روش تایم آو فلایت یا زمان پرواز  برای اندازه گیری با امواج التراسونیک

ممکن است متوجه این موضوع نباشید، اما بطور روزمره با فناوریهایی برخورد کرده اید که بر اساس اصل تایم آو فلایت یا زمان پرواز (ToF) عمل می کنند. این تکنولوژی در پزشکی، خودروسازی و گوشی های هوشمند استفاده می شود. در اینجا مطالبی گردآوری شده تا بدانید این روش چیست، چگونه کار می کند و چگونه می توانید از آن استفاده کنید.

مبنای عملکرد تایم آو فلایت یا زمان پرواز عبارت از ارسال یک موج تحریک و سپس دریافت موج بازگشتی از میدان و محاسبه زمان بین ارسال و دریافت امواج می باشد.

مبانی تایم او فلایت ToF

اصل ToF یا زمان پرواز بر اساس اندازه گیری زمان لازم برای حرکت موج از یک منبع (سنسور زمان پرواز) به یک جسم و بازگشت است. پس از اندازه گیری زمان ارسال، با استفاده از قوانین فیزیک انتشار موج و روابط ریاضی می توان فاصله آن شی را از منبع تعیین کرد. بسته به فناوری، انواع مختلفی از امواج ممکن است در این تکنولوژی مورد استفاده قرار گیرد. اغلب برای این تکنولوژی از نور، لیزر یا التراسونیک استفاده می شود.

از نور برای ثبت تصاویر سه بعدی استفاده می شود. به عنوان مثال در استروئوسکوپی یا دوربین های کینکت (نوعی کنسول بازی کامپیوتری) دو لنز مجزا برای بازآفرینی درک عمق استفاده شده است. نور مادون قرمز اختلال سیگنال کمتر و تشخیص آسان تر از نور طبیعی را فراهم کرده و عملکرد بهتری فراهم می کند. از نور لیزر در مسافت سنجی، اندازه گیری های ماهواره ای و اسکن زمین با استفاده از دوربین های لیدار استفاده می شود. امواج صوتی و التراسونیک دارای برد کمتری بوده و در اندازه گیریهای با فاصله کمتر مثل خودروسازی استفاده می شوند. سنسورهای التراسونیک در حسگر پارک و تشخیص موانع در خودرو و فاصله تا آنها بکار می روند.

رابطه ریاضی برای محاسبه فاصله تا هدف بر مبنای تایم آو فلایت یا زمان پرواز در امواج التراسونیک در این شکل ارائه شده است.

مزایای زمان پرواز

  • این تکنولوژی کوچک و سبک است: سنسورهای فاصله ToF سبک ترین وزن و کوچکترین اندازه را در این سطح عملکرد فراهم می کنند. از این رو می توان این سنسورها را در رباتهای متحرک، هواپیماهای بدون سرنشین و خودروها استفاده کرد. 
  • در محدوده های مختلف عمل می کنند: یکی از مزایای برجسته فناوری زمان پرواز این است که در محدوده های مختلف بین چند سانتیمتر تا چند کیلومتر عمل می کند. این فاصله به نوع موج بستگی دارد و بیشترین فواصل مربوط به امواج نوری می باشند. فناوری التراسونیک تا دو یا سه متر برد دارد و لیزر بسته به قدرت آن تا چند کیلومتر نیز برد دارد. 
  • پردازش کمی در این سیستم لازم است: اصل ToF بر اساس ریاضیات بسیار ساده و الگوریتم‌های نسبتاً ساده است. لذا دستگاه‌های مبتنی بر این فناوری‌های اجزای کمتری دارند و روی پردازنده‌های کوچک‌تر سریع‌تر عمل می‌کنند. این خصوصیت به ویژه در کاربردهایی مانند وسایل نقلیه خودران، ربات‌ها و خطوط تولید مفید می باشد.
  • سرعت نمونه برداری در آن بالا است: به همان دلیل فوق سنسورهای ToF قادر به اندازه گیری با سرعت بالا هستند. برای نمونه می توانند 600 قرائت یا بیشتر را در یک ثانیه انجام دهند. بدلیل سرعت نمونه برداری بالا این حسگرها برای کاربردهایی مثل روباتهای متحرک، اتوماسیون هوشمند شهری و مدیریت ترافیک، مناسب هستند.
  • در شرایط مختلف عمل می کند: مزیت مهم فناوری ToF این است که در شرایط محیطی مختلف به خوبی عمل می کند. این ویژگی به این خاطر است که ToF یک تکنیک “فعال” است. زیرا منبع آن در خود سنسور است و برای اسکن محیط به منبع نور یا صوت خارجی نیاز ندارد.

معایب زمان پرواز

  • ممکن است با امواج محیط تداخل کند: از آنجا که فناوری‌ زمان پرواز تکنیک فعال بوده و به منبع موج خود متکی است، ممکن است منابع موج خارجی در اندازه گیری آن تداخل ایجاد کرده و عملکرد ضعیفی ایجاد کنند.
  • انعکاس یا تفرق موج باعث خطای اندازه گیری می شود: عوامل طبیعی مانند سطوح براق یا گوشه‌ها باعث انعکاس یا تفرق موج می شود. این پدیده عملکرد سنسورهای ToF را با مشکل روبرو می کنند. بطور کلی دقت این روش حدود 1٪ فاصله از جسم تخمین زده می شود. بنابراین اگر یک شی در  فاصله ۵ متری باشد، ToF با خطای حدود ۵ سانتیمتر فاصله را اندازه می گیرد. 

کاربردهای زمان پرواز چیست؟

فناوری های زمان پرواز طیف وسیعی از کاربردها را پوشش داده است. بسیاری از پیشرفت های اخیر در انواع تکنولوژی به لطف این روش و پتانسیل بالقوه آن بوده اند. بنابراین جا دارد که درباره این فناوری مطالعه بیشتری انجام داد و پیگیر نحوه توسعه آن بود. مثالهایی از کاربردهای این تکنولوژی به قرار زیر می باشند.

وسایل نقلیه

از تکنیک تایم او فلایت موج التراسونیک در کنترل وسایل نقلیه خودران استفاده زیادی می شود. برای نمونه جهت تشخیص عابر پیاده و همچنین برای پارک خودرو از این سیستم استفاده می‌شود.

شمارش مردم

با ظهور بیماری کرونا در سال ۱۳۹۹ اصل فاصله گذاری اجتماعی مطرح و شمارش افراد در مکانهای عمومی پیگیری شد. تکنیک تایم او فلایت قادر است تعداد افراد را در محیط بسته تخمین بزند. به این ترتیب ابزارهای مختلفی بر این اساس برای شمارش افراد در فضاهای مختلف توسعه یافتند. بزرگترین مزیت فناوری‌های زمان پرواز برای شمارش افراد این است که از دقت بالا (تا ۹۸٪) اطمینان برخوردار است. 

رباتیک

سنسورهای زمان پرواز می توانند در اتوماسیون خطوط مونتاژ استفاده شوند. روبات‌های خودران به دید کامپیوتری نیاز دارند و به لطف سرعت پردازش بالا، ToF راه‌حلی عالی برای آن است. برای مثال، با حسگرهای ToF، بازوهای رباتیک می توانند محصولات را در خط مونتاژ جابجا کرده و مرتب کنند.

پزشکی

در تکنیک های مختلف پزشکی بخصوص آنژیوگرافی رزونانس مغناطیسی (MRA)، ToF یک روش بنیادی است. در این روش، خون وارد شده به ناحیه تصویربرداری هنوز اشباع نشده است و با اعمال زمان کوتاه اکو و جبران جریان، سیگنال بسیار قویتری از آن ساطع می شود. به این ترتیب می توان از آن برای تشخیص آنوریسم، گرفتگی یا پارگی رگ استفاده کرد.

گوشی های هوشمند

تلفن های هوشمند از ToF برای بهبود کیفیت عکس ها استفاده می کنند. با این تکنیک گوشی ها عمق تصویر را حس می کنند، و درک بهتری از پس‌زمینه پیدا می کنند. همچنین از آنجایی که این تکنیک در نور کم هم کار می کند، از آن برای عکاسی در شرایطی که نور مطلوب وجود ندارد می توان استفاده کرد. اپلیکیشن هایی وجود دارند که از حسگرهای ToF گوشی برای اندازه گیری فاصله استفاده می کنند. 

اندازه گیری جریان مایعات و گازها

سرعت موج التراسونیک به خصوصیات میدانی که موج در آن حرکت می کند بستگی دارد. لذا می توان از  تایم او فلایت برای تشخیص محتوای میدان (شامل جامد، مایع یا گاز) استفاده کرد. از طرفی سرعت موج التراسونیک تابعی از سرعت حرکت میدان است. لذا می توان با اندازه گیری سرعت انتشار موج در بالادست و پایین دست جریان، سرعت کل جریان را تخمین زد‌. این اندازه گیری موازی با جریان یا راستای مشخصی از آن انجام می شود.

اندازه گیری جریان (فلو) با استفاده از زمان پرواز

برای درک بهتر موضوع جزئیات بیشتری را در مورد کاربرد روش تایم آو فلایت در اندازه گیری جریان یا فلومتری ارائه می کنیم. در این روش سرعت جریان مایع یا گاز درون لوله بدون تماس با میدان جریان و از روی لوله اندازه گیری می شود. دو حسگر التراسونیک مطابق شکل در دو نقطه از جداره لوله با زاویه مشخصی نسبت به محور لوله تعبیه می شوند. از روش تایم آو فلایت زمان ارسال موج از بالا دست به پایین دست و بالعکس محاسبه می شود.

شکل شماتیک پارامتر ها و روابط ریاضی برای اندازه گیری جریان یا فلو سیال درون لوله با استفاده از تایم آو فلایت با استفاده از امواج التراسونیک در این شکل ارائه شده است.

در این مثال سیال از چپ به راست در شکل جریان دارد. زاویه نصب سنسور و لوله θ، قطر لوله D و فاصله خطی بین دو سنسور L است. سرعت انتقال موج التراسونیک در محیط گاز c و سرعت گاز v است. محاسبات مربوط به سرعت گاز در شکل ارائه شده است. برای اطلاعات بیشتر به این مقاله مراجعه کنید.

برای محاسبه زمان ها در مرحله اول از تکنیک ToF استفاده می شود. زمان پرواز در فلومتر اولتراسونیک در حد نانوثانیه است. برای اندازه گیری این زمان، پردازنده باید تایمر در حد پیکوثانیه داشته باشد. برای محاسبه ToF پردازنده چندین سیگنال تحریک را از طریق منبع التراسونیک به سمت سنسور گیرنده ارسال می کند. تعداد این سیگنالهای تحریک معمولا بین ۵ تا ۱۵ موج می باشند. فرکانس آنها با فرکانس منبع التراسونیک انطباق دارد. پس از انتشار در محیط، سنسور گیرنده التراسونیک سیگنال اکو ناشی از موج ارسالی را دریافت می کند. شکل زیر سیگنال تحریک فرستنده و سیگنال اکو دریافت شده در سنسور گیرنده را نمایش می دهد. زمان پرواز یا تایم آو فلایت فاصله زمانی بین این دو سیگنال است. 

شکل موج سیگنال تحریک و سیگنال اکو ثبت شده دریافتی و زمان پرواز یا تایم آو فلایت مربوطه در این شکل ارائه شده است.

اکسیژن درمانی یا اکسیژن تراپی چیست

اکسیژن درمانی یا اکسیژن تراپی یک روش پزشکی نوین است که در طی آن اکسیژن اضافی برای سیستم تنفسی و در نتیجه سلولهای بدن فراهم می شود. به این فرایند اکسیژن مکمل هم گفته می شود. این روش درمانی توسط مراکز خدمات درمانی و با نسخه پزشک تجویز می شود. ممکن است این روش درمانی در بیمارستان، مرکز پزشکی یا در خانه اجرا شود. در اکسیژن تراپی اکسیژن اضافی از طریق منابع اکسیژن تامین و در اختیار بیمار قرار می گیرد. اکسیژن گازی است که برای زندگی انسان حیاتی است. این گاز در هوایی که تنفس می کنیم یافت می شود. سلول های بدن برای تولید انرژی به اکسیژن نیاز دارند. ریه ها اندام هایی هستند که اکسیژن را از هوای تنفسی جذب می کنند. اکسیژن از ریه ها وارد خون می شود و به اندام ها و بافت های بدن می رسد. در بیماریهای مزمن ریوی ممکن است برای عملکرد طبیعی اندام‌های بیمار نیاز به تجویز اکسیژن اضافی (مکمل) باشد.

اکسیژن درمانی بیماران ریوی افزودن اکسیژن مکمل به سلولها باعث رفع کمبود اکسیژن در بافت های آسیب دیده می شود.

چه کسانی به اکسیژن درمانی نیاز دارند؟

برخی بیماریها باعث می شوند سطح اکسیژن خون بسیار پایین باشد. اکسیژن خون پایین ممکن است باعث احساس تنگی نفس، خستگی یا سرگیجه شود. اکسیژن درمانی می تواند این کمبود اکسیژن را جبران کند. در ذیل بیماریهایی هستند که به طور موقت یا طولانی مدت به اکسیژن مکمل نیاز دارند:

افراد مبتلا به COPD حاد به اکسیژن درمانی طولانی مدت نیاز دارند. COPD یک اصطلاح کلی است که شامل بیماری های پیشرونده ریوی است که منجر به افزایش تنگی نفس می شود. این بیماران ممکن است نیاز به اکسیژن درمانی تا ۱۵ ساعت در روز داشته باشند. در دراز مدت، اکسیژن درمانی منظم می تواند به طور قابل توجهی کیفیت و طول عمر افراد مبتلا به COPD را بهبود بخشد. اکسیژن درمانی می تواند برای کسانی که اغلب سطوح اکسیژن پایین را تجربه می کنند، صرف نظر از دلیل، بسیار مفید باشد. در صورت نیاز، استفاده منظم از اکسیژن درمانی می تواند به افراد اجازه دهد تا با کاهش تنگی نفس، تحرک بیشتری داشته باشند. همچنین می تواند به طور قابل توجهی کیفیت زندگی را بهبود بخشد و در بسیاری از موارد امید به زندگی را افزایش دهد.

چه تجهیزاتی برای اکسیژن درمانی در خانه نیاز دارید؟

اگرچه اکسیژن درمانی در بیمارستان و مراکز درمانی متداول است، اما می توان آن را در خانه نیز اجرا کرد. چندین دستگاه برای رساندن اکسیژن در خانه استفاده می شود. نوع دستگاه اکسیژن رسانی معمولا با تجویز پزشک مشخص می شود. از پزشک معالج یا مراکز مراقبت‌های پزشکی جویا شوید تا به شما کمک کنند تجهیزاتی را انتخاب کنید که بهترین کارایی را برای شما دارد. انواع مختلفی از دستگاه ها وجود دارند که می توانند در خانه اکسیژن مورد نیاز برای اکسیژن درمانی را تامین کنند. رایجترین این تجهیزات کپسولهای اکسیژن و دستگاه های اکسیژنساز می باشند.

کپسول اکسیژن

کپسول اکسیژن معمولا در اکسیژن درمانی موقتی زمانی که نیاز به منبع اکسیژن در کوتاه مدت نیاز باشد استفاده می شود. مخازن (کپسولهای) اکسیژن می توانند حاوی اکسیژن مایع یا گاز باشند. این کپسولها معمولا دارای حجم های متنوع بین ۱ تا ۴۰ لیتر می باشند. فشار کاری این کپسولها بالا و حدود ۱۵۰ بار می باشد. لذا لازم است رگولاتور فشار روی این کپسولها تعبیه شود تا فشار خروجی آن تنظیم شود. همچنین این کپسولها به مانومتر و لیوان مرطوب کننده هوا مجهزند تا فشار اکسیژن را نمایش داده و رطوبت گاز را افزایش دهد. پس از اتمام ذخیره اکسیژن باید به مراکزی که کپسولهای اکسیژن را پر می کنند مراجعه کنید. در شرایط بیماری های حاد لازم است دو کپسول اکسیژن در کنار بیمار باشد تا در بازه زمانی پر شدن یک کپسول، فرایند درمان متوقف نشود.

دستگاه اکسیژنساز

نوع متداول تر منابع اکسیژن دستگاه اکسیژنساز است که اکسیژن را از هوا جدا کرده و با غلظت بالایی (۸۰ تا ۹۶ درصد) بطور پیوسته در اختیار بیمار قرار می دهد. فشار گاز تولید شده با این دستگاه نسبت به کپسول اکسیژن کمتر است و لذا کاربری راحت تری را فراهم می کند. بیمار معمولا اکسیژن را از طریق لوله بینی (کانولا) یا ماسک دریافت می کند. تجهیزات اکسیژن می توانند به سایر تجهیزات پزشکی مانند دستگاه های CPAP و ونتیلاتور متصل شوند.

خلوص سنج یا آنالایزر اکسیژن ابزاری است که برای آزمودن تجهیزات اکسیژن درمانی استفاده می شود. این دستگاه درصد غلظت اکسیژن و مقدار جریان آن را اندازه می گیرند.

روش های انتقال اکسیژن به بیمار در اکسیژن تراپی چیست؟

آنچه در بخش قبل اشاره شد، شامل منابع اکسیژن خانگی می باشند. برای انتقال اکسیژن از منبع به بیمار بسته به درصد اکسیژن مورد نیاز بیمار سیستم های مختلفی توسعه یافته اند. روشهای رایج انتقال اکسیژن به بیمار شامل موارد زیر است:

کانولای بینی یا کانولا نازال

رایج ترین روش انتقال اکسیژن از طریق کانولای بینی یا کانولا نازال است. کانولای بینی از لوله ای تشکیل شده است که از هر دو سوراخ بینی عبور می کند. این روش در موارد بیماری غیر حاد استفاده می شود. این روش قادر است ۲۴ تا ۳۰٪ اکسیژن را برای بیمار فراهم کند. در این روش سرعت جریان بین ۱ تا ۴ لیتر در دقیقه مناسب است. سرعت جریان ۴ لیتر در دقیقه ممکن است باعث خشک شدن مخاط بینی و ناراحتی بیمار شود ولی سرعت جریان ۲ لیتر در دقیقه راحتی بیشتری را فراهم می کند.

ماسک هادسون

ماسک هادسون خیلی کمتر در اکسیژن درمانی استفاده می شود. از این ماسک در مواردی که اکسیژن رسانی در حد ۳۰ تا ۴۰٪ مد نظر باشد استفاده می شود. سرعت جریان اکسیژن ۵ تا ۱۰ لیتر در دقیقه در این نوع ماسک استفاده می شود.

ماسک ونتوری

ماسک ونتوری قادر است ۲۴ تا ۶۰٪ اکسیژن را به ریه های بیمار انتقال دهد. این ماسک ها اغلب در بیماران COPD و جهت اجتناب از اکسیژندهی اضافی به بیماران مورد استفاده قرار می گیرد. اتصالات پلاستیکی رنگی مختلفی با این ماسک همراه است که هر یک برای انتقال درصد اکسیژن خاصی استفاده می شوند. هر یک از اتصالات پلاستیکی برای سرعت جریان اکسیژن خاصی مناسب هستند. بسته به نیاز بیمار یکی از این اتصالات در ماسک ونتوری تعبیه می شود:

  • اتصال آبی رنگ: برای سرعت جریان ۲ تا ۴ لیتر در دقیقه مناسب است و ۲۴٪ اکسیژن را به ریه بیمار انتقال می دهد.
  • اتصال سفید رنگ: برای سرعت جریان ۴ تا ۶ لیتر در دقیقه مناسب است و ۲۸٪ اکسیژن را به ریه بیمار انتقال می دهد.
  • اتصال زرد رنگ: برای سرعت جریان ۸ تا ۱۰ لیتر در دقیقه مناسب است و ۳۵٪ اکسیژن را به ریه بیمار انتقال می دهد.
  • اتصال قرمز رنگ: برای سرعت جریان ۱۰ تا ۱۲ لیتر در دقیقه مناسب است و ۴۰٪ اکسیژن را به ریه بیمار انتقال می دهد.
  • اتصال سبز رنگ: برای سرعت جریان ۱۲ تا ۱۵ لیتر در دقیقه مناسب است و برای انتقال ۶۰٪ اکسیژن به ریه بیمار مناسب است.

ماسک بدون تنفس مجدد

ماسک بدون تنفس مجدد در مواردی که ۸۵ تا ۹۰٪ اکسیژن در ریه های بیمار لازم است استفاده می شود. در این ماسک سرعت جریان گاز اکسیژن ۱۵ لیتر در دقیقه استفاده می شود. کیسه هوایی متصل به ماسک دارای یک شیر یکطرفه است که از تنفس مجدد هوای بازدم جلوگیری می کند. از این ماسک در بیماران ناخوش با شرایط حاد استفاده می شود. باید توجه داشت که استفاده طولانی مدت از این ماسک می تواند خطرآفرین باشد لذا باید با نظارت پزشک یا متخصص از این ماسک استفاده کرد.

دستورالعمل استفاده از اکسیژن تراپی چیست؟

معمولا پزشک معالج نسخه ای برای شروع اکسیژن درمانی می نویسد. پزشک به شما می گوید که چگونه و برای چه مدت از این روش درمانی استفاده کنید. فاکتورهایی که پزشکان در اکسیژن درمانی مشخص می کنند عبارتند از: 

  • درصد اکسیژن مورد نیاز: معمولا این درصد بالای ۸۰ درصد اکسیژن تجویز می شود.
  • مدت زمان اکسیژن درمانی: عبارت از تعداد ساعاتی در روز است که نیاز به اتصال به منبع اکسیژن وجود دارد.
  • سرعت جریان گاز (دبی یا فلو نیز نامیده می شود) میزان اکسیژنی است که در یک دقیقه برای بیمار تامین می شود. 

ضروری است که تمام دستورالعمل های خاص پزشک دنبال شود. اگر فکر نمی کنید که اکسیژن درمانی برای شما مفید است، قبل از ایجاد هر گونه تغییری به پزشک معالج مراجعه کنید. برخی از افراد فقط در طول فعالیت های خاصی مانند ورزش یا خواب به اکسیژن نیاز دارند. افراد دیگر به طور مداوم به اکسیژن نیاز دارند. نباید در حین اکسیژن درمانی از مواد مخدر یا الکل استفاده شود، زیرا می توانند تنفس را کند کنند. لازم است پزشک معالج از داروهای تجویزی دیگر بیمار آگاه شود.

خطرات استفاده از اکسیژن درمانی چیست؟

اکسیژن درمانی به طور کلی بی خطر است، اما می تواند عوارض جانبی ایجاد کند. این عوارض شامل خشک شدن مجاری بینی، احساس خستگی و سردرد صبحگاهی باشند. اکسیژن خطر آتش سوزی دارد، بنابراین هنگام استفاده از اکسیژن موارد ایمنی را رعایت کرده هرگز سیگار نکشید یا از مواد قابل اشتعال استفاده نکنید. اگر از مخازن اکسیژن استفاده می کنید، مطمئن شوید که مخزن شما ایمن است و مجاری آن عاری از روغن یا گریس می باشند. از پایدار بودن کپسول اطمینان حاصل کنید. اگر کپسول اکسیژن سقوط کند و ترک بخورد یا قسمت بالایی آن بشکند، می تواند بسیار خطرآفرین باشد.

موارد احتیاط در کار با آنالایزر اکسیژن چیست

موارد احتیاطی مختلفی در کار با آنالایزر اکسیژن وجود دارد. خلوص سنج اکسیژن یک ابزار اندازه گیری دقیق گاز می باشد. مانند هر دستگاه اندازه گیری دقیق، بسته به فیزیک عملکرد و خصوصیات گاز استفاده شده، موارد خطری وجود دارد که باید در هنگام کاربرد رعایت کرد. عموما آنالایزر اکسیژن ابزار بی خطری می باشد و حوادث کمی در کار با آنها گزارش شده است. لیکن مواردی متعددی برای امنیت بیشتر کاربری با آن می توان در نظر گرفت. از آنجا که اکسیژن برای درمان استفاده می شود موارد خطر مرتبط را می توان به دو گروه خطرات محیطی و خطرات درمانی تقسیم بندی کرد. خطرات محیطی مربوط به نحوه استفاده و نگهداری اکسیژن بوده و خطرات درمانی مربوط به نحوه اکسیژن رسانی به بیمار است.

خطرات محیطی مرتبط با آنالایزر اکسیژن

اکسیژن گازي است که بسیار قابل اشتعال است ولی بصورت خودبخودی مشتعل نمی شود یا سبب انفجار نمی گردد. اما اگر با جرقه حاصل از شعله آتش یا وسیله الکتریکی تماس پیدا کند، به آسانی باعث آتش سوزی می شود. لذا موارد خطر محیطی متعددی در رابطه با اکسیژن وجود دارد. برخی از اقدامات احتیاطی در خلوص سنج های الکتروشیمیایی و التراسونیک به قرار ذیل می باشند:

  • از روشن کردن شعله در نزدیکی خلوص سنج به هنگام استفاده از آن خودداری شود. 
  • بهتر است با قرار دادن علامت ”خطر احتراق” و “سیگار ممنوع” در اتاق محل استفاده و نگهداری منبع اکسیژن، احتیاط لازم را انجام دهید.
  • توصیه می شود قبل از استفاده از اکسیژن از عملکرد درست وسایل الکتریکی در اتاق اطمینان حاصل کنید.
  • توصیه می شود ابتدا اتصال منبع اکسیژن را به دستگاه برقرار نموده و دستگاه را روشن کنید. سپس مسیر گاز اکسیژن را باز کنید.
  • پس از استفاده از دستگاه، منبع اکسیژن را خاموش کنید.
  • از پوشیدن لباس هایی که الکتریسته را نگه می دارد خودداری کنید.
  • از اعمال روغن و گریس به خلوص سنج اکسیژن و اتصالات در تماس با اکسیژن جدا خودداری کنید. روغن و گریس با اکسیژن واکنش داده و خطرآفرین هستند. تجهیزات باید بوسیله مواد سازگار با اکسیژن از روغنها، گریس و دیگر آلودگیها پاکسازی شوند.
  • همواره قبل از استفاده از دستگاه از تمیز بودن و مسدود نبودن منافذ آن اطمینان حاصل کنید. آلودگیها می توانند باعث واکنش های ناخواسته با اکسیژن شوند.
  • دقت کنید تا فشار اکسیژن منبع از فشار کاری درج شده در راهنمای کاربری بیشتر نباشد. فشار زیاد ممکن است باعث اختلال مسیر اکسیژن و ارتباط ناخواسته با مدارات الکتریکی شود.

موارد احتیاط آنالایزر اکسیژن در درمان

پیش از هر چیز بیمار و مددجویان باید از خطرات استفاده نادرست از اکسیژن آگاه شوند. هدف از اکسیژن تراپی کاهش کار تنفس و کاهش تنش در سلولهای میوکارد قلب است. اکسیژن مانند یک دارو است. استفاده نامناسب از آن ممکن است ریه ها را با مشکل روبرو کرده و عوارض جانبی خطرناکی مثل مسمومیت با اکسیژن ایجاد کند. همانند هر دارویی باید مقدار مصرف (که با مدت زمان مصرف و دبی جریان تعیین می شود) و غلظت اکسیژن به صورت پیوسته بررسی و تنظیم شود. در این رابطه موارد احتیاط آنالایزر اکسیژن ذیل پیشنهاد می شود:

  • قوانینی که درمورد تجویز دارو باید رعایت گردند، در خصوص تجویز اکسیژن هم باید مراعات شوند. مصرف اکسیژن (مدت زمان مصرف، دبی جریان اکسیژن و غلظت اکسیژن) باید بر اساس دستور پزشک تنظیم شود.
  • دبی جریان (فلو) اکسیژن فاکتور مهمی در درمان با اکسیژن است. اندازه گیری این فاکتور در خلوص سنج التراسونیک اکسیژن ممکن شده است که می توان برای تنظیم دبی جریان اکسیژن بیمار استفاده کرد.
  • چنانچه از خلوص سنج اکسیژن در فرایند اکسیژن تراپی استفاده می شود لازم است از پالس اکسیمتر برای مونیتور کردن اکسیژن خون بیمار بطور موازی استفاده شود.
  • از خلوص سنج التراسونیک اکسیژن برای مونیتور کردن اکسیژن در مسیر سیستم بیهوشی استفاده نکنید. گازهای بیهوشی باعث کاهش دقت اندازه گیری این دستگاه می شوند.
  • همواره از عدم وجود نشتی در اتصالات آنالایزر اکسیژن اطمینان حاصل کنید چرا که ورود هوای محیط در مسیر اکسیژن باعث رقیق شدن آن و ناکارآمدی فرایند درمان می شود.

آنالایزر اکسیژن التراسونیک چگونه کار می کند؟

دستگاه آنالایزر گاز اولتراسونیک می تواند انواع مخلوط دو گازی را اندازه گیری کند. این دستگاه ها مواد مصرفی ندارند و ماندگاری بالایی دارند. به دلیل اینکه این آنالایزرها نیاز به وارم آپ (warm up) یا گرم کردن ندارند اندازه گیری با آنها  ساده بوده و می توان بلافاصله بعد از اتصال به منبع تغذیه فرایند اندازه گیری را انجام داد.

از آنالایزر گاز اولتراسونیک می توان برای اندازه گیری بسیاری از گازها استفاده کرد از جمله: گازهای کمیاب، گازهای محافظ، گازهای گلخانه ای مانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، دی اکسید کربن، هلیم، آرگون، زنون، کریپتون، نئون، هگزافلوورید گوگرد، تترا فلوراید کربن، اکسید نیتروژن.

مشخصات

زمان وارم آپ یا گرم کردنکمتر از ۱۰ ثانیه
دمای گاز ورودیدمای محیط
فشار گاز ورودیفشار محیط
دبی جریان۰.۵ تا ۲۰ لیتر در دقیقه
زمان پاسخ۹۰٪ پاسخ در کمتر از ۵ ثانیه
خطی بودن و تکرارپذیری۱٪ در بیشتر رنج
اندازه شلنگ خروجیقطر داخلی ۵ تا ۶.۵ میلیمتر
منبع تغذیه۵ ولت مستقیم
مصرف انرژی۰.۵ تا ۰.۸ وات
دمای کاری۵ تا ۴۵ درجه سانتیگراد
وزنحدود ۲۰۰ گرم
ابعاد خارجیحدود ۲۰۰ در ۱۱۰ در ۵۰ میلیمتر
ظرفیت باتری۲۰۰۰ میلی آمپر ساعت
مواد مصرفیبدون مواد مصرفی
کالیبراسیونبدون نیاز به کالیبراسیون
نگهداریبدون نیاز به نگهداری
پروتکل دسترسیوای فای

کارایی

ترکیببیشترین رنج قابل اندازه گیریدقت اندازه گیری
H2/N2 ،He/N2 ،He/Air۰ تا ۵۰٪۰.۱٪
O2/N2۰ تا ۱۰۰٪۰.۴٪
Xe/Ar ،Kr/N2 ،CF4/N2۰ تا ۱۰۰٪۰.۰۵٪
Xe/N2 ،SF6/N2۰ تا ۱۰۰٪۰.۰۳٪

ابعاد

مبنای عملکرد

مبنای عملکرد این سنسور به این موضوع علم ترمودینامیک بازمی گردد که سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت صوت در گاز می باشند. در صورتی که سرعت موج التراسونیک در هوا اندازه گیری شود می توان درصد خلوص اکسیژن و سرعت جریان هوا را تخمین زد. مقایسه آنالایزر التراسونیک با آنالایزر شیمیایی پیشتر در این لینک ارائه شده است.

با اینکه سرعت صوت معمولا ۳۴۰ متر بر ثانیه عنوان می شود این سرعت مربوط به سرعت صوت در اتمسفر زمین می باشد که در شرایط ۲۱٪ اکسیژن، ۷۹ درصد نیتروژن و دمای ۲۵ درجه سانتیگراد می باشد. چنانچه این شرایط تغییر کنند سرعت صوت نیز تغییر خواهد کرد. برای نمونه در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد سرعت صوت در محیط گازی با ۱۰۰٪ اکسیژن ۳۲۹ متر بر ثانیه و در محیط گازی با ۱۰۰٪ نیتروژن ۳۵۲ متر بر ثانیه و در محیط گازی با ۱۰۰٪ هیدروژن ۱۳۱۷ متر بر ثانیه می باشد.

در دستگاه آنالایزر اکسیژن دو سنسور فرستنده و گیرنده التراسونیک در درون محفظه اندازه گیری گاز قرار می گیرند تا زمان لازم برای طی مسافت بین دو سنسور را اندازه بگیرند. مدت زمان لازم برای طی فاصله ۱۰ سانتیمتری بین دو سنسور در هوای محیط حدود ۲۰ میکرو ثانیه است. اگر بتوان پردازنده ای یافت که بتواند فاصله زمانی ۰.۲ میکرو ثانیه را اندازه بگیرد می توان این فاصله زمانی را با ۱۰۰ واحد تقسیم بندی کرد و به این ترتیب می توان به رزولوشن ۱۰۰ واحد برای اندازه گیری و ۱٪ دقت دست یافت.

در مخلوط گازی نیتروژن و هیدروژن، صوت این فاصله را در زمان حدود ۲۰۸ میکرو ثانیه طی می کند و همان پردازنده قادر خواهد بود این بازه را با ۱۰۰۰ واحد زمانی اندازه بگیرد و دقت اندازه گیری ۰.۱٪ خواهد بود.

چنانچه فاصله بین سنسور ها از ۱۰ سانتیمتر به ۲۰ سانتیمتر افزایش یابند زمان لازم برای طی فاصله بین دو سنسور از ۲۰ میکرو ثانیه به ۴۰ میکروثانیه افزایش می یابد و همان پردازنده قادر به اندازه گیری با رزولوشن دو برابر قبل خواهد بود. واضح است که فاکتورهای مختلفی بر دقت اندازه گیری التراسونیک اثر دارند و این باعث می شود که امکانات مختلفی برای توسعه این تکنولوژی در آینده فراهم باشد.

نتیجه گیری

آنالایزرهای اکسیژن التراسونیک قادر به اندازه گیری  تمام مخلوط های دو گازی مثل هوا می باشند.

دقت اندازه گیری آنالایزرهای اکسیژن به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد. فاصله بین گیرنده و فرستنده التراسونیک، مخلوط گازهایی که اندازه گیری در آن انجام می شود، دقت اندازه گیری پردازنده ای که اندازه گیری را انجام می دهد از جمله این فاکتورها می باشند.

دستگاه آنالایزر اکسیژن با روش التراسونیک اندازه گیری پایداری را فراهم کرده و نیازی به کالیبراسیون ندارد لذا  این دستگاه ها عمر طولانی دارند.

آنالایزر التراسونیک بدون هزینه جانبی امکان اندازه گیری گازها را فراهم کرده و آلودگی محیطی ایجاد نمی کند.

آنالایزر التراسونیک قادر به اندازه گیری در مخلوطهای دو گازی مثل  اکسیژن (O2)، نیتروژن(N2)، هیدروژن(H2)، دی اکسید کربن(CO2)، هلیم(He)، آرگون(Ar)، زنون(Xe)، کریپتون(Kr)، نئون(Ne)، هگزافلوورید گوگرد(SF6)، تترا فلوراید کربن(CF4)، اکسید نیتروژن(N2O) می باشند.

تفاوت خلوص سنج التراسونیک و الکتروشیمیایی چیست؟

مبنای عملکرد

سنسور الکتروشیمیاییمبنای عملکرد این سنسور بر پایه پیل های الکتریکی است. با حل شدن اکسیژن در حلال داخل سنسور، بین دو الکترود آند و کاتد غوطه ور درون حلال جریان الکتریکی متناسب با خلوص اکسیژن ایجاد می شود. با اندازه گیری جریان الکتریکی بین دو الکترود آند و کاتد می توان خلوص اکسیژن را تخمین زد.
سنسور التراسونیکمبنای عملکرد این سنسور به این موضوع علم ترمودینامیک بازمی گردد که سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت صوت در گاز می باشند. در صورتی که سرعت موج التراسونیک در هوا اندازه گیری شود می توان درصد خلوص اکسیژن و سرعت جریان هوا را تخمین زد.

مزایا و معایب


مزایامعایب
سنسور التراسونیکاندازه گیری پایدار عدم نیاز به کالیبراسیون عمر طولانی  بدون هزینه جانبی امکان اندازه گیری سرعت جریان عدم آلودگی محیطیتنها قادر به اندازه گیری اکسیژن در مخلوطهای دو گازی مثل هوا می باشد. رطوبت هوا بر اندازه گیری آن اثر دارد
سنسور الکتروشیمیاییمصرف باتری کمی دارد حساسیت بالایی داردعمر کوتاه (حدود ۲ سال) هزینه بیشتر فقط خلوص اکسیژن را اندازه می گیرد زمان انتظار برای اندازه گیری زیاد است در دما و شرایط ویژه باید نگهداری شود در رنج دمای ۱۵ تا ۴۰ درجه باید اندازه گیری شود

مقایسه دقت اندازه گیری روی کپسول اکسیژن

مقایسه دقت اندازه گیری روی دستگاه اکسیژنساز

پاسخ زمانی اندازه گیری

نتیجه گیری

۱- دقت اندازه گیری سنسورهای الکتروشیمیایی و التراسونیک تقریبا یکسان است. 

۲- سنسورهای الکتروشیمیایی از واکنش شیمیایی خلوص اکسیژن را تخمین می زنند لذا نیاز به مواد مصرفی دارند. سنسورهای التراسونیک از روابط ترمودینامیکی برای اندازه گیری استفاده می کنند و نیاز به مواد مصرفی ندارند.

۳- دقت سنسورهای الکتروشیمیایی با گذشت زمان و مصرف مواد شیمیایی کم می شود در حالیکه سنسورهای التراسونیک سنسور دائمی می باشند و دقتشان پایدار است.

۴- در سنسور شیمیایی پاسخ زمانی بالاست و باید حدود ۱۰ تا ۱۵ ثانیه منتظر شد و بعد عدد را خواند. در سنسور التراسونیک این زمان بسیار کمتر بوده و پاسخ زمانی حدود ۲ تا ۳ ثانیه است.

۵- سنسور شیمیایی را باید در یخچال نگهداری کرد و قبل از هر اندازه گیری نیاز به کالیبراسیون روزمره دارد. سنسور التراسونیک نیاز به نگهداری نداشته و نیاز به کالیبراسیون روزمره ندارد. 

۶- با سنسور التراسونیک می توان فلوی جریان را نیز اندازه گیری کرد در حالیکه با سنسور الکتروشیمیایی چنین امکانی وجود ندارد.

۷- خلوص سنج های الکتروشیمیایی از دستگاه های التراسونیک ارزانتر هستند اما بخاطر هزینه مواد مصرفی آن که هر یکسال یا ۲ سال باید عوض شوند و قیمت این مواد بسیار زیاد است بنابراین در بلند مدت مقرون به صرفه نمی باشند. 

خلوص سنج اکسیژن التراسونیک چیست؟

دستگاه خلوص سنج التراسونیک چیست؟

سنجش سرعت صوت در گاز حاوی اکسیژن

دستگاه خلوص سنج اکسیژن
آنالایزر اکسیژن

مبنای عملکرد خلوص سنج اکسیژن التراسونیک به اصول علم ترمودینامیک بازمی گردد. بر اساس اصول ترمودینامیک، سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت گاز می باشند. با توجه به روابط علم ترمودینامیک و روابط قوانین گاز، در صورتی که سرعت موج التراسوند مشخص باشد می توان غلظت محتویات مخلوط گازی را تشخیص داد. به صورت مشابه با استفاده از قوانین داپلر می توان سرعت حرکت گاز را نیز با اندازه گیری سرعت صوت اندازه گیری کرد.

دستگاه های خلوص سنج اکسیژن التراسونیک یا آنالایزر اکسیژن با استفاده از اطلاعات بدست آمده از سرعت حرکت امواج التراسونیک در مخلوط گازی عمل می کنند. در این دستگاه نمونه گاز در یک محفظه گاز مورد آزمون قرار می گیرد. در دو سوی این محفظه گیرنده و فرستنده های التراسونیک قرار دارند. این دستگاه ها با اندازه گیری سرعت صوت در نمونه گازی خلوص اکسیژن و همینطور سرعت جریان آن را تشخیص می دهند.

اهمیت تکنولوژی التراسونیک در سنجش خلوص اکسیژن

ابزارهای رایج تشخیص اکسیژن بر اساس واکنش های شیمیایی عمل می کنند. این روشها پرهزینه بوده و آلودگی زیستی به همراه دارند. استفاده از موج التراسونیک فناوری جدیدی است که می تواند برای تشخیص ترکیب گازی کارایی داشته باشد. این تکنولوژی با ظهور پردازنده های سریع کامپیوتری و توسعه ابزارهای پیزوالکتریک فرکانس بالا میسر شده است. این فناوری رو به رشد است و جای خود را در کاربردهای صنعتی مانند صنعت خودروسازی باز کرده است.

مزیتهای این فناوری فراوان است. به خاطر عدم استفاده از مواد مصرفی در این فناوری، امکان استفاده بلندمدت و ارزان از آن ممکن است. این ابزار هیچگونه آلودگی محیطی ایجاد نمی کند. بعلاوه این ابزار بخاطر اندازه گیری بدون واسطه خلوص اکسیژن، نیازی به کالیبراسیون ندارد. با توجه به این خصوصیات، روزبه روز صنایع بیشتری به استفاده از این فناوری تمایل پیدا می کنند. در سالهای اخیر این فناوری علاوه بر پزشکی در صنایع خودروسازی نیز رشد داشته است.

روش محاسبه سرعت موج التراسونیک

هسته اصلی این فناوری اندازه گیری دقیق سرعت موج التراسونیک است. در حال حاضر سرعت موج التراسونیک با روش تایم آو فلایت صورت می گیرد. این روش شامل اندازه گیری زمان مورد نیاز برای انتقال موج در فاصله مشخص است. روشهای دیگری نیز برای اندازه گیری غلظت گازها با این فرایند وجود دارد از جمله می توان به اندازه گیری تضعیف موج و امپدنس اکوستیک اشاره کرد.

سلام!

به صفحه بلاگ شرکت حامیان طب خوش آمدید. در این رشته از نوشته ها قصد داریم اطلاعات مفیدی را در رابطه با خلوص سنج های اکسیژن برای اطلاع عموم فراهم آوریم.