stator yang dilindungi oleh rotor. Hanya pada satu posisi saja akan membayangi paling besar, sehingga kapasitansi juga akan besar. Pada 90 rotasi dari posisi itu, bayangan terkecil, sehingga kapasitansi juga sedikit.

Gambar. 34. Perbedaan transducer kapasitansi. (a) Struktur mekanik. (b) Simbol skema

Gambar .35. Transduser elektometer

Gambar 34 masih menunjukkan bentuk lain dari kapasitansi transduser. Dalam jenis transduser, pelat logam bergerak (P3) ditempatkan di antara dua pelat stasioner (P1 dan P2). Ini membentuk perbedaan kapasitor yang terdiri dari dua bagian (gambar 34b). Kapasitor C1 adalah kapasitansi antara pelat P1 dan P3 sementara kapasitansi C2 adalah kapasitansi antara pelat P2 dan P3. Ketika sebuah gaya yang diterapkan pada pelat diafragma, P3 akan bergerak lebih dekat satu pelat ujung dari yang lain. Bila gaya ini dalam arah yang ditunjukkan oleh panah, maka P3 lebih dekat ke P2 dibanding P1, sehingga kapasitansi C2 lebih besar dari C1. Dalam situasi yang berlawanan pelat bergerak lebih dekat ke P1 dibanding P2, sehingga kapasitansi C1 lebih besar dari C2.

Ada beberapa cara untuk menggunakan transduser yang kapasitansinya dalam rangkaian peralatan. Salah satu metode, meskipun jarang digunakan dalam aplikasi biomedis, adalah menjadikan transduser sebagai bagian dari aliran resonansi LC yang mengendalikan frekuensi osilator. Perubahan kapasitansi di bawah berpengaruh pada stimulus yang akan berfrekuensi dalam osilator (yaitu, akan mengatur frekuensi) jumlah sebanding terhadap stimulus.

Gambar. 36. Jembatan wheatstone kapasitif

Cara lain, yang ditunjukkan pada Gambar 35, disebut teknik elektrometer. Dalam aliran ini, kapasitansi transduser dibebankan melalui sumber arus konstan (R1 dan E). Tegangan kapasitansi (tegangan diterapkan untuk memasukan dari penguat) tergantung pada kapasitansi, yang sebanding dengan stimulus yang diterapkan.

Salah satu metode yang paling umum adalah dengan menggunakan transduser kapasitor di salah satu lengan jembatan Wheatstone (Gambar 36). Dua lengan jembatan adalah resistensi, sementara dua lengan reaktansi kapasitif. Kapasitor C1 mewakili kapasitansi transduser, sedangkan C2 adalah kapasitansi dari penghias kapasitor variabel yang digunakan untuk menyeimbangkan jembatan dalam kondisi stimulus nol.

Dalam beberapa kasus resistor R2 akan menjadi bagian kedua dari perbedaan kapasitor. Dalam kondisi stimulus nol kapasitansi C2 dan kapasitansi yang menggantikan R2 pada Gambar 36 akan sama, tetapi di bawah pengaruh stimulus, perubahan hubungan dan keseimbangan yang rancu.

XV. TRANDUCER TEMPERATURE Ada tiga jenis umum transduser suhu: termokopel,

termistor, dan solid-state PN junction. ini, dua terakhir menemukan penggunaan terbesar dalam aplikasi klinis, sedangkan ketiganya digunakan dalam aplikasi penelitian biomedis dan biofisik.

Gambar 37. Tiga tipe transduser temperatur. (a) thermocouple. (b) Thermistor. (c) PN junction

Termokopel (gambar 37a) terdiri dari dua konduktor yang berbeda atau semikonduktor bergabung bersama di salah satu ujungnya. Karena fungsi kerja dari dua bahan yang berbeda, potensi akan dihasilkan ketika persimpangan ini dipanaskan. Potensi adalah linier dengan perubahan temperatur pada kisaran yang relatif luas, meskipun pada batas yang ekstrim suhu untuk pasangan material yang diberikan menjadi nonlinier dan meningkat tajam.

Transistor (resistor termal) adalah resistor yang desain untuk mengubah nilai dengan cara yang dapat diprediksi dengan perubahan suhu (gambar 37b). Koefisien suhu positif (PTC) perangkat meningkatkan daya tahan dengan meningkatnya suhu.

Sebagian besar termistor memiliki kurva non linier ketika kurva diplot pada rentang temperatur yang luas, tetapi ketika terbatas pada kisaran suhu yang sempit (seperti suhu tubuh manusia), linieritasnya lebih baik. ketika termistor yang digunakan, perlu untuk memastikan bahwa suhu tidak diperbolehkan pergi ke kisaran dimana kalibrasi yang tidak diketahui atau sangat nonlinier. kebanyakan transduser suhu medis adalah termistor.

Kelas terakhir dari transduser termal adalah solid-state PN junction dioda (gambar 37c). jika Anda mengambil penyearah solid-state dioda biasa dan menghubungkannya melintasi ohmmeter, Anda dapat mengamati fenomena ini. perhatikan resistance bias maju pada suhu kamar, dan lalu panaskan dioda untuk sementara dengan lampu atau solder. resistansi dioda turun dengan meningkatnya suhu.

Kebanyakan suhu transduser, bagaimanapun, menggunakan transistor bipolar dihubungkan dioda-seperti yang pada gambar 37c. kita tahu bahwa tegangan basis-pemancar dari transistor sebanding dengan suhu. untuk pasangan diferensial dalam gambar 37c tegangan keluaran transduser adalah

Vbe=

(37)

dimana K konstanta Blotzman (1,38 X 10-23 J/oK) T Temperature dalam derajat kelvin (0oC = 273oK) q Nilai Elektronik, 1,6 X 10-19 coulomb per electron Ic2 dan Ic2 pengumpulan arus Q1 dan Q2 berturut turut.

Kuantitas K / q adalah rasio konstanta dan konstan dalam

semua keadaan. rasio Ic1/Ic2 saat ini tetap konstan dengan menggunakan sumber arus konstan dalam rangkaian pemancar dari Q1 dan Q2. tentu saja, logaritma dari konstanta adalah juga sebuah konstanta. jadi satu-satunya variabel dalam persamaan 37 adalah temperatur.

sirkuit pada gambar 37c memiliki satu keuntungan yang berbeda atas informasi yang lainnya: yaitu luas linier atas sebagian besar suhu (sampai ke titik di mana termistor rusak), sehingga tegangan keluaran Vbe dapat diproses dalam amplifier sederhana dan tidak memerlukan sirkuit khusus untuk melinearkan hasil.

Jika sebuah penguat gain cocok dipilih dan diberikan, maka suhu dan tegangan keluaran penguat dapat dibuat secara numerik yang setara, memungkinkan perangkat voltmeter pembacaan dengan mudah. kebanyakan sistem instrumen tersebut ditingkatkan untuk menghasilkan tegangan output amplifier dari 10 mV/K

XVI. MENCOCOKAN SENSOR UNTUK RANGKAIAN Gambar 38 menunjukkan serangkaian berbagai bentuk

model rangkaian sensor. Dalam setiap rangkaian, arus resistansi sumber R ditampilkan, dan (dalam beberapa sirkuit) sumber tegangan ditampilkan.

Pada 38 a menunjukkan standar single-ended sensor ground. single-ended berarti satu sisi sirkuit sensor ground. jika tidak ada bagian yang di bumikan (ground), maka sensor dikatakan single-ended floating sensor. (gambar 38b).

sinyal output direferensikan baik ke ground atau ke titik tunggal umum non ground. Bentuk ini kadang-kadang mengalami gangguan serius dari bidang eksternal, terutama di hadapkan frekuensi yang audio yang kuat, frekuensi radio, atau bidang listrik sebesar ac 60 Hz ac. Variasi pada single-ended floating digerakkan dari sensor ground yang ditunjukkan pada Gambar 38c.

Jika sensor mendorong output melalui resistensi yang sama, dikatakan seimbang. Gambar 38d menunjukkan contoh dari sensor ground seimbang. pada bentuk rangkaian output, sensor dirujuk ke ground melalui resistensi yang sama (baik menunjuknya R). Versi ditunjukkan pada Gambar 38e adalah contoh dari sebuah sensor mengambang seimbang. yaitu, sensor terhubung ke non ground di titik A dan output hingga dua resistensi yang sama R. Titik penting untuk diingat tentang sensor mengambang seimbang adalah bahwa keduanya seimbang dan tidak dibumikan. Akhirnya, pada gambar 38f kita melihat digerakkan dari rangkaian sensor ground yang seimbang.

Gambar 38. Konfigurasi umber sinyal input

Gambar. 39. (a) Rangkain sirkuit Single-ended; (b) Input diferensial; (c) Rangkaian Ekuivalen amplifier single ended; (d) Rangkaian ekuivalen differnsial amplifier.

A. Rangkaian Amplifier Input

rangkaian output dari sensor biasanya terhubung ke sirkuit

pemrosesan sinyal, paling sering amplifier dari berbagai macam (meskipun sirkuit tertentu juga digunakan kadang-kadang). Sayangnya, ada beberapa jenis yang berbeda dari masukan rangkaian amplifier, dan tidak semua sensor dapat dengan mudah dihubungkan dengan mereka semua. Gambar 39 menunjukkan empat tipe dasar dari rangkaian input. Gambar 39a menggambarkan sirkuit tipe 1 dan penguat berakhir tunggal. Sirkuit input dimodelkan sebagai perlawanan ke ground. Gambar 39b menunjukkan sirkuit tipe 2 yang dimodelkan sebagai sepasang input diferensial yang melihat resistensi sama dengan ground.

Di kedua rangkaian output adalah sumber tegangan secara seri dengan output resistansi. gambar 39c menunjukkan sirkuit input tipe 3, berakhir tunggal, mengambang, dan terlindung. Input yang menyerupai reguler menunjukkan input yang berakhir tunggal dalam gambar 39a, tapi input didasarkan dan dilindungi dari interfensi oleh perisai. Pada gambar 39 d kita melihat sirkuit input tipe 4. Sirkuit ini menyerupai tipe 2, kecuali rangkaian input dilindungi oleh perisai, mengambang, dan dijaga.

B. Pencocokan sensor dan amplifier

Seseorang tidak bisa hanya menghubungkan berbagai

bentuk sensor terhadap berbagai bentuk masukan amplifier tanpa pertimbangan yang cermat. Gambar 40 menunjukkan tabel umum yang berkaitan dengan sensor dan amplifier sirkuit. "ya" di blok berarti bahwa kombinasi (baris vs kolom) yang direkomendasikan. "tidak" berarti ada masalah dengan itu kombinasi praticular, sehingga tidak direkomendasikan.

Ada dua kombinasi yang mungkin atau mungkin tidak bekerja, tergantung pada keadaan, sehingga derajat yang sama hati-hati diperlukan. untuk contoh pencampuran input rangkaian tipe 1 dengan bentuk sirkuit output sensor memerlukan pertimbangan tingkat sinyal. kombinasi ini tidak boleh digunakan ketika output dari sensor di mikrovolt atau millivolt jangkauan. juga, itu bukan ide yang baik untuk mencampur dua tanah, yaitu, masing-masing pada amplifier dan sensor. Salah satu ground harus dihilangkan atau mereka harus bergabung bersama dalam satu titik (juga disebut bintang) tanah. Masalah yang sama terjadi ketika bentuk sensor dan amplifier Input tipe 2 dihubungkan. beberapa penguat diferensial dapat diubah menjadi penguat tunggal berakhir.

Gambar 40. Bagan persimpangan jenis masukan penguat dan sumber sinyal

XVII. RINGKASAN A. Ketika elektroda logam dikommbinasikan untuk kulit, half

cell potential gabungan dari dua atau lebih elektroda membentuk elektroda untuk potensial elektroda offset. polarisasi terjadi ketika dc mengalir melalui antarmuka elektroda/kulit

B. Piring dan cangkir hisap elektroda digunakan untuk membuat rekaman jangka pendek potensi bioelectric. Dalam semua kasus pasta atau gel elektrolit digunakan antara permukaan elektroda dan kulit.

C. Banyak transducer biomedis didasarkan pada prinsip jembatan wheatstone.

D. pengukur regangan dibatasi dan tidak dibatasi menggunakan prinsip piezoresistivity untuk membuat tekanan dan kekuatan transduser.

E. tiga jenis dasar suhu pengukuran transduser adalah termokopel, termistor dan solid state PN junction.

F. Transduser atau sensor harus memiliki beberapa transducible property agar dapat digunakan.

G. Transduser dapat dibagi menjadi tipe aktif dan pasif. H. Transduser dan sensor dapat dibagi menjadi 5 katagori:

insertion, aplication, charactristic, dynamic, dan environmental.

REFERENSI [1] J.J. Carr and J.M. Brown, Introduction to Biomedical Equipment

Technology, 4th ed., New Jersey, USA; prentice Hall, 2001.