Научный проект для олимпиады «Шаг в будущее»

Автор: Гусев Денис Анатольевич, ГОУ лицей №1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 11 класс

Научный руководитель: Соловьев Владимир Анатольевич, доцент

кафедры ИУ4 МГТУ им. Н.Э. Баумана

Целью работы является сборка и тестирование электронного стетоскопа. В работе проводится анализ схемы электрической принципиальной и элементной базы, описывается принцип работы устройства.

Существует множество аналоговых устройств стетоскопа , предназначенных для разных целей. Чтобы понять с чем мы имеем дело , необходимо провести обзор существующих устройств , выявить их особенности и недостатки.

Электронный стетоскоп ЗМ Littmann модель 4100WS обладает специальной встроенной технологией снижения звуков окружающей среды, тем самым позволяет выслушивать человека в самых шумных помещениях.

Особенности стетоскопа: встроенный в диафрагму фильтр, позволяет выслушивать три частотных диапазона звуков сердца, легких и других звуков тела

Недостатки: Из-за технологии снижения звуков, спектр применения этого стетоскопа значительно сужается, поэтому данная модель может использоваться только для прослушивания человека.

Сфера применений: Электронный стетоскоп Ebex 2001K был разработан для поиска взрывчатых веществ и в основном используется для отслеживания слабых звуковых волн – передвижения стрелок таймеров, общих компонентов детонаторов и взрывных устройств.

Принцип работы : принцип работы устройства состоит в определении и усилении звуковых волн при помощи поисковых головок. Бесконтактная поисковая головка позволяет взаимодействовать с электронными контурами, что делает их доступными для стетоскопа.

Особенности: данная модель стетоскопа, обеспечивает пользователя качественными результатами, необходимыеми в некоторых сферах деятельности.

Недостатки: стетоскоп Ebex 2001 K тербует от пользователя некоторую подготовку и опыт в использовании. А также Бесконтактная поисковая головка является легко повреждаемым элементом.

Электронный стетоскоп CADIscope обеспечивает прямой контроль звука сердечных сокращений на вмонтированном ЭКГ-дисплее. Врачу предоставлена уникальная возможность визуально проверить акустические данные. Таким образом, идентифицируются даже неслышимые аритмии и тахикардии. Электроды, формирующие треугольник Эйнтховена, обеспечивают надежное ЭКГ-наблюдение.

Особенности: воспроизведение диапазона высоких частот. Оптимальное усиление при слабом звуке.Недостатки: данная модель стетоскопа предназначена только для диагностики работы сердечнососудистой системой человека и неможет быть использована в качестве универсального устройства.

TMST 3 это высококачественный, чувствительный инструмент, позволяющий определять проблемы в деталях машин путем детектирования шума или вибрации оборудования

Особенности: благодаря щупу этот стетоскоп имеет возможность более тщательно проводить диагностику устройств и выявлять их значительные неполадки.Недостатки: ограниченная сфера использования. Щуп является легко повреждаемым элементом и требует высокой осторожности при его эксплуатации.

Схема электронного стетоскопа представляет однокаскадный микрофонный усилитель, построенный на малошумящем транзисторе VT по схеме с общим эмиттером, регулятор уровня (R7) и интегрированный усилитель DA с необходимыми стандартными цепями коррекции R9, R10, C7, C9. Конденсаторы С2, С3 разделительные, С1, С5 и С8 фильтрующие по питанию. При включенном напряжении питания загорается красный светодиод VD, индицирующий работу устройства. Стетоскоп питается от стандартной батарейки типа `Крона`.

Конструкция устройства представляет собой однокаскадный микрофонный усилитель, построенный на малошумящем транзисторе по схеме с общим эмиттером, также включает в себя регулятор уровня и интегрированный усилитель с необходимыми стандартными цепями коррекции, конденсаторы ёмкостью: 0,22 мкФ и 0,1 мкФ - разделительные, ёмкостью: 47мкФ/16…50 В; 4,7 мкФ/16...50 В; 100 мкФ/16...50 В - фильтрующие по питанию. Все элементы располагаются на печатной плате размером 46х28мм. Устройство питается от источника в 9 В.

Сборка устройства осуществляется на основе схемы электрической принципиальной ,посредством пайки и установки всех элементов на печатной плате (Рис. 1), в соответствии с монтажной схемой (Рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

Сборка начинается с установки резисторов R1…R6, R8, R9,R10, керамических конденсаторов C2…C4, C6, C7, C9 в виду их малого размера. Следующими размещаются электролитические конденсаторы C1, C5, C8. Далее элементы ставятся в следующем порядке: транзистор VT, светодиод VD, сдвиговый переключатель SW. Данная последовательность обусловлена удобством простановки компонентов от середины платы к ее краю. Затем устанавливаются перемычки J1,J2, переменный резистор R7, разъем для наушника Earphone JACK. Далее размещается панель для микросхемы SocketDIP8. Следующим этапом является установка микрофона и разъема батареи. Завершается сборка ячейки вставкой микросхемы DA в панель.

После сборки стетоскопа были проведены испытания. Испытание

на чёткость передачи сигнала на расстоянии: чёткость передачи сохраняется до 7 метров от непрямого источника звука. Испытание на усиление звука и мелких шумов: значительно усиливается общий звуковой фон (голоса, телевизор, шаги и т.д.); при прослушивании мелкого грызуна отчётливо слышно сердцебиение, частый ритм биения сердца по сравнению с человеком, а также становится слышно дыхание, которое еле уловимо без использования стетоскопа. Испытание на усиление звука(прослушивание хомяка)

В ходе работы было проведено исследование и сравнение устройств аналогичных стетоскопу NK 134. Была произведена сборка стетоскопа. По окончании сборки проводились исследования работоспособности устройства, стетоскоп показал отличные результаты при исследовании и является пригодным для

дальнейшей эксплуатации.