§ 3. Передача сигналов: преобразователи

Физиологические показатели принадлежат главным образом к той категории сигналов, которые невозможно наблюдать непосредственно после того, как они обнаружены. Использование их большей частью требует осуществления операций усиления, которые можно разделить на три типа: механическое усиление, оптическое и электронное. Успехи последнего особенно способствуют все большему распределению принципа преобразования и передачи сигналов различного характера в виде электрических сигналов.

Термин "преобразователь", принятый специалистами, означает устройство, предназначенное для улавливания изменений того или иного параметра с использованием небольших количеств энергии исходного сигнала, с тем чтобы выразить их в дальнейшем в виде изменений электрической энергии, достаточно значительных для того, чтобы их можно было ввести в цепь усиления регистрирующего прибора или прибора визуального контроля.

Современная техника создала множество преобразующих устройств, позволяющих без особого труда получать большинство интересующих нас физиологических данных.

В общем, как следует из приведенной таблицы (рис. 3), можно считать, что как регистрация давления на единицу поверхности, так и регистрация ускорения движущегося тела сводятся к обнаружению какой-то силы. Силы могут действовать на различные типы тел, отличающиеся друг от друга по степени сжимаемости (упругие тела, кристаллы, жидкости и пр.), и действие их выразится в виде смещения одного конца устройства относительно другого, таким образом, большинство измерений давления, ускорения и силы приводит нас к необходимости применить преобразующие устройства, чувствительные к относительным перемещениям составляющих их частей.

Рис. 3. Различные способы преобразования физических параметров, характеризующих изучаемые явления, в электрические сигналы. Большинство задач сводится обычно к измерению смещения, температуры, светового потока или электрических потенциалов

В зависимости от применяемых методов различаются устройства резистивные (потенциометры или датчики напряжения), индуктивные (использующие перемещение магнитной массы в электрическом поле), емкостные (изменение диэлектрического пространства между двумя проводящими поверхностями) и термоионические (подвижный катод в генераторной лампе). Во всех этих случаях прибор подключается к источнику электрической энергии, и изменения тока на выходе дают сигналы, аналогичные изменениям изучаемого параметра.

Другие устройства основаны на принципе непосредственного производства электрической энергии. Таковы некоторые полупроводники или пьезоэлектрические кристаллы (кварцы наших электропроигрывателей, механический зонд-иголка которых исследует глубину борозды на пластинке и трансформирует свои перемещения в электрические сигналы, превращаемые затем в звуковые).

Явление того же порядка используется в преобразователях тепловой энергии, в которых термопары, изготовленные путем спайки двух различных металлов (никель - хром), производят электрический ток. То же происходит при передаче светового излучения, где в настоящее время широко применяется фотоэлектрический эффект.

Упомянем наконец большую область биоэлектрических явлений, где сигналы используются непосредственно в своей первоначальной форме, в виде электричества.

Таким образом, в общем, можно считать, что конечное электрическое выражение сигнала представляет собой один из самых обычных способов введения информации в цепь усиления (более подробно об этом см.: К.-С. Лион, 1964).