Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica
Corso di Misure Elettriche per la Biomedica (6 CFU)
Anno Accademico 2016-2017
Programma delle lezioni
Data
Orario
26 settembre 2017
12:00 – 13:30
27 settembre 2017
12:00 – 13:30
28 settembre 2017
10:15 – 13:00
3 ottobre 2017
12:00 – 13:30
4 ottobre 2017
12:00 – 13:30
5 ottobre 2017
10:15 – 13:00
10 ottobre 2017
12:00 – 13:30
11 ottobre 2017
12:00 – 13:30
12 ottobre 2017
10:15 – 13:00
17 ottobre 2017
12:00 – 13:30
18 ottobre 2017
12:00 – 13:30
19 ottobre 2017
10:15 – 13:00
Argomento lezione
Presentazione del corso
Richiami su principali grandezze elettriche e loro unità di
misura
Errore di misura, cause di errore, errore massimo,
distribuzioni di probabilità tipiche per un risultato di misura,
incertezza tipo di categoria A e B, incertezza estesa
Esercitazione: generalità sul processo di misurazione e regole
per una buona misura, tipologie di cavi di collegamento,
presentazione dell’alimentatore stabilizzato e del generatore di
forme d’onda
Propagazione dell’incertezza, incertezza composta ed estesa,
regole per la scrittura di una misura, esempi di calcolo
dell’incertezza e scrittura per alcune semplici misure
Caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura
Modello dell’errore nel processo di misura digitale
Generalità sui sistemi ATE, strumentazione “stand-alone” e
da sistema, schede DAQ
Esercitazione: presentazione del multimetro digitale,
specifiche di accuratezza, misura di tensioni DC, di resistenze
e di correnti DC
Architetture e standard di interfacciamento dei sistemi ATE, il
software di supporto, gli standard software dei sistemi ATE,
lo strumento virtuale
Metodo “Monte Carlo” per la propagazione dell’incertezza
Impedenza e ammettenza, modelli equivalenti di condensatore
e induttore
Modelli equivalenti serie e parallelo di condensatore e
induttore
I ponti in alternata, gli LCR meter, metodo del ponte autobilanciante, metodo I-V
Esercitazione: introduzione al software LabVIEW, block
diagram e control panel, semplici elaborazioni sui dati, le
waveform in LabVIEW
Compensazione open/short e incertezza di misura negli LCR
meter, carta delle reattanze
Modello dell’impedenza del corpo umano tra due elettrodi
Gli elettrodi, il modello degli elettrodi, tipi di elettrodi e
problematiche nelle misure di bio-impedenza, schema a 4
elettrodi, elettrodo di guardia
ESERCITAZIONE NON SVOLTA
24 ottobre 2017
12:00 – 13:30
25 ottobre 2017
12:00 – 13:30
26 ottobre 2017
10:15 – 13:00
31 ottobre 2017
12:00 – 13:30
2 novembre 2017
10:15 – 13:00
7 novembre 2017
12:00 – 13:30
8 novembre 2017
12:00 – 13:30
9 novembre 2017
10:15 – 13:00
14 novembre 2017
12:00 – 13:30
15 novembre 2017
12:00 – 13:30
16 novembre 2017
10:15 – 13:00
21 novembre 2017
12:00 – 13:30
22 novembre 2017
12:00 – 13:30
Applicazioni biomedicali delle misure di bio-impedenza:
pletismografia cardiaca e respiratoria, EIT, BIA
Limiti normativi sulle correnti iniettabili nel paziente
Richiami su amplificatori operazionali: configurazione
invertente, non invertente e differenziale, amplificatore per
strumentazione, derivatore e integratore
Possibili schemi pratici di pletismografi di impedenza
elettrica, schema a ponte per monitoraggio dell’attività
respiratoria
Esercitazione: presentazione dell’oscilloscopio digitale
(DSO), impostazioni dell’asse verticale, specifiche di
incertezza dell’asse verticale del DSO, misura dell’ampiezza
efficace di una tensione sinusoidale
LEZIONE NON IMPARTITA
Esercitazione: impostazioni dell’asse orizzontale, specifiche
di incertezza dell’asse orizzontale del DSO, misure di
frequenza e di duty cycle, la sonda compensata,
compensazione della sonda
Richiami su schede di prototipazione
Gli oscillatori sinusoidali (Wien)
Realizzazione di un pletismografo di impedenza elettrica: la
sorgente sinusoidale
Realizzazione di un pletismografo di impedenza elettrica: il
ponte
Richiami su raddrizzatori di precisione
Realizzazione di un pletismografo di impedenza elettrica: il
rivelatore di inviluppo
Esercitazione: generazione, visualizzazione e misura della
frequenza di una sinusoide tramite LabVIEW, acquisizione di
una tensione alternata da scheda DAQ tramite LabVIEW e
misura di frequenza
Oscilloscopio digitale: caratteristiche generali, vantaggi
sull’oscilloscopio analogico, conversione analogico-digitale, il
teorema del campionamento, la ricostruzione seno cardinale,
circuito di sample and hold
Struttura dell’oscilloscopio digitale, il blocco di ingresso,
selettore a amplificatore
Il partitore compensato del blocco di ingresso, le sonde
compensate
Esercitazione: generalità su risposta in frequenza e risposta al
gradino di filtri e loro modalità di misura, generalità sul filtro
passa basso RC, misura con il DSO del modulo e della fase
della risposta in frequenza di un filtro passa basso RC alla
frequenza di taglio
Tempo di salita dell’oscilloscopio, convertitori analogicodigitali a valore istantaneo, memoria di acquisizione, schermo
LCD, modalità di sincronizzazione, il circuito di trigger
Impostazioni del canale orizzontale, modalità di
campionamento in tempo reale, equivalente sequenziale ed
equivalente casuale, tempo di campionamento equivalente,
aliasing
23 novembre 2017
10:15 – 13:00
28 novembre 2017
10:15 – 11:45
29 novembre 2017
12:00 – 13:30
30 novembre 2017
10:15 – 13:00
5 dicembre 2017
12:00 – 13:30
6 dicembre 2017
12:00 – 13:30
7 dicembre 2017
10:15 – 13:00
12 dicembre 2017
12:00 – 13:30
14 dicembre 2017
10:15 – 13:00
21 dicembre 2017
10:15 – 13:00
Esercitazione: misura con il DSO del tempo di salita della
risposta al gradino di un filtro passa basso RC, generalità sul
filtro RLC, visualizzazione con il DSO del modulo della
risposta in frequenza di un filtro RLC, visualizzazione della
risposta al gradino di un filtro RLC, impostazioni del trigger
Incertezza verticale di un DSO, bit effettivi, incertezza
orizzontale di un DSO
Bio-potenziali, applicazioni biomedicali delle misure di biopotenziali, gli elettrodi
Amplificatori per bio-potenziali, rilevazione del tracciato
ECG, circuito di pilotaggio gamba destra
Realizzazione di un elettrocardiografo: amplificatore per
strumentazione, circuito di pilotaggio gamba destra, filtro
passa alto e amplificatore buffer
Esercitazione: realizzazione di un impedenzimetro basato sul
metodo I-V
Richiami sui filtri attivi
Realizzazione di un elettrocardiografo: filtro passa basso
attivo
Realizzazione di un pletismografo di impedenza elettrica: il
banco di filtri
Alimentazione dei circuiti elettromedicali sviluppati: il “rail
splitter”
Analisi spettrale dei segnali
Analizzatore di spettro digitale, proprietà della DFT, FFT,
leakage e finestratura, specifiche di un analizzatore di spettro
digitale
Esercitazione: utilizzo della funzione FFT dell’oscilloscopio
digitale per eseguire semplici operazioni di analisi spettrale,
FFT con LabVIEW, esempio di valutazione Monte Carlo
dell’incertezza
Montaggio su scheda di prototipazione dei blocchi funzionali
costituenti il pletismografo a impedenza elettrica e
l’elettrocardiografo
Esercitazione: test dei blocchi funzionali costituenti il
pletismografo a impedenza elettrica e l’elettrocardiografo
Esercitazione: connessione dei blocchi funzionali e test del
pletismografo a impedenza elettrica e dell’elettrocardiografo
