Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế chế tạo cân điện tử tích hợp cho giường bệnh nhi tại Viện Nhi Trung Ương

1. Đây là một dự án thiết kế mạch hoàn chỉnh version1, cách trình bày sáng sủa, rõ ràng, dễ hiểu; 2. Hiện nay số lượng giường tại bệnh viện Nhi Trung Ương là rất lớn nhưng tất cả đều chưa có cân tích hợp vào. Thông số cân nặng là thông số rất quan trọng của bác sĩ trong quá trình điều trị cho bệnh nhân. Việc sử dụng cân tích hợp ngay trên giường bệnh tạo điều kiện thuận lợi cho bác sĩ trong việc lấy khối lượng bệnh nhân mà không ảnh hưởng đến bệnh nhân đang nằm điều trị tại giường bệnh. Trong đồ án này đã thiết kế và chế tạo cân tích hợp trên lồng ấp trẻ sơ sinh. Các yêu cầu của hệ thống này bao gồm: Thiết kế được cân để cân bệnh nhân một cách chính xác nhất. In ra thông số cân nặng của bệnh nhân và thời gian cân ra giấy in. Thiết kế cơ cấu cơ khí gọn nhẹ, thẩm mĩ và phù hợp với kết cấu cơ khí của lồng ấp đang dùng. Sau khi hoàn thành nhóm đã tiến hành calib để lấy được kết quả chính xác nhất cho sản phẩm. Các kết quả đạt đƣợc sau khi sản phẩm hoàn thành là: Tạo ra đƣợc cân với sai số nhỏ hơn 1%, có các phím chức năng là: SET, UP, DOWN, PRINTESC, ONOFF. Thông số cân nặng và thời gian in ra giấy in hiển thị rõ ràng. Hệ thống cơ khí và hộp điều khiển phù hợp với cơ cấu cơ khí của lồng ấp hiện tại.(Now, a number of beds in National Hospital of Pediatrics are huge but all have not integrated scales. Weight parameter is very important in the treatment process for patient. Using the integrated scales in bed facilitates for doctor in taking patient weight without affecting the patient being treated in a patient bed. in this thesis we design and manufacture integrated scales for infant incubator. The requirements of this system include: Designing the scale to weigh thepatient the most accurate way. Printing the weight parameters of patient and time on printing paper. Designing compact, aesthetic mechanical structure and fit with the mechanical structure using incubator.After completing the group has conducted calibration to get the most accurateresults for products. The results after the finished product obtained: Creating the scale with the error of less than 1%, the main functions are SET, UP, DOWN, PRINT ESC, ON OFF. Weight parameter and time printed on paper with clear display. Mechanical system and control box go with mechanical structure of the currentincubator.); 3. Người up tôn trọng giá trị bản quyền với các tác giả.

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Thầy giáo hướng dẫn : TS Trịnh Quang Đức

Trương Thị Sim SHSV: 20xx2218

Đoàn Văn Hưng SHSV: 20xx1354

Hà Nội, 6-2014

- -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên 1: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Họ và tên sinh viên 2: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Họ và tên sinh viên 3: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Khoá:……….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………

1 Đầu đề đồ án: ……… ………

……… ………

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …… ………

……….

… ……… ………

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……… ….………

……… ….……

………

… ….………

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….……

……… ……….…

………

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……… ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……….………

7 Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

-

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên 1: Số hiệu sinh viên:

Họ và tên sinh viên 2: Số hiệu sinh viên:

Họ và tên sinh viên 3: Số hiệu sinh viên:

Ngành: Khoá:

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

4

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, trên thế giới – đặc biệt là các nước phát triển, việc sử dụng cân tích hợp ngay trên giường bệnh nhân trong các bệnh viện được dùng khá phổ biến Loại giường này rất thuận tiện cho bác sĩ trong việc lấy thông tin về cân nặng của bệnh nhân một cách thường xuyên Các bệnh viện lớn ở nước ta trong đó có bệnh viện Nhi Trung Ương là một trong những bệnh viện có nhu cầu sử dụng giường tích hợp hệ thống cân rất cao Tuy nhiên loại giường này hiện tại giá thành rất cao nên các bệnh viện trong nước chưa thể đáp ứng được Một câu hỏi cần đặt ra là với số giường sẵn có hiện tại ở bệnh viện Nhi Trung Ương, làm thế nào để có thể tích hợp cân luôn vào đó? Để trả lời cho câu hỏi trên, nhóm

em đã thảo luận và đưa ra giải pháp: “Thiết kế chế tạo cân tích hợp cho giường bệnh

nhi” Sau khi hoàn thành, hệ thống này sẽ được tích hợp vào giường của bệnh nhân nhi

tại bệnh viện Nhi Trung Ương

Do thời gian có hạn, mặc dù nhóm đã rất cố gắng nhưng luận văn tốt nghiệp của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô trong trường để chúng em hoàn thành đề tài và làm

5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Hiện nay số lượng giường tại bệnh viện Nhi Trung Ương là rất lớn nhưng tất cả đều chưa có cân tích hợp vào Thông số cân nặng là thông số rất quan trọng của bác sĩ trong quá trình điều trị cho bệnh nhân Việc sử dụng cân tích hợp ngay trên giường bệnh tạo điều kiện thuận lợi cho bác sĩ trong việc lấy khối lượng bệnh nhân mà không ảnh hưởng đến bệnh nhân đang nằm điều trị tại giường bệnh

Cụ thể trong đồ án này chúng em thiết kế và chế tạo cân tích hợp trên lồng ấp trẻ sơ sinh Các yêu cầu của hệ thống này bao gồm:

- Thiết kế được cân để cân bệnh nhân một cách chính xác nhất

- In ra thông số cân nặng của bệnh nhân và thời gian cân ra giấy in

- Thiết kế cơ cấu cơ khí gọn nhẹ, thẩm mĩ và phù hợp với kết cấu cơ khí của lồng

- Thông số cân nặng và thời gian in ra giấy in hiển thị rõ ràng

- Hệ thống cơ khí và hộp điều khiển phù hợp với cơ cấu cơ khí của lồng ấp hiện tại

6

ABSTRACT

Now, a number of beds in National Hospital of Pediatrics are huge but all have not integrated scales Weight parameter is very important in the treatment process for patient Using the integrated scales in bed facilitates for doctor in taking patient weight without affecting the patient being treated in a patient bed in this thesis we design and manufacture integrated scales for infant incubator The requirements of this system include:

- Designing the scale to weigh thepatient the most accurate way

- Printing the weight parameters of patient and time on printing paper

- Designing compact, aesthetic mechanical structure and fit with the mechanical structure using incubator

After completing the group has conducted calibration to get the most accurate results for products The results after the finished product obtained:

- Creating the scale with the error of less than 1%, the main functions are SET,

UP, DOWN, PRINT / ESC, ON / OFF

- Weight parameter and time printed on paper with clear display

- Mechanical system and control box go with mechanical structure of the current incubator

7

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 5

ABSTRACT 6

MỤC LỤC 7

DANH SÁCH HÌNH VẼ 11

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 13

THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ TỪ VIẾT TẮT 14

PHẦN MỞ ĐẦU 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 16

1.1 Nhu cầu và thực trạng sử dụng cân tích hợp vào giường của bệnh nhân nhi trong bệnh viện Nhi Trung Ương 16

1.1.1 Công thức tính lượng dịch truyền ( Áp dụng trong điều trị bỏng ) 16

1.1.2 Công thức tính thể tích máu mất khi bị xuất huyết 19

1.1.3 Nhu cầu thực tế 22

1.2 Khảo sát thực tế và xây dựng yêu cầu thiết kế 28

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 36

2.1 Các phương pháp đo khối lượng 36

2.1.1 Nguyên lý đo khối lượng 36

2.1.2 Các phương pháp đo khối lượng 36

2.1.2.1.Cảm biến điện trở lực căng 36

2.1.2.2 Cảm biến áp điện 37

2.1.2.3 Cảm biến áp từ 39

2.1.2.4 Cảm biến áp suất 40

2.2 Tìm hiểu chung về Loadcell 42

2.2.1 Khái niệm Loadcell 42

2.2.2 Cấu tạo 43

2.2.3 Nguyên lý hoạt động 44

2.2.4 Thông số kĩ thuật cơ bản 47

2.2.5 Phân loại 48

2.2.6 Ứng dụng của Loadcell 48

8

2.2.7 Các loại Loadcell cơ bản 49

2.2.7.1 Loadcell tương tự 49

2.2.7.2 Loadcell số 52

2.2.8 Kết nối Loadcell 54

2.2.8.1 Loadcell tương tự 54

2.2.8.2 Loadcell số 54

2.2.9 Chống quá tải Loadcell 55

2.2.9.1 Các tình huống chú ý khi sử dụng Loadcell 55

2.2.9.2 Khắc phục 55

2.2.10 Cách lựa chọn Loadcell và phụ kiện 56

2.2.10.1 Lựa chọn Loadcell 56

2.2.10.2 Chọn hộp nối (Junctionbox) 56

2.3 Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng 57

2.3.1 Khối cảm biến trọng lượng 57

2.3.1.1 Định nghĩa 57

2.3.1.2 Cấu trúc, nhiệm vụ, nguyên lý hoạt động của khối cảm biến 57

2.3.2 Bộ phận khuếch đại 58

2.3.2.1 Định nghĩa 58

2.3.2.2 Cấu trúc, nhiệm vụ, nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại 58

2.3.3 Bộ hiển thị 59

2.3.3.1.Định nghĩa 59

2.3.3.2 Cấu trúc, nhiệm vụ, nguyên lý hoạt động của bộ hiển thị 59

2.3.4 Bộ Xử Lý 60

2.3.4.1 Định nghĩa 60

2.3.4.2 Cấu trúc, nhiệm vụ, nguyên lý hoạt động của bộ xử lý 60

2.3.4.3 Các loại Vi Xử Lý thường dùng hiện nay 61

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 62

3.1 Thiết kế cơ khí 62

3.1.1 Yêu cầu chung 62

3.1.2 Quy trình thiết kế 62

3.1.2.1 Tổng quan 62

3.1.2.2 Ý tưởng 62

3.1.2.3 Chi tiết thiết kế 62

9

3.1.3 Hộp điều khiển 68

3.1.3.1 Chức năng 68

3.1.3.2 Chi tiết thiết kế hộp điều khiển 68

3.1.4 Thông tin trong thiết kế 70

3.1.4.1 Chi phí 70

3.1.4.2 Tốc độ thiết kế sản phẩm 71

3.1.4.3 Chất lượng 71

3.1.4.4 Tính linh hoạt và sản xuất theo yêu cầu của khách hàng 71

3.2 Thiết kế điện tử 71

3.2.1 Mục tiêu đặt ra 71

3.2.2 Sơ đồ khối của cân điện tử 72

3.2.3 Lựa chọn các linh kiện 73

3.2.3.1 Cảm biến trọng lượng 73

3.2.3.2 Bộ biến đổi tương tự - số ADC 74

3.2.3.3 Màn hình hiển thị 76

3.2.3.4 Vi điều khiển 77

3.2.3.5 Máy in nhiệt 81

3.2.3.6 IC RTC DS1307 82

3.2.3.6 EEPROM AT24C04 83

3.2.3.7 Phím nhấn 83

3.2.3.8 Nguồn cung cấp 84

3.2.4 Thiết kê mạch nguyên lý 84

3.2.4.1 Khối nguồn 85

3.2.4.2 Khối ADC 86

3.2.4.3 Khối Vi xử lý 86

3.2.4.5 Khối phím ấn 87

3.2.4.6 Khối giao tiếp UART 87

3.2.4.7 Khối thời gian thực RTC 88

3.2.4.8 Khối EEPROM AT24C04 88

3.2.5 Bản layout mạch in: 89

3.2.6 Mạch in thực tế: 90

3.3 Viết chương trình cho Vi điều khiển ATmega32A 91

3.4 Calib kết quả 92

10

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 94

4.1 Kết quả 94

4.2 Phương hướng phát triển 95

KẾT LUẬN 96

PHỤ LỤC 97

Phụ lục 1: Bảng calib kết quả 98

Phụ lục 2: Code của Atmega32A .101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

11

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hậu quả của bỏng gây ra 18

Hình 1.2 Một số hình ảnh trẻ em trong quá trình điều trị tại bệnh viện Nhi 23

Hình 1.3 Một số loại cân bệnh nhân tại bệnh viện Nhi 25

Hình 1.4 Giường Hill-Rom Care Assist 26

Hình 1.5 Giường hồi sức KA-896E 27

Hình 1.6 Giường Inox 28

Hình 1.7 Giường Việt Thái 29

Hình 1.8 Lồng ấp Lullaby 31

Hình 1.9 Lồng ấp Fisher & Paykel 32

Hình 1.10 Lồng ấp Ohmeda 33

Hình 2.1 Các biến dạng cơ bản 38

Hình 2.2 Cách ghép các phần tử áp điện 39

Hình 2.3 Cảm biến từ thẩm biến thiên 40

Hình 2.4 Sơ đồ khối cảm biến áp suất 40

Hình 2.5 Cảm biến áp suất sen-3391 41

Hình 2.6 Một số lọai Loadcell thông dụng 43

Hình 2.7 Cấu tạo của Loadcell 43

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của Loadcell 44

Hình 2.9 Mạch cầu Wheatstone 45

Hình 2.10 Sơ đồ khối của cân điện tử sử dụng Loadcell 57

Hình 3.1 Lồng ấp Ohmeda 63

Hình 3.2 Bộ phận gá, đỡ, tiếp nhận lực tác động của bệnh nhân 65

Hình 3.3 Mặt trên gắn với ba Loadcell 66

Hình 3.4 Loadcell được gắn vào phần mặt dưới 67

Hình 3.5 Vị trí đặt hộp điều khiển trên lồng ấp 69

Hình 3.6 Hộp điểu khiển 70

Hình 3.7 Sơ đồ khối của cân điện tử 72

12

Hình 3.8 Loadcell dạng uốn trong thực tế 73

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối ADC với Loadcell và Vi điều khiển 74

Hình 3.10 Sơ đồ khối của bộ ADC 24 bits ADS1234 75

Hình 3.11 Sơ đồ của khối khuếch đại trong ADS1234 76

Hình 3.12 Text LCD 16x2 77

Hình 3.13 ATmega32A dạng PDIP 79

Hình 3.14 Atmega32A dạng SMD 80

Hình 3.15 Máy in nhiệt khổ giấy 58mm 81

Hình 3.16 Chân của DS1307 82

Hình 3.17 Chân của EEPROM AT24C04 83

Hình 3.18 Nút nhấn 84

Hình 3.19 IC 78M05 dạng chân dán 84

Hình 3.20 Sơ đồ khối mạch cân điện tử 85

Hình 3.21 Sơ đồ mạch của khối nguồn 85

Hình 3.22 Sơ đồ mạch của khối ADC 86

Hình 3.23 Sơ đồ nguyên lý của khối Vi xử lý 86

Hình 3.24 Sơ đồ nguyên lý của khối hiển thị 87

Hình 3.25 Sơ đồ nguyên lý của khối nút bấm 87

Hình 3.26 Sơ đồ mạch của khối UART 87

Hình 3.27 Sơ đồ mạch của khối thời gian thực RTC 88

Hình 3.28 Sơ đồ mạch của khối EPROM 88

Hình 3.29 Layout lớp TOP 89

Hình 3.30 Layout lớp BOTTOM 89

Hình 3.31 Mạch in thực tế 90

Hình 3.32 Lưu đồ thuật toán cho Atmega32A 91

Hình 3.33 Sơ đồ thuật toán của quá trình calib 92

Hình 3.34 Đồ thị cho kết quả calib 93

Hình 4.1 Hình ảnh mạch cân điện tử khi đã hoàn thành 94

Hình 4.2 Thông số cân nặng, ngày giờ được in trên giấy nhiệt 94

13

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tính cho mỗi % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ nhẹ, vừa, nặng

và rất nặng (trên 50% diện tích cơ thể tính bằng 50) 19

Bảng 1.2 Phân loại mức độ xuất huyết 22

Bảng 2.1 Đặc trƣng vật lý của một số vật liệu áp điện 38

Bảng 2.2 Bảng so sánh tính năng, hiệu suất các loại cảm biến 42

Bảng 3.1 Dải điện áp vào và giá trị ra của ADS1234 76

14

THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ TỪ VIẾT TẮT

VBL Volume of Blood Lost Thể tích máu mất

PBL Percentage of Blood Loss Phần trăm thể tích máu mất

TBV Total Blood Volume Tổng thể tích máu

ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số

PLC Programmable Logic Controller Thiết bị điều khiển lập trình được

Excitation LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng

15

PHẦN MỞ ĐẦU

Đồ án tập trung giải quyết hai bài toán: thứ nhất là chế tạo được cân để cân được chính xác bệnh nhân khi đặt tại mọi vị trí, thứ hai là với cơ khí cố định của lồng ấp hiện tại thiết kế cơ cấu cơ khí cho phù hợp với loại lồng ấp này để đảm bảo cân chính xác trong mọi trường hợp Ngoài ra hệ thống còn bổ sung thêm chức năng kết nối máy tính, in thông

số cân nặng và thời gian ra giấy in Với các yêu cầu trên đồ án được trình bày theo các nội dung sau đây:

Chương 1: Tổng quan về đề tài: Chương này tập trung phân tích nhu cầu và thực trạng sử dụng giường tích hợp cân trong bệnh viện Nhi Trung Ương từ đó đưa ra yêu cầu thiết kế cho một loại giường cụ thể

Chương 2: Tổng quan về hệ thống cân điện tử: Chương này sẽ phân tích sẽ tìm hiểu

về các phương pháp đo khối lượng sử dụng cảm biến trọng lượng , phân tích sơ đồ khối chung của một hệ thống cân điện tử sử dụng loadcell hiện nay, giới thiệu về loadcell để qua đó cho ta cái nhìn khái quát về hệ thống cân điện tử như thế nào

Chương 3: Thiết kế hệ thống: Chương này tập trung phân tích chi tiết thiết kế cơ cấu cơ khí dựa trên chiếc giường đã chon và các khối chức năng của mạch đồng thời đưa

ra sơ đồ giải thuật cụ thể cho yêu cầu của thiết kế

Chương 4: Kết quả thực hiện và phương hướng phát triển: Chương này đưa ra các kết quả thực tế, sản phẩm và đề xuất phương hướng phát triển cho đề tài

16

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Nhu cầu và thực trạng sử dụng cân tích hợp vào giường của bệnh nhân nhi trong bệnh viện Nhi Trung Ương

Như chúng ta đã biết, khối lượng của bệnh nhân – đặc biệt là các bệnh nhân nặng (

ví dụ như bệnh nhân thuộc khoa hồi sức, khoa cấp cứu chống độc, khoa sơ sinh ) là một trong những thông số khá quan trọng cho bác sĩ trong công tác khám chữa bệnh và điều trị Thông qua cân nặng của bệnh nhân bác sĩ có thể tính toán được lượng máu, lượng dịch cần truyền, lượng thuốc cần tiêm, áp suất khí thở v.v cho phù hợp

Dưới đây là một số ví dụ chỉ ra yêu cầu cần thiết phải có cân trong quá trình điều trị

mà cụ thể là tính toán lượng dịch cần truyền trong điều trị bỏng và tính thể tích mất máu trong điều trị xuất huyết của bệnh nhân

1.1.1 Công thức tính lượng dịch truyền ( Áp dụng trong điều trị bỏng )

Bỏng là một loại chấn thương đối với da hoặc thịt do bị tác động bởi nhiệt, điện, hóa chất, ma sát, hay bức xạ

Có rất nhiều lý do khác nhau dẫn đến bỏng, có thể do tác động của nhiệt, của điện, của hóa chất và các tác nhân khác tác động một cách trực tiếp hoặc gián tiếp lên vùng da gây ra các mức độ tổn thương khác nhau Một số nguyên nhân chính có thể dẫn đến bỏng như :

- Tiếp xúc với đường điện cao thế, do đứt dây điện, đổ cột điện, nhà xây sát cạnh đường dây điện cao thế hay tiếp xúc với ổ điện trong nhà

- Tiếp xúc với dầu mỡ nóng, nước sôi, lửa (lửa xăng, lửa cồn, lửa ga, lửa bếp than, củi, lửa do cháy xe, cháy nhà, tia hồ quang điện), tia lửa điện hay các vật liệu như kim loại (bô xe máy, vật liệu dẫn nhiệt như nồi niêu, xoong chảo còn nóng, bàn là…)

- Tiếp xúc với axit hoặc bazơ mạnh: axit Sunfuric (H2SO4), axit Nitric (HNO3), axit Clohydric (HCl), axit Flohydric (FCl), NaOH, KOH , NH4OH, vôi tôi Ca (OH)2

- Tiếp xúc tia hồng ngoại, laze Rơngen

Bỏng có thể dẫn đến rất nhiều hậu quả nghiêm trọng đặc biệt trong trường hợp bỏng sâu và lan rộng bao gồm:

17

- Nhiễm trùng khu vực: bỏng có thể để lại làn da dễ bị nhiễm trùng do vi khuẩn, đặc biệt là nhiễm trùng tụ cầu và tăng nguy cơ nhiễm trùng, nhiễm trùng nghiêm trọng sẽ đi qua máu và ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể

- Nhiễm trùng lan rộng: nhiễm trùng huyết xảy ra khi vi khuẩn bị nhiễm vào máu

và lan truyền trên khắp cơ thể Nhiễm trùng huyết là một tiến triển nhanh chóng,

đe dọa mạng sống có thể gây sốc và suy tạng

- Khối lượng máu thấp: bỏng có thể làm hỏng các mạch máu và gây ra mất nước Điều này có thể dẫn đến khối lượng máu thấp (hypovolemia) Máu và nước mất nặng ngăn cản tim bơm máu đủ cho cơ thể

- Hạ nhiệt độ cơ thể: da giúp kiểm soát nhiệt độ của cơ thể, do đó khi một phần lớn da bị tổn thương dẫn đến bị mất nhiệt cơ thể Điều này làm tăng nguy cơ bị giảm thân nhiệt, khi đó cơ thể mất nhiệt nhanh hơn nó sản xuất, nhiệt độ cơ thể thấp gây nguy hiểm

- Vấn đề thở: thở không khí nóng hoặc khói có thể tổn thương đường hô hấp và gây ra khó thở Hít phải khói gây thiệt hại phổi và có thể gây suy hô hấp

- Sẹo: bỏng có thể gây ra những vết sẹo và u sùi, khu vực tạo chóp gây ra bởi phát triển quá mức của mô sẹo

- Xương và các vấn đề chung: bỏng sâu có thể hạn chế chuyển động của xương

và khớp Có thể hình thành mô sẹo và gây co cứng, khi da, bắp thịt hoặc dây chằng rút ngắn và thắt chặt, kéo khớp vĩnh viễn ra khỏi vị trí

18

Dưới đây là một số hình ảnh do quả của bỏng để lại:

Hình 1.1 Hậu quả của bỏng gây ra

Qua đó cho thấy việc cấp cứu, điều trị dự phòng và điều trị bỏng phải được tiến hành khẩn trương, đầy đủ từ tuyến cơ sở đến bệnh viện chuyên khoa đặc biệt đối với những bệnh nhân bị sốc bỏng Sau khi sơ cứu xong bác sĩ tiến hành truyền dịch cho bênh nhân Đây là vấn đề quan trọng nhất để bù đắp khối lượng máu lưu hành, giữ được huyết

áp, chống thiểu niệu, vô niệu, chống được các rối loạn chuyển hoá, cân bằng kiềm toan (tức là cân bằng pH máu, pC02, dự trữ kiềm, kiềm dư) Có nhiều công thức để tính lượng dịch truyền Một số công thức chính:

- Công thức Evans:

19

 Dịch keo = 1ml x kg (cân nặng) x diện tích bỏng

 Điện giải = 1ml x kg (cân nặng) x diện tích bỏng

 Huyết thanh ngọt 5% = 2000ml (người lớn)

Chú ý: Diện bỏng trên 50% tính bằng 50 Ngày đầu truyền dịch không quá 10 lít:

chia 8 giờ đầu truyền bằng 1/2 tổng lượng, 16 giờ sau truyền bằng 1/2 tổng lượng Ngày

thứ 2: Dịch keo và điện giải bằng 1/2 ngày thứ nhất

- Tính toán lượng dịch truyền dựa vào công thức Parkland: 24 giờ đầu chỉ

truyền Ringer lactat

 Tổng lượng dịch truyền = 4ml x kg (cân nặng) x diện tích bỏng

 24 giờ sau dùng: huyết thanh ngọt đẳng trương 2000ml (người lớn) và huyết

tương hoặc dịch keo tính theo diện tích bỏng

 Nếu diện bỏng 40 - 50% truyền 50 - 250 ml

 Nếu diện bỏng 50 -70% truyền 500 - 800 ml

 Nếu diện bỏng trên 70% truyền 800 - 1000 ml

Dưới đây là bảng tính cho mỗi % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ

nhẹ, vừa, nặng và rất nặng (trên 50% diện tích cơ thể tính bằng 50)

Bảng 1.1 Tính cho mỗi % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ nhẹ, vừa,

nặng và rất nặng (trên 50% diện tích cơ thể tính bằng 50)

Trong đó:

- q: Tổng lượng dịch truyền

- q/3: Chia 3 phần: Keo - điện giải - ngọt

- q/4: Chia 4 phần: Máu, huyết tương - keo - điện giải - ngọt

1.1.2 Công thức tính thể tích máu mất khi bị xuất huyết

Xuất huyết là tình trạng máu, bao gồm đủ 2 thành phần: huyết tương và thành phần

hữu hình thoát ra khỏi hệ thống tuần hoàn Bình thường máu tuần hoàn trong cơ thể ở

Dưới 1 tuổi 1 – 2 tuổi 3 – 6 tuổi 7 – 14 tuổi 15 – 56 tuổi

20

trong lòng các mạch máu Khi máu (chủ yếu là hồng cầu) thoát ra khỏi thành mạch do mạch máu bị tổn thương (vỡ, đứt hoặc do tăng tính thấm thành mạch) sẽ gây nên xuất huyết Xuất huyết là một hội chứng gặp ở nhiều chuyên khoa như: Xuất huyết dưới da hay gặp ở nội khoa, truyền nhiễm; xuất huyết dạ dày gặp ở khoa tiêu hoá; chảy máu cam: khoa tai -mũi - họng; chảy máu răng lợi: khoa răng- hàm - mặt

Các nguyên nhân gây xuất huyết bao gồm:

- Do chấn thương: Chấn thương làm đứt các mạch máu gây thoát máu ra khỏi

mạch máu, thường là số lượng lớn Hoặc chấn thương đựng dập gây máu tụ đọng lại ở một chỗ trong cơ thể

- Do bệnh lý: Xuất huyết là triệu chứng của rất nhiều bệnh khác như: Xuất huyết

dạ dày, sốt xuất huyết, bệnh ưa chảy máu, xuất huyết dưới da, xuất huyết não Các ảnh hưởng do xuất huyết gây ra bao gồm:

- Đối với chấn thương: gây đau đầu, mệt mỏi, thay đổi tâm tính, gây mất trí nhớ (đối với chấn thương sọ não), gây yếu chân tay (đối với chấn thương ở chân tay) Trong trường hợp bị mất máu cấp tính nếu không điều được truyền máu kịp thời khả năng cao sẽ nguy cơ đến tính mạng

- Đối với xuất huyết do bệnh lý: gây đau đầu, mệt mỏi, hoa mắt, chóng mặt, nôn mửa, thường đau dữ dội ở vùng bị xuất huyết ( dạ dày, đầu, thực quản, ruột ) Mức độ mất máu đối với xuất huyết do bệnh lý có thể từ nhẹ tới vừa, thậm chí nhiều trường hợp chảy máu nặng gây mất máu nghiêm trọng đe dọa tới tính mạng bệnh nhân do vậy cần phải điều trị càng sớm càng tốt để ngăn ngừa những

hậu quả khó lường

Trong xuất huyết, ngoài việc giải quyết nguyên nhân gây xuất huyết, bồi hoàn thể tích máu mất là khâu quan trọng trong việc hồi phục sưc khỏe cho bệnh nhân Thông thường việc ước tính thể tích máu mất được tính tuần tự theo 3 bước:

1 Tổng cộng thể tích máu (total blood volume – TBV) của bệnh nhân Ở ngưòi

Mỹ nam, TBV là 66 mL/kg và ở người Mỹ nữ 60 mL/kg Ở những bệnh nhân béo phì và bệnh nhân lớn tuổi thì giảm các trị số này 10% Ở Việt Nam, chỉ cần áp dụng các trị số thực tế, nhưng cách tính thì vẫn không thay đổi

2 Phần trăm thể tích máu mất (Percentage of blood loss - PBL) của bệnh nhân Biến số này được ước tính dựa trên các dấu chứng lâm sàng (Bảng 1.1)

VBL (Volume of Blood Lost): Thể tích máu mất

PBL (Percentage of Blood Loss): Phần trăm thể tích máu mất

TBV (Total Blood Volume): Tổng thể tích máu

lẫn lộn (confused)

lẫn lộn (confused)

lẫn lộn (confused)

lừ đừ (lethargic)

Từ những công thức trên cho thấy cân nặng có mối quan hệ mật thiết với quá trình điều trị bệnh nhân Đây là thông số rất quan trọng đòi hỏi phải cập nhật thường xuyên Một câu hỏi cần đặt ra ở đây là làm thế nào để lấy được thông số cân nặng của bệnh nhân đang nằm trên giường bệnh một cách dễ dàng mà không ảnh hưởng đến quá trình điều trị Câu trả lời cho câu hỏi này chỉ có thể là thiết kế chế tạo cân tích hợp vào ngay giường bệnh của bệnh nhân

1.1.3 Nhu cầu thực tế

Qua quá trình khảo sát thực trạng tại bệnh viện Nhi cho thấy số lượng giường và lồng ấp trẻ sơ sinh trong các khoa rất lớn tuy nhiên không có bất ki chiếc giường hay lồng

ấp nào có cân tích hợp sẵn vì thế dẫn tới các hệ quả:

- Thao tác chăm sóc trẻ mất nhiều công đoạn như tháo dỡ thiết bị y tế trên cơ thể: máy thở, ống tiêm, ống truyền dịch, ống truyền sữa ; sau đó đưa bé đến vị trí cân và lại gắn các thiết bị đó lên cơ thể bé

- Quá trình tháo dỡ thiết bị y tế rồi lại gắn lên cơ thể bé nhiều lần có thể dẫn đến tổn thương và gây đau đớn thêm cho các bé: chẳng hạn như khi dỡ máy thở ôxy

có thể gây thiếu ôxy đột ngột dẫn đến tím tái, ngừng thở hay nghiêm trọng hơn

có thể nguy hiểm đến tính mạng của bé

- Quá trình di chuyển bé từ giường tới vị trí cân có thể làm bé bị nhiễm thêm bệnh khác do cơ thể yếu hoặc môi trường không đảm bảo sạch vi khuẩn: ví dụ như bệnh Sởi, cúm, sốt xuất huyết rất dễ dàng bị lây từ môi trường đến trẻ

em

23

- Y tá chăm sóc trẻ mất nhiều công sức

Từ thực trạng đó cho thấy nhu cầu sử dụng cân tích hợp ngay trên giường bệnh là rất cao Bệnh nhân cần thở oxy, bệnh nhân cần tiêm hay bệnh nhân trong quá trình điều trị khác tất cả đều cần cân Nếu việc lấy thông số cân nặng tiếp diễn theo chu trình nằm, bế ra khỏi giường bệnh hoặc lồng ấp sau đó là cân thì khả năng cao bệnh nhân sẽ bị nhiễm trùng, nhiễm khuẩn và virus vì môi trường bên ngoài thường không đảm bảo nên dễ ảnh hưởng xấu đến bệnh nhân Dưới đây là một số hình ảnh trẻ em trong quá trình điều trị tại bệnh viện Nhi

Hình 1.2 Một số hình ảnh trẻ em trong quá trình điều trị tại bệnh viện Nhi

Hiện nay bệnh viện nhi Trung Ương chưa có bất kì chiếc giường tích hợp cân nào

mà chỉ có những chiếc cân riêng để cân bệnh nhân do đó nhu cầu cần tích hợp cân vào

24 giường sẵn có tại bệnh viện càng cấp thiết hơn Dưới đây là một số hình ảnh cân trẻ em được sử dụng tại bệnh viện Nhi Trung Ương

25

Hình 1.3 Một số loại cân bệnh nhân tại bệnh viện Nhi

Hiện nay, mỗi khoa có tới vài chục lồng ấp và giường bệnh trong đó chỉ có 3 đến 4 chiếc cân như trên Công tác lấy được thông số cân nặng của mỗi bệnh nhân là một việc khá phức tạp thậm chí có thể gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của bệnh nhân trong quá trình tháo gỡ thiết bị y tế trên cơ thể và di chuyển Qua đó cho thấy, những chiếc cân điện tử hiện tại trong bệnh viện Nhi chưa đáp ứng được nhu cầu lấy thông tin về cân nặng một cách thường xuyên của bệnh nhân cho bác sĩ trong quá trình theo dõi, khám và điều trị bệnh

Trên thực tế đã có một số loại giường kèm cân nhưng các loại giường này dùng cho người lớn là chủ yếu và tất cả đều nhập từ nước ngoài với chi phí rất cao ( khoảng 14 000

$/chiếc ) Một số loại giường tích hợp cân đã có hiện nay:

26

Hình 1.4 Giường Hill-Rom Care Assist

Một số đặc điểm của loại giường này:

27

Hình 1.5 Giường hồi sức KA-896E

Một số đặc điểm của loại giường này:

- Chế độ điều khiển linh hoạt không nhầm lẫn với các vật dụng khác trên giường bệnh

- Nâng lưng, nâng gối, cao-thấp hoàn toàn bằng điện

- Nâng chân - nâng đầu

- Điều khiển tại bảng điều khiển ở phía chân giường cho y tá hoặc bộ điều khiển cầm tay (cho bệnh nhân)

- Hạ lưng tức thời chỉ bằng một nút nhấn, dành cho trường hợp khẩn cấp

- Có cân tích hợp vào giường

Những chiếc giường như trên rất thuận tiện cho việc lấy thông số cân nặng bệnh nhân tuy nhiên hiện tại giá thành rất cao nên chỉ có tại một vài bệnh viện ở Việt Nam (hiện

có tại bệnh viện bạch Mai) với số lượng quá ít không thể đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng của bệnh viện dẫn đến cần phải giải quyết hai bài toán nhu cầu và kinh tế cùng một lúc Do đó cần thiết để nghiên cứu về phương pháp cân và chế tạo thiết bị có thể cân được trọng lượng bệnh nhân và tích hợp ngay trên chính chiếc giường đang có tại phần lớn các bệnh viện trong nước trong đó có bệnh viện Nhi Trung Ương

28

Thông số cân nặng không chỉ liên quan mật thiết đến quá trình điều trị mà còn rất quan trọng trong quá trình theo dõi tình trạng sức khỏe của bệnh nhân Nếu một chiếc giường hoặc lồng ấp có tích hợp cân thì rất dễ dàng và tiện lợi cho bác sĩ trong quá trình điều trị Với tính năng lấy được thông tin về cân nặng của bệnh nhân một cách chính xác

và thường xuyên các yêu cầu thiết kế ban đầu cho hệ thống cân đã được đưa ra

1.2 Khảo sát thực tế và xây dựng yêu cầu thiết kế

Trong bệnh viện Nhi hiện nay có rất nhiều loại giường cần tích hợp cân Mỗi loại

có một kết cấu cơ khí khác nhau như hình bên dưới:

Như trong hình 1.6, đây là loại giường inox khá thông dụng trong viện Nhi và các

cơ sở chăm sóc bệnh nhi khác

- Ưu điểm của lọai giường này là rẻ, dễ sử dụng, dễ dàng vệ sinh dọn dẹp

- Nhược điểm: chỉ có chức năng cho bệnh nhân nằm điều trị, thiếu nhiều chức năng cho công tác điều trị của bác sĩ như nâng, hạ

29

Hiện tại loại giường này có số lượng nhiều nhất tại bệnh viện Nhi và thường dành cho các bệnh nhân từ 2 – 16 tuổi mắc các bệnh từ nhẹ cho đến nặng trong hầu hết tất cả các khoa Với những bệnh nhân nặng không có khả năng di chuyển được thì việc sử dụng giường tích hợp cân là cần thiết Với những bệnh nhân có khả năng đi lại được thì có thể

sử dụng cân riêng của bệnh viện Tuy nhiên số lượng cân thì có hạn, mỗi phòng có một cân hoặc một số phòng phải dùng chung một cân do đó công tác lấy được thông số cân nặng của bệnh nhân là khác phức tạp, các bác sĩ phải tốn nhiều công sức để ghi chép thông tin về cân nặng của bệnh nhân dẫn đến có thể thông tin cân nặng của bệnh nhân không được cập nhật một các thường xuyên nên cũng ảnh hưởng đến công tác điều trị của bác sĩ

Vì vậy đối với loại giường này dù bệnh nhân nặng hay nhẹ sử dụng đều cần cân tích hợp vào giường

Hình 1.7 Giường Việt Thái

- Chiều dài: 191,5 cm

- Chiều rộng: 86 cm

- Chiều cao: 35,5 cm

- Giá: 15 000 000 đồng

30

Hình 1.7 là giường do công ty Việt Thái thiết kế chế tạo

- Ưu điểm của lọai giường này là: rẻ, dễ sử dụng, dễ dàng vệ sinh dọn dẹp, có chức năng nâng, hạ chân và đầu, có bánh xe có thể giúp di chuyển bệnh nhân dễ dàng tới vị trí mong muốn, giá cả vừa phải,

- Nhược điểm: đây chưa phải là loại giường đa năng, nhiều tính năng cần bổ sung cho loại giường này như: cân trực tiếp bệnh nhân đang nằm tại giường, các cảnh báo cần thiết trong y tế: quá tải, còi báo cho bác sĩ trong trường hợp khẩn cấp

Loại giường này thường dùng cho các bé từ 2 – 6 tuổi trong một số khoa như: khoa tim mạch, khoa thận và lọc máu Bệnh nhân trong các khoa này thường khó khăn trong việc đi lại và thường xuyên tiếp nước, truyền dịch, truyền máu Thông số cân nặng đối với các bệnh nhân nằm trên các giường này bác sĩ cũng phải cập nhật liên tục để phục vụ cho công tác điều trị Thao tác lấy được thông số bệnh nhân cũng khó khăn và phức tạp như đối với bệnh nhân nằm trên giường inox vì vậy việc sử dụng cân cho giường Việt Thái là điều vô cùng cần thiết

- Có ngăn kéo đựng đồ, đệm, khay tia X

Trong bệnh viện Nhi Trung Ương loại lồng ấp này thường sử dụng trong khoa Sơ sinh với đối tượng bệnh nhân viêm phổi, ngạt, nhiễm trùng huyết Các bệnh nhân này

32

thường rất nặng và thường xuyên phải đeo ống thở trong suốt quá trình điều trị Việc tháo

dỡ ống thở để đưa bệnh nhân ra cân ở phía ngoài lồng ấp có thể dẫn đến tím tái, ngừng thở gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng của bệnh nhân Do đó việc sử dụng cân tích hợp vào lồng ấp loại này là rất cần thiết và cấp bách

33

Cũng tương tự như lồng ấp Lullaby loại lồng ấp này được sử dụng trong khoa Sơ sinh với đối tượng bệnh nhân viêm phổi, ngạt, nhiễm trùng huyết Bệnh nhân nằm trên lồng ấp này thường xuyên được trang bị với ống truyền dịch, truyền máu, máy thở Việc tháo dỡ các thiết bị này trên cơ thể bệnh nhân để cân ở vị trí ngoài lồng ấp gây nên những ảnh hưởng nguy hại cho bệnh nhân như gây tổn thương phần mạch máu khi tháo dỡ kim tiêm liên tục đặc biệt các bé còn quá nhỏ mạch máu thường rất mờ và khó phát hiện vì thế trong quá trình đưa kim tiêm vào cơ thể bé rất dễ bị nhầm lẫn, gây đau đớn cho các bé Do cân nặng của các bé cần được theo dõi thường xuyên trong quá trình điều trị nên không thể liên tục tháo dỡ các thiết bị y tế trên cơ thể các bé được vì vậy loại lồng ấp này cũng rất cần cân tích hợp

Hình 1.10 Lồng ấp Ohmeda

- Chiều dài: 77 cm

- Có hệ thống tạo độ ẩm thích hợp nhằm tạo môi trường tốt nhất cho bé

- Hệ thống báo động nhiệt độ, độ ẩm cài đặt hoàn chỉnh

- Nắp đậy trong suốt cho phép nhìn thấy trẻ ở mọi góc độ trong khi vẫn cách

ly trẻ khỏi môi trường Giường có thể điều chỉnh nghiêng

- Với 6 cửa sổ và 1 cửa chính để tiếp cận có thể dễ dàng tiếp cận bé

- Tủ lưu trữ tiện lợi, có khoảng không chứa bộ lọc khí dưỡng, đựng khăn giấy

và vật dụng khác cần thiết cho việc chăm sóc và vệ sinh kết cấu lắp đặt bánh

xe làm cho việc di chuyển lồng thật dễ dàng

Lồng ấp này được sử dụng chủ yếu cho trẻ sinh non trong khoa Sơ Sinh Các em bé sinh non thường rất bé, cân nặng chỉ dao động từ 9 lạng đến 2,5 kg vì thế công tác chăm sóc cho bé càng phải thận trọng và kĩ lưỡng hơn Đặc điểm của trẻ sinh non nằm trong lồng ấp này là:

- Hệ thống ống thông, máy thở, kim truyền, lồng và máy giám sát công nghệ cao được trang bị đầy đủ trên cơ thể bé sinh non để tạo môi trường an toàn nhất cho bé

- Một ống thông (mũi - dạ dày) cung cấp sữa mẹ hoặc sữa công thức được nối trực tiếp vào dạ dày bé thông qua lỗ mũi

- Phổi chưa hoàn thiện và suy hô hấp là một lý do phổ biến để bé phải được nuôi trong lồng ấp, bé có thể được cho chụp mũ oxy - là một chiếc hộp chứa toàn oxy tinh khiết vừa vặn với đầu bé để cung cấp oxy cho bé

- Các kim và ống truyền giúp cung cấp chất lỏng để giữ cho bé không bị mất nước đồng thời truyền thuốc vào cơ thể bé

- Nhiệt độ để giữ ấm cho bé cần được duy trì 24/24 vì để lạnh trẻ dễ bị phù cứng bì làm trầm trọng thêm bệnh lý của bé

35

Với những đặc điểm trên cho thấy trẻ sinh non cần được duy trì trong môi trường lồng ấp 24/24 để đảm bảo sức khỏe cho bé cũng như đảm bảo cho quá trình theo dõi của bác sĩ Vì quá thiếu cân nên việc cần thiết là tăng trọng lượng để nâng cao sức đề kháng cho các bé do đó thông số cân nặng của các bé được các bác sĩ rất quan tâm và theo dõi liên tục Việc lấy thông số cân nặng của bé một cách thường xuyên bằng cách sử dụng cân riêng của bệnh viện là không thích hợp vì môi trường ngoài không đảm bảo vô trùng và nhiệt độ không phù hợp cho các bé gây ảnh hưởng xấu cho quá trình phục hồi của bé Đồng thời công tác tháo gỡ và gắn các trang thiết bị y tế lên cơ thể bé là việc rất khó khăn cho bác sĩ và cũng ảnh hưởng không nhỏ tới sức khỏe của bé Vì thế việc sử dụng cân tích hợp lên loại lồng ấp này là điều rất cần thiết

Tất cả các loại giường và lồng ấp tại bệnh viện Nhi đều cần tích hợp cần, tuy nhiên nhu cầu cấp bách hiện tại là thiết kế hệ thống cân tích hợp cho chiếc lồng ấp Ohmeda như hình 1.10 phía trên Với chiếc lồng ấp này, các yêu cầu thiết kế ban đầu được đưa ra cho

hệ thống cân điện tử như sau:

- Cân hoạt động trong dải 0 đến 20 kg

- Độ sai lệch nhỏ hơn 1% vì cân chuẩn hiện nay có sai số là 1% nên cần thiết

kế mạch có sai số nhỏ hơn hoặc bằng sai số của cân chuẩn

- Có chế độ đưa cân nặng về mốc 0 trước khi cân

- Hạn chế thay đổi cấu trúc hiện tại của lồng ấp

- Tiết kiệm chi phí

2.1 Các phương pháp đo khối lượng

2.1.1 Nguyên lý đo khối lượng

Trong vật lý cơ học, mối quan hệ giữa lực và khối lượng được xác định bằng định luật II Newton, theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lượng m sẽ bằng tích số khối lượng và gia tốc của nó, tức là:

F = m.a Trọng lực là một trường hợp của công thức này Dưới tác dụng của sức hút Trái Đất, vật có khối lượng m sẽ chịu tác dụng của trọng lực:

P = m.g Với g(m/s²) là gia tốc trọng trường là một số cố định ở từng khu vực Tất cả các phương pháp đo khối lượng đều dựa vào quan hệ này

Khi hai lực cân bằng cùng tác dụng lên vật theo hai hướng ngược nhau thì làm cho vật thể cân bằng, không tạo nên gia tốc làm cho vật chuyển động

2.1.2 Các phương pháp đo khối lượng

2.1.2.1.Cảm biến điện trở lực căng

Sức căng ε được xác định bằng sự thay đổi chiều dài ∆L của thanh đàn hồi L so với một đơn vị chiều dài:

ε = ∆L/L

Do tác động của lực vào thanh L, làm xuất hiện sức căng, tương ứng cũng làm thay đổi giá trị điện trở của thanh Cảm biến sức căng hoạt động dựa trên nguyên tắc này, cho phép biến đổi giá trị ε nhỏ thành sự thay đổi tương ứng giá trị điện trở của thanh

Có hai loại cảm biến sức căng:

- Loại gắn trực tiếp trên cần đàn hồi của bộ đo lực, ở vị trí cần đo sức căng Khi lực tác động làm căng hoặc cong cần đàn hồi thì lực cũng trực tiếp làm căng cảm biến

R = điện trở của cảm biến sức căng

∆L = sự thay đổi chiều dài (m)

L = chiều dài của cảm biến (m)

Khi tác dụng một lực f lên tiết diện cắt ngang A, ứng suất S = f/A (N/m²) Ở thanh đàn hồi tỉ số của ứng suất S trên sức căng ε là hằng số và được gọi là module đàn hồi:

E = S / ε = const

Đối với thanh đàn hồi có chiều dày là h và chiều rộng là b, có cảm biến sức căng gắn trực tiếp trên bề mặt ở vị trí cách điểm lực tác động là L, ứng suất được xác định theo biểu thức:

Cảm biến sức căng cho phép sử dụng để đo lực tác động do trọng lực của vật trong các bài toán cân

2.1.2.2 Cảm biến áp điện

Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điện

Phần tử cơ bản của một cảm biến áp điện có cấu tạo tương tự như một tụ điện được chế tạo bằng cách phủ hai bản cực lên hai mặt đối diện của một phiến vật liệu áp điện mỏng Vật liệu áp điện thường dùng là thạch anh vì nó có tính ổn định, độ cứng và độ chính xác cao Tuy nhiên loại này có nhược điểm là chịu va đập kém, độ bền cơ khí thấp, khó chế tạo và công nghệ chế tạo đòi hỏi rất cao

Đặc trưng vật ý của một số vật liệu áp điện được trình bày trong bảng 2.1

Modun Young (

Ứng lực cực đại (

Nhiệt độ làm việc

( C) Thạch anh = 4.5

39

Trong nhiều trường hợp các bản áp điện được ghép thành bộ theo cách ghép nối tiếp hoặc song song

Hình 2.2 Cách ghép các phần tử áp điện

a Hai phần tử song song

b Hai phần tử nối tiếp

c Nhiều phần tử song song

2.1.2.3 Cảm biến áp từ

- Hiệu ứng từ giảo

Dưới tác động của từ trường, một số vật liệu sắt từ thay đổi tính chát hình học hoặc tính chất cơ học Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng từ giảo Khi có tác dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ làm thay đổi đường cong từ hóa của chúng Khi đó dựa vào sự thay đổi của từ thẩm hoặc từ dư có thể xác định được độ lớn của lực tác dụng

từ đó có thể xác định được khối lượng của vật gây ra lực tác dụng Đây là hiệu ứng từ giảo

nghịch

- Cảm biến dựa trên hiện tượng từ giảo

 Cảm biến từ thẩm biến thiên Cấu tạo của cảm biến gồm một cuộn dây có lõi từ hợp với một khung sắt từ tạo thành một mạch từ kín ( Hình 2.4) Dưới tác dụng của lực F, lõi từ bị biến dạng kéo theo

sự thay đổi của độ từ thẩm μ làm cho từ trở mạch từ thay đổi do đó độ từ cảm của cuộn dây cũng thay đổi Sự thay đổi tương đối của L, R hoặc μ tỉ lệ với ứng lực σ, tức là với lực cần đo F:

40

Hình 2.3 Cảm biến từ thẩm biến thiên

 Cảm biến từ dư biến thiên Phần tử cơ bản của cảm biến từ dư biến thiên là một lõi từ làm bằng Ni tinh khiết cao, có từ dư Bᵣ Dưới tác dụng của lực cần đo, thí dụ lực nén (dù < 0), Bᵣ tăng lên:

Sự thay đổi của từ thông sẽ làm xuất hiện trong cuộn dây một suất điện động tỉ lệ với dB / dt Biểu thức của điện áp hở mạch có dạng:

Trong đó K là hệ số tỉ lệ với số vòng dây và tiết diện vòng dây

Do sử dụng vật liệu từ tính nên vật liệu chế tạo phải có độ tinh khiết rất cao dẫn tới không dễ dàng chế tạo

2.1.2.4 Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc dùng trong các ứng dụng có liên quan đến áp suất Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất cũng gần giống như các loại cảm biến khác là cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn cần đo của cảm biến loại đó) tác

động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi xử lý, xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra

Hình 2.4 Sơ đồ khối cảm biến áp suất