Praktika z návrhu a konstrukce lékařských přístrojů

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět F7ABBPNK je, že student v některém z předchozích semestrů úspěšně absolvoval předmět F7ABBEO

Podmínkou zápisu na předmět F7ABBPNK je, že student v některém z předchozích semestrů úspěšně absolvoval předmět F7ABBEM

Podmínkou zápisu na předmět F7ABBPNK je, že student v některém z předchozích semestrů úspěšně absolvoval předmět F7ABBSM

Garant předmětu:

Roman Matějka

Přednášející:

Roman Matějka

Cvičící:

Roman Matějka, Jana Matějková

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Cílem prakticky orientovaného předmětu je seznámit studenty s postupem návrhu měřicí části přístroje, tj. základní analýza problému, stanovení funkčních bloků a jejich návrh, volba vhodných součástek a jejich hodnot s důrazem na práci s katalogovým listem a aplikačními doporučeními, přípravou elektrotechnické dokumentace a návrhu desky plošného spoje, její osazení, pájení a oživení. V průběhu výuky budou studenti realizovat funkční přípravek (osazení, pájení, oživení) elektronického teploměru, jež se bude skládat ze dvou funkčních celků – analogová část pro měření teploty a úpravu signálu (osazena THT součástkami) a zobrazovací člen s diodovým bargrafem (osazena SMT součástkami). K oběma přípravkům budou studenti realizovat návrh schématu a DPS v CAD prostředí EAGLE. K analogové části přípravku bude realizována dále aplikace pro digitalizaci dat z analogového přípravku pomocí karet NI-DAQ a levného řešení pomoci Arduina. Poslední části bude servisní zásah do přístroje (monitor vitálních funkční) s důrazem na bezpečnou manipulaci a proměření testovacích bodů pro nastavení činnosti.

Požadavky:

Vstupní požadavky předmětu:

Orientace ve schématu a znalost základních výpočtů v obvodu – pasivní součástky (odporový dělič, RC a RL články, odporový můstek), aktivní součástky (diody a Zenerovy diody), operační zesilovače (zapojení jako sledovač, invertující a neinvertujcí zesilovač, diferenční zesilovač a přístrojový zesilovač). Základní znalost práce s laboratorními přístroji – digitální multimetr (měření parametrů U, I, R), laboratorní zdroj (nastavení napětí a proudového omezení), osciloskop (ruční nastavení parametrů – rozsah, časová základna, trigrování) a generátor signálu.

Předmět je zakončen klasifikovaným zápočtem. Tři průběžné testy v průběhu semestru, se zaměřením na probranou látku, skladba testu: početní příklad s nutností vyčtení parametrů z katalogového listu součástky, návrh schématu zapojení s výběrem součástek z definované řady a teoretické otázky s jednou správnou odpovědí. Studenti mohou získat další bonusové body nad rámec testů za návrh, realizaci a oživení vlastní DPS nutné pro realizaci úlohy v rámci výuky. Výsledné hodnocení je dáno součtem bodů z jednotlivých testů a případných bonusových bodů. Výsledná známka je dána stupnicí ECTS.

Hodnocení jednotlivých částí: 15 bodů početní příklad, 15 bodů tvorba schématu a 2 body za otázku, tj. celkem 10 bodů za otázky, celkem tedy 40 bodů za test.

Výsledná známka bude dána celkovým počtem získaných bodů z obou testů. Nebude realizován opravný termín vzhledem k faktu, že je možné získat až celkem 120 bodů.

Bodové minimum je 50 bodů, tj. známka E, maximum je 100 bodů, tj. známka A podle SZŘ ČVU

Osnova přednášek:

Předmět nemá přednášky.

Osnova cvičení:

Cvičení probíhají formou 4 hodinových bloků

1.Analýza problému (elektronický teploměr s NTC), návrh zapojení funkčních bloků (zapojení rezistivního teploměru do děliče a můstku, napájení a napěťová reference, zesílení), volba komponent na základě výpočtu a dostupnosti z řady, práce s katalogovým listem

2.Ověření navrženého zapojení (elektronický teploměr s NTC) a jeho stability na nepájivém poli.

3.Návrh schématu v prostředí EAGLE, volba komponent a pouzder, simulace obvodu v prostředí Multisim (SPICE).

4.Návrh DPS v prostředí EAGLE, metody ručního rozložení komponent, autorouting a manuální vedení cest, export pro výrobu.

5.Výroba DPS fotocestou, osazení DPS a pájení THT komponent – deska teploměru s NTC

6.Oživení vyrobené desky, měření v uzlových bodech, hledání poruchy, měření přenosových charakteristik.

7.Ruční pájení SMT komponent, nanesení pájecí pasty přes masku, osazení a přetavení, optická analýza pájení – deska zobrazovacího členu k teploměru.

8.Oživení a testování oživeného kompletu (deska teploměru a deska zobrazovacího členu), použití systému pro automatizované testy TestStand v kombinaci s datovou kartou pro ověření činnosti v rozdílných podmínkách a zátěžový test (simulace různé teploty, různé napětí baterie)

9.Tvorba měřicí aplikace v prostředí LabVIEW pro digitalizaci dat z vyrobeného přípravku pomocí průmyslového převodníku NI-DAQ.

10.Digitalizace pomocí dostupných řešení (Arduino) a zobrazení dat v terminálu a LabVIEW

11.Zapojení přístrojového zesilovače pro snímání biopotenciálů – EKG, EMG a EOG, digitalizace dat

12.Zesílení signálu z elektrochemických čidel – pH a vodivost, teplotní kompenzace, detekce maximálních píků.

13.Servisní zásah do monitoru vitálních funkcí, bezpečnosti při manipulaci a použití oddělovacího transformátoru, analýza funkčních bloků, měření na testovacích uzlech pro nastavení provozních hodnot, sestavení přístroje a ověření činnosti

14.Konzultace látky, rezerva pro doměření úloh, klasifikovaný zápočet.

Cíle studia:

Orientace v technické dokumentaci (katalogové listy, aplikační doporučení); návrh elektrotechnické dokumentace v prostředí EAGLE (elektronické schéma a deska plošných spojů); výroba DPS; měkké pájení THT a SMT součástek; bezpečná ESD práce; realizace jednoduché aplikace pro digitalizaci signálu na bázi NI-DAQ a Arduino v prostředí LabVIEW a export dat; servisní zásah do přístroje (analýza funkčních bloků, bezpečnost při manipulaci, měření na testovacích bodech)

Studijní materiály:

[1]VEJROSTA, Vladimír. Konstrukce zdravotnických elektrických přístrojů: aplikace požadavků mezinárodních a evropských norem. Praha: Česká společnost pro zdravotnickou techniku, 2001. ISBN 80-02-01460-X.

[2]CETL, Tomáš, Pavel HRZINA a Václav PAPEŽ. Příklady konstrukčních řešení elektronických obvodů. V Praze: Nakladatelství ČVUT, 2006. ISBN 80-01-03578-6.

[3]ZÁHLAVA, Vít. Návrh a konstrukce desek plošných spojů: principy a pravidla praktického návrhu. Praha: BEN - technická literatura, 2010. ISBN 978-80-7300-266-4.

[4]Medical instrumentation: application and design. 4th ed. Editor John G. WEBSTER. Hoboken, N.J.: Wiley, c2010. ISBN 9780471676003.

[5]ABEL, Martin. Plošné spoje se SMD, návrh a konstrukce. Pardubice: Platan, 2000. ISBN 80-902733-2-7.

[6]ABEL, Martin a Vladimír CIMBUREK. Bezolovnaté pájení v legislativě i praxi. Pardubice: ABE.TEC, 2005. ISBN 80-903597-0-1..

[7]MACH, Pavel, Jan URBÁNEK a Vlastimil SKOČIL. Montáž v elektronice: pouzdření aktivních součástek, plošné spoje. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2001. ISBN 80-01-02392-3.

[8]BLAHOVEC, Antonín. Elektrotechnika III: (příklady a úlohy). Šesté, nezměněné vydání. Praha: Informatorium, 2015. ISBN 978-80-7333-116-0.

[9]KRÁL, Jiří. Řešené příklady ve VHDL: hradlová pole FPGA pro začátečníky. Praha: BEN - technická literatura, 2010. ISBN 978-80-7300-257-2.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost KL:B-130 Matějka R. Matějková J. 16:00–19:50 Kladno FBMI Lab. elektrotechniky a VI místnost KL:B-131 Matějka R. Matějková J. 16:00–19:50 Kladno FBMI Lab. návrhu a funkce LP
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Prospectus - bakalářský (!)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinný předmět)