Конструкционные и электротехнические материалы (стр. 3 )

Физико-технологические основы сварки. Классификация методов. Оборудование, оснастка и инструмент. Механизация и автоматизация процессов сварки. Качество и надёжность, контроль и испытание сварных соединений.

Физико-технологические основы соединения проводящими клеями. Конструкции соединений, классификация методов, их технические характеристики. Проводящие клеи.

Соединение накруткой. Соединение обжимкой. Виды соединений и их характеристика. Оборудование, оснастка и инструмент. Механизация и автоматизация процессов. Контроль качества соединений.

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Физико-технологические основы формирования механических соединений. Классификация методов создания разъёмных и неразъёмных соединений, их технические показатели. Резьбовые соединения. Расчёт усилия затяжки. Методы стопорения резьбовых соединений. Соединения заклепками. Конструкционная пайка и сварка. Клеевые соединения. Оборудование, оснастка, инструмент. Механизация и автоматизация процессов, контроль качества и надёжность соединений.

Раздел 5. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ НАМОТОЧНЫХ РАБОТ

Классификация обмоток по конструктивно-технологическим признакам. Типовые технологические процессы намотки. Намоточные станки. Автоматизация намотки и контроль параметров обмоточных изделий. Производственные погрешности обмоток, выбор оптимального режима натяжения провода.

Раздел 6. Сборка и монтаж блоков на печатных платах

Входной контроль ЭРЭ и его оптимизация. Подготовка выводов ЭРЭ к монтажу. Методы установки ЭРЭ и ИС на платы. Фиксация элементов. Технологическое оборудование, оснастка, инструмент. Автоматизация и механизация процессов. Контроль качества сборочно-монтажных работ.

Технологические процессы групповых методов монтажа.

Поверхностный монтаж. Типовые схемы вариантов реализации технологических процессов. Методы монтажа чиповых элементов. Технологическое оборудование. Автоматизация и механизация процессов.

Раздел 7. ТЕХНОЛОГИЯ МЕЖБЛОЧНОГО МОНТАЖА

Сборка несущих конструкций. Технология межблочного монтажа: жгутами, ленточными проводами и кабелями, струнный монтаж. Подготовительные и сборочно-монтажные операции. Общая сборка и монтаж ЭА. Оборудование и средства автоматизации. Контроль качества сборки и монтажа.

Примерный перечень ТЕМ лабораторных работ

1. Исследование технологического процесса намотки изделий.

2. Исследование технологических методов электромонтажной пайки.

3. Исследование технологического процесса сварки электрических соединений.

4. Исследование автоматизированного технологического процесса монтажа накруткой.

Примерный перечень ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.  Расчет комплексного показателя технологичности конструкции радиотехнического блока ЭА.

2. Расчет комплексного показателя технологичности конструкции электронного блока ЭА.

3. Разработка схемы сборочного состава блока ЭА.

4. Разработка технологической схемы сборки блока ЭА.

5. Разработка вариантов маршрутного технологического процесса сборки и монтажа блока ЭА.

6. Нормирование маршрутного технологического процесса сборки и монтажа блока ЭА.

7. Выбор оптимального варианта маршрутного технологического процесса сборки и монтажа блока ЭА.

8. Проектирование операционного ТП сборки и монтажа блока ЭА.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры/ Под ред. , . - М.:Радио и связь, 1989.

2. , , Хмыль производства ЭВМ.- Мн.: Выш. шк., 1994.

3. Технология поверхностного монтажа: Учеб. пособие / , , и др. – Мн.: Армита - Маркетинг, Менеджмент, 2000.

4. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ , , ; Под общ. ред. . – Мн.: Выш. шк., 2002.

Дополнительная

1. , , Газаров микроэлектронной аппаратуры.- М.:Радио и связь, 1986.

2. Основы автоматизации производственных процессов /Под ред. .-М.: Высш. шк., 1983.

3. Гибкие автоматизированные производства. Управление технологичностью РЭА /, , .- М.: Радио и связь, 1987.

4. Робототехника и гибкие автоматизированные производства /Под ред. . В 9 кн..-М.:Высш. шк., 1986.

5.  , , Гутман технологических процессов изготовления РЭА. - М.: Радио и связь, 1982 .

6.  Сборник задач и упражнений по технологии РЭА /Под ред. ёнова. - М.: Высш. шк., 1982.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-054/тип.

МИКРОПРОЦЕССОРЫ В СРЕДСТВАХ

МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

, доцент кафедры конструирования и производства приборов Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет», кандидат технических наук;

Кафедра сетей и устройств телекоммуникаций Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Микропроцессоры в средствах медицинской электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Целью дисциплины является изучение студентами основ организации и функционирования различных типов микропроцессорных БИС и их использование для построения микропроцессорных систем медицинской электроники. Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных из общеобразовательных дисциплин (физика, математика) и специальных дисциплин (аналоговая схемотехника СМЭ, цифровая и импульсная техника, микроэлектронные схемы и микротехнологии в СМЭ).

В процессе изучения дисциплины решаются следующие задачи:

- изучение основ проектирования систем с микропроцессорами, архитектуры микроконтроллеров семейства МК51, цифровых процессоров сигналов, устройств с однопроводными интерфейсами;

- приобретение навыков в программировании микропроцессоров на языке ассемблер, отладке и синтезе аппаратных и программных средств;

- изучение примеров реализации современных средств медицинской электроники (СМЭ) с микропроцессорным управлением.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать:

-  основы использования микроконтроллеров при построении средств медицинской электроники, порядок и методику проектирования и оценки параметров микропроцессорных систем;

-  методы программирования на языке ассемблер, методы синтеза устройств сопряжения контроллеров с внешними элементами;

уметь характеризовать:

-  конкретные системы медицинской электроники с применением микропроцессоров;

-  методы построения микропроцессорных систем;

уметь анализировать:

-  различные архитектуры биомедицинских микропроцессорных систем;

приобрести навыки:

-  разработки микропроцессорных систем обработки, хранения, передачи и отображения биомедицинской информации, работы с аппаратными и программными средствами отладки микроконтроллеров.

Программа рассчитана на объем 115 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 55 часов, лабораторных занятий – 43 часа, практических занятий - 17 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. АРХИТЕКТУРА МИКРОСИСТЕМ

Основные понятия проектирования СМЭ с микропроцессорным управлением. Понятие микропроцессорной системы. Структура микропроцессорной медицинской системы. Цикл проектирования системы. Язык проектирования. Документация. Основные типы архитектур микросистем. Фон-неймановская и гарвардская архитектуры. Организация пространств памяти и ввода вывода. Адресация данных. Представление адресной информации. Способы адресации. Магистраль микросистемы. Цикл обращения к магистрали.

Раздел 2. МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Архитектура микропроцессора. АЛУ, регистры общего назначения, регистр и дешифратор команд, счетчик команд, регистр состояния, блок управления. Система команд. Программирование на языке ассемблер. Арифметико-логические команды, команды пересылки данных, перехода, вызова подпрограмм. Способы адресаций. Прямая, косвенно-регистровая, регистровая, непосредственная адресации. Функционирование микропроцессора. Машинные и командные циклы. Построение процессорного блока на базе микропроцессора. Интерфейсные схемы. Структура и функционирование программируемых параллельных интерфейсных БИС и построение на их основе адаптеров. Структура и программирование последовательного связного адаптера. Построение радиального последовательного интерфейса. Применение микропроцессоров. Принципы построения измерительного оборудования со встроенным микропроцессорным управлением. Построение систем сбора и обработки биомедицинской информации.

Раздел 3. ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ СЕРИИ 8051

Структурная организация МК серии 8051. Архитектура микроконтроллера. Регистры специальных функций. Магистрали, блок памяти, АЛУ, порты ввода-вывода. Формат ассемблерных команд. Команды микроконтроллера: команды пересылки, переходов, арифметико-логические команды, ввода-вывода. Директивы и операторы. Организация ввода-вывода. Программы обработки прерываний. Блок управления, синхронизация, режимы микропотребления. Устройство выработки временных интервалов, логика ввода вывода, регистр команд, регистр управления потреблением, дешифратор команд и логика управления. Блок таймер-счетчиков. Состав блока таймер-счетчиков. Регистр управления таймер-счетчиком, регистр режимов. Режимы работы 0,1,2,3. Блок последовательного интерфейса и прерываний. Состав блока. Регистр приоритетов прерываний, регистр разрешения прерываний. Работа с последовательным портом. Структура прерываний. Память микроконтроллера и порты ввода-вывода. Организация внутренней и внешней памяти программ и памяти данных. Процедуры записи/считывания в/из портов. Применение однокристальных микроЭВМ. Особенности проектирования СМЭ на ОМЭВМ. Реализация систем сбора и обработки биомедицинской информации.

Раздел 4. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ ИНТЕРФЕЙСНЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

Структурная организация PIC. Архитектура микроконтроллера. Регистры специальных функций. Магистрали, блок памяти, АЛУ, порты ввода-вывода. Регистры PIC. Регистр таймер-счетчика, регистр косвенной адресации, регистр слова состояния, регистр выбора, специальные регистры. Организация прерываний. Внешнее прерывание, прерывание от таймер-счетчика, по окончании записи данных в память. Прерывание от порта В. Регистр запросов и масок. Система команд PIC. Формат команд, байт - и бит-ориентированные команды. Особенности программирования на ассемблере PIC.

Раздел 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ НА ОСНОВЕ УСТРОЙСТВ

С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ПРОТОКОЛОМ ПЕРЕДАЧИ

Архитектура устройств с протоколом I2C. Схемотехническая реализация устройств. Определения протокола I2C. Протоколы записи и считывания. Организация запись/чтение информации. Устройства microLAN. Однопроводные ключи, память, термометры, идентификаторы. Построение однопроводных медицинских систем сбора информации на основе приборов microLAN и устройств с протоколом I2C. Протоколы записи и считывания байт и массивов информации.

Раздел 6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССОРЫ

Табличные процессоры. Принципы построения процессоров (организация ветвления, функции запоминания). Реализация устройств управления (арифметические устройства, логическое управления). Цифровые процессоры обработки сигналов. Архитектура памяти ЦПС. Адресация данных, система команд. Обмен данными между ЦПС и внешними устройствами. Организация систем обработки и управления на основе ЦПС.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1.  Изучение внутренней структуры микропроцессора и порядка выполнения ассемблерных команд.

2.  Изучение принципов реализации функций управления биомедицинским оборудованием на основе микропроцессора серии 8051.

3.  Организация обмена данными микроконтроллера с внешними устройствами.

4.  Исследование принципов. управления медицинским измерительным оборудованием с помощью микропроцессоров.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.  Разработка программы генерации временных интервалов и подсчет числа событий.

2.  Алгоритмы работы СМЭ.

3.  Выбор микроконтроллера.

4.  Этапы проектирования микропроцессорных систем.

5.  Разработка программ чтения информации с биомедицинских датчиков.

6.  Схемы сопряжения микропроцессора с биомедицинскими датчиками.

7.  Разработка буквенно-цифровых устройств отображения информации.

8.  Итоговое занятие.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

1.  Медицинский электронный термометр.

2.  Аппарат измерения артериального давления с микропроцессорным управлением.

3.  Устройство электростимуляции групп мышц с биологической обратной связью.

4.  Разработка микропроцессорной скрининг-системы.

5.  Глюкометр.

6.  Аппарат УЗ-терапии с микропроцессорным управлением.

7.  Аппарат ДМВ-терапии с микропроцессорным управлением.

8.  Микропроцессорный блок обработки изображения томографа.

9.  Микропроцессорный блок управления аппарата гальванизации и лечебного электрофореза.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1.  Проектирование систем с микрокопьютерами. – М.: Мир, 1986.

2.  , Хорошавина и программные средства профессиональных персональных ЭВМ. – Мн.: Выш. шк., 1991.

3.  , , и др. Однокристальные микроЭВМ. - М.:МИКАП, 1994.

4.  Управляющие и вычислительные устройства роботизированных комплексов на базе микро ЭВМ: Учеб. пособие/ Под ред. B. C. Медве­дева - М.:
Высш. шк., 1990 .

5.  , и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергия, 1996.

6.  , Дианов средства и системы.-М.: Радио и связь,1989.

7.  Цифровой процессор обработки сигналов TMS32010 и его применение/: Под ред. . - Л.: ВАС, 1996.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  Микро ЭВМ. В 8 кн./ Под ред. - М.: Высш. шк

2.  , Изронцев автоматического управления с микроЭВМ. - М.: Наука, 1987 .

3.  Аппаратные средства микроЭВМ: Пер. с яп.- М.: Мир,1988.

4. Измерительные приборы со встроенными микропроцессорами / -Шахназаров, .- М.: Энергоатомиздат, 1986.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-045/тип.

ТЕХНИКА СВЧ И УВЧ В МЕДИЦИНСКИХ ПРИБОРАХ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат физико-математических наук

Рецензенты:

, заместитель начальника кафедры радиотехники Военной академии Республики Беларусь, доцент, кандидат технических наук;

Кафедра радиофизики Учреждения образования «Белорусский государственный университет» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Техника СВЧ и УВЧ в медицинских приборах» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. На данную дисциплину опирается изучение дисциплины «Электронная лечебная аппаратура».

Техника УВЧ - и СВЧ - диапазонов находит все большее применение в различных областях медицины, в частности, в онкологии и кардиологии. При этом важнейшей проблемой создания и использования высокочастотной медицинской радиоаппаратуры (ВЧ МРА) является получение правильного физического и биологического представления о процессах взаимодействия живых тканей с высокочастотным электромагнитным полем. Кроме того, линии передачи, устройства СВЧ и излучатели являются составными элементами приборов ДМВ - и СМВ - терапии и определяют ее основные характеристики.

Цель преподавания дисциплины «Техника СВЧ и УВЧ в медицинских приборах» (далее «ТСВЧ и УВЧ в МП»):

- изложить главные положения теории электромагнитного поля, лежащие в основе моделирования процессов взаимодействия живых тканей с электромагнитным полем (ЭМП) и в основе описания принципов работы высокочастотной медицинской радиоаппаратуры (РА);

- рассмотреть принципы построения математических моделей процессов взаимодействия биотканей с ЭМП, в частности, рассмотреть моделирование процесса СВЧ-разогрева тканей;

- изложить основы теории и рассмотреть методику расчета основных типов линий передачи, излучателей и высокочастотных устройств приборов ДМВ - и СМВ-терапии, рассмотреть принципы работы этих приборов;

- рассмотреть принципы работы и устройство медицинских приборов УВЧ;

- познакомить студентов с методикой и техникой измерений в диапазоне СВЧ.

Задачи изучения дисциплины в соответствии с учебным планом и квалификационной характеристикой специальности определяются требованиями к знаниям и умениям, которыми должны обладать студенты.

Студент должен:

знать:

- основы теории электромагнитного поля;

- теоретические и физические закономерности, лежащие в основе описания процессов взаимодействия живых тканей с ЭМП;

- принцип работы и методику расчета основных высокочастотных элемен-тов медицинской радиоаппаратуры: излучателей, линий передачи и основных узлов высокочастотного тракта;

- принцип работы и конструкцию типовых медицинских приборов УВЧ и СВЧ;

- методику измерения основных параметров излучателей и устройств СВЧ;

уметь:

- правильно выбрать тип линии передачи, узлы высокочастотного тракта и излучатели для работы в заданном диапазоне частот для обеспечения заданных характеристик ЭМП;

- производить расчет линий передачи, основных устройств высокочастотного тракта, излучателей для обеспечения требуемых характеристик и параметров;

- измерять основные параметры устройств СВЧ и излучателей;

- самостоятельно ориентироваться в научно-технической литературе по биомедицинской радиоэлектронике, технике УВЧ и СВЧ, антеннам.

Изучение дисциплины «ТСВЧ и УВЧ в МП» основывается на знаниях, полученных из следующих дисциплин:

«Физика» - разделы: электромагнетизм, оптика, ферромагнетизм, электростатика;

«Математика» - разделы: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные и интегральные уравнения, теория матриц, специальные функции, линейная алгебра, аналитическая геометрия, численные методы;

«Радиотехнические цепи и сигналы» - разделы: спектры сигналов, колебательные системы, частотные фильтры;

«Радиоматериалы и детали» - разделы: диэлектрики, проводники и полупроводники.

Программа рассчитана на объем 64 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 32 часа, лабораторных работ – 16 часов, практических занятий на ПЭВМ – 16 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Диапазоны СВЧ и УВЧ. Особенности радиоаппаратуры (РА) СВЧ и УВЧ и основные тенденции развития современной медицинской УВЧ - и СВЧ-техники.

Список рекомендуемой литературы.

Тема 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПОЛЯ (ЭМП)

1.1. Понятие ЭМП. Аналитическое и графическое описания ЭМП. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формулировках. Физический смысл уравнений Максвелла. Закон сохранения заряда и уравнение непрерывности.

1.2. Материальные уравнения. Электромагнитные свойства сред: линейные и нелинейные среды; однородные и неоднородные среды; изотропные и анизотропные среды.

1.3. Граничные условия для нормальных и тангенциальных составляющих векторов ЭМП.

1.4. Энергия ЭМП. Вектор Умова-Пойнтинга. Уравнение баланса энергии ЭМП.

1.5. Классификация электромагнитных явлений: электростатические, магнитостатические, стационарные, квазистационарные и гармонические поля. Система уравнений Максвелла для статических и стационарных ЭМП.

1.6. Метод комплексных амплитуд для гармонических полей. Уравнения Максвелла в комплексной форме.

1.7. Уравнения электродинамики второго порядка. Волновые уравнения. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ).

Тема 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭМП

С БИОТКАНЯМИ

2.1. Особенности распространения ЭМВ в биотканях: биоткани как среды с потерями; особенности геометрических форм биотканей и их слоистая структура; переотражения ЭМВ от границ раздела слоев тканей. Электродинамические характеристики биотканей.

2.2. Математическое моделирование процессов распространения плоских ЭМВ в средах с потерями. Математическое моделирование процессов падения плоской ЭМВ на плоскую границу раздела двух сред. Расчет коэффициентов отражения и прохождения для случаев Е - и Н - поляризации волны. Математическое моделирование процессов распространение ЭМВ в слоистых диэлектрических структурах с потерями. Цилиндрические ЭМВ.

2.3. Математическое моделирование процессов распространения ЭМВ в цилиндрических диэлектрических слоистых структурах с потерями. Расчет мощности тепловыделений биотканей. Локальный прогрев биотканей.

2.4. Фокусировка ЭМВ и локальный прогрев биотканей. Управление диссипацией СВЧ-полей с помощью полупрозрачных экранов при гипертермии.

Тема 3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ СВЧ - И УВЧ - ТРАКТОВ МЕДИЦИНСКОЙ РАДИОАППАРАТУРЫ

3.1. Классификация линий передачи (ЛП) и функциональных узлов СВЧ - и УВЧ - трактов и их применение в высокочастотной медицинской радиоаппаратуре.

3.2. Линии передачи, применяемые в высокочастотной медицинской аппаратуре: коаксиальные кабели, прямоугольные и круглые полые волноводы, их характеристики. ЭМП коаксиального кабеля.

3.3. Метод расчета полей полых волноводов. Структура ЭМП круглого и прямоугольного волноводов. ЭМП объемных резонаторов.

3.4. Характеристики ЭМП рупорных излучателей, вибраторных излучателей, микрополосковых излучателей, систем излучателей. Применение излучателей в приборах ДМВ - и СВЧ-терапии.

3.5. Источники ЭМВ, применяемые в медицинской аппаратуре. Принцип работы магнетрона как источника высокочастотных колебаний. Функциональные узлы ВЧ - трактов: вентили, циркуляторы, аттенюаторы, резонаторы, согласующие устройства.

Тема 4. МЕДИЦИНСКАЯ АППАРАТУРА УВЧ И СВЧ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

4.1. Физические и медицинские аспекты взаимодействия СВЧ и УВЧ электромагнитных полей с биотканями. Решение диагностических медицинских задач с использованием ЭМВ СВЧ и УВЧ.

4.2. Конструкции типовых приборов УВЧ и принцип их работы. Конструкции типовых приборов ДМВ - и СМВ - терапии. Технические аспекты электромагнитной гипертермии в медицине.

4.3. Перспективные виды высокочастотной медицинской радиоаппаратуры.

Примерный перечень практических занятий НА ПЭВМ

1. Исследование характеристик плоских ЭМВ, распространяющихся в средах с потерями. Исследование поляризационных характеристик плоских ЭМВ.

2. Исследование процессов отражения и прохождения плоских ЭМВ при падении на плоскую границу раздела двух сред.

3. Численное моделирование ЭМП элементарного излучателя – диполя Герца.

4. Численное моделирование ЭМП симметричных вибраторных излучателей.

5. Численное моделирование ЭМП рупорных излучателей.

6. Численное моделирование процесса СВЧ локального разогрева слоистых биотканей цилиндрической формы.

7. Исследование характеристик прямоугольных и цилиндрических волноводов с потерями.

8. Исследование характеристик объемных резонаторов.

Примерный перечень лабораторных работ

1. Исследование характеристик прямоугольного и коаксиального волноводов.

2. Исследование ЭМП рупорных и вибраторных излучателей.

3. Исследование характеристик СВЧ - и УВЧ- элементов, узлов и трактов медицинских приборов.

4. Исследование распределения удельной мощности тепловыделений в слои-стых образцах, идентичных биотканям по электродинамическим характе-ристикам, при воздействии СВЧ - и УВЧ - полей.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Нефедов наших дней. – М.: Наука, 1986.

2. , Никольская и распространение радиоволн. - М.: Наука, 1989.

3. Вайнштейн волны. - М: Радио и связь, 1988.

4. Демидчик СВЧ. - Мн.: .Университетское, 1992.

5. Сазонов и устройства СВЧ. – М.: Высш. шк., 1998.

6. Антенны и устройства СВЧ/ Под ред. . - М.: Сов. радио. 1972.

7. Ливенсон аппаратура. - М: Медицина, 1981.

8. Технические аспекты электромагнитной гипертермии в медицине// Биоме-дицинская радиоэлектроника, 1998, № 1.

9. Аппарат для ДЦВ-терапии «Волна-2»// Медицинская техника. 1998. № 4.

Дополнительная

1. Федоров электродинамики. – М.: Высш. шк., 1980.

2. , , Яшин физических полей с живым веществом. - Тула: Изд-во Тульского ун-та, 1995.

3. , Трубецков в теорию колебаний и волн. - М.: Наука, 1984.

4. Методические рекомендации по применению ЭВМ при изучении дисцип-лины А и УСВЧ. Ч. 1. Линейные и апертурные антенны. - Мн.: МРТИ, 1989.

5. Методические рекомендации по расчету антенно-фидерных устройств для студентов специальности "Радиотехника". Ч. 2. - Мн.: МРТИ, 1991.

6. Применение электромагнитных волн миллиметрового диапазона в кардио-логии// Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. № 2.

7. Миллиметровые волны в системах реабилитации онкологических больных// Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. № 1. С. 48-55.

8. Излучатели для электромагнитной гипертермии внутриполостных злока-чественных новообразований// Медицинская радиология. 1987. № 1.

9. Излучатель для высокочастотной электромагнитной локальной гипертермии злокачественных новообразований// Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1983. Вып 5.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-038/тип.

АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА

ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры электронных вычислительных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

, проректор по производственному обучению и научной работе Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», доцент;

Кафедра информатики Учреждения образования «Минский государственный радиотехнический колледж» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Кафедрой электронных вычислительных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОяСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа дисциплины «Аппаратные и программные средства персональных компьютеров» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Теоретический материал курсов базируется на сведениях, полученных студентами при изучении курсов «Программирование», «Цифровая и импульсная техника», «Микроэлектронные схемы, микротехнологии и микропроцессоры в средствах медицинской электроники».

Целью преподавания дисциплины является изучение состава аппаратных средств персонального компьютера; структуры и низкоуровневого программирования центрального процессора; основ функционирования операционных систем спецификации Windows 32.

Дисциплина рассматривает вопросы организации аппаратной части персональных компьютеров, структуру и программирование отдельных устройств, основы построения операционной системы, взаимодействие программ и технических средств ПЭВМ.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

иметь представление:

-  об организации шинной архитектуры персонального компьютера;

-  о функционировании отдельных устройств в составе ПЭВМ;

-  о типах драйверов устройств в Windows 32;

знать:

-  принципы построения операционных систем;

-  систему команд Intel-совместимых процессоров;

-  принципы взаимодействия аппаратных и программных средств персонального компьютера;

уметь использовать:

-  язык ассемблера в прикладных программах;

-  пакет прикладных программ для разработки драйверов устройств в Windows 32.

Программа рассчитана на объем 80 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 48 часов, лабораторных работ – 16 часов, практических занятий – 16 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Структура и программирование

центрального процессора

Предмет, цель и задачи дисциплины. Характеристика материала дисциплины, ее структуры. Связь дисциплины с другими курсами. Особенности применения ПК в медицинской электронике.

Шинная архитектура ПК. Эволюция шинной архитектуры. Архитектурные особенности IBM PC. Процессорная подсистема.

Программная модель процессора Intel х86. Регистры общего назначения. Сегментные регистры. Регистры управления. Режимы адресации процессора.

Организация системы команд. Команды пересылки данных. Арифметические и логические команды. Строковые операции. Команды передачи управления и управления.

Двухконтекстность работы процессора. Структура прерываний. Организация работы с памятью.

Ассемблер, встроенный в язык высокого уровня. Отличия внешних и встроенного ассемблера. Ассемблерный оператор. Правила использования регистров. Ассемблерные процедуры и функции. Соглашения о вызове процедур. Пролог и эпилог ассемблерных процедур.

Метки в ассемблере. Директивы. Ассемблерные операнды. Ассемблерные константы. Выражения. Отличия между выражениями в языках высокого уровня и ассемблере. Символы. Классы и типы выражений. Операторы, используемые в ассемблерных выражениях.

Раздел 2. Аппаратные средства ПК

Подсистема часов реального времени (RTC). Блок-схема RTC. Цикл корректировки. Карта памяти. Управляющие регистры. Типы прерываний. Порядок программирования.

Подсистема таймера. Структура подсистемы. Блок-схема таймера. Работа каналов. Программирование таймера. Режимы счета.

Подсистема клавиатуры. Структура подсистемы. Контроллер и процессор клавиатуры. Программный буфер клавиатуры. Типы клавиатур. Режимы работы клавиатуры. Передача данных между клавиатурой и системой. Программирование клавиатуры. Блок-схема контроллера клавиатуры. Регистры состояния и управления. Порты контроллера. Программирование контроллера клавиатуры.

Подсистема контроллера прерываний. Каскадирование контроллеров. Источники прерываний, их приоритеты и коды векторов. Блок-схема контроллера прерываний. Программирование контроллера прерываний. Команды инициализации и рабочие. Приоритеты прерываний. Ротация приоритетов. Режимы работы. Окончание прерываний.

Организация хранения данных на магнитных дисках. Форматы дисков. Физическая и логическая структуры дисков. Распределение дискового пространства. Загрузочная запись. Каталоги. Пространство данных. Кластеризация. Таблица размещения файлов. Особенности жестких дисков. Разделы диска.

Раздел 3. Основы операционных систем

семейства Windows 32

История развития Windows-платформ. Общие свойства. Особенности реализации спецификации Windows 32 на различных платформах. Линии Windows 9х, Windows NT, Windows СЕ. Принципы организации и функционирования. Дерево объектов Windows. Системный реестр.

Виртуальное адресное пространство. Физическая память и страничный файл. Разделы в адресном пространстве Windows 9х и Windows NT. Регионы в адресном пространстве. Страницы. Атрибуты защиты памяти. Алгоритм доступа к данным в адресном пространстве процесса.

Понятие объекта ядра. Виды и назначение объектов ядра. Учет пользователей объектов ядра. Защита. Таблица описателей объектов ядра. Создание и закрытие объекта ядра. Совместное использование объектов ядра несколькими процессами.

Процессы в Windows 32. Создание и завершение процесса. Дочерние процессы.

Потоки в Windows 32. Преимущества и недостатки многопоточных приложений. Стек и контекст потока. Функция потока. Создание потока. Завершение потока. Распределение процессорного времени между потоками. Присвоение уровней приоритета в Windows 32. Классы приоритета процессов. Относительный приоритет потока. Динамическое изменение уровней приоритетов потоков.

Оконная подсистема Windows. Иерархия окон. Управление окнами. Классы окон. Виды элементов управления. Механизм сообщений Windows. Очереди сообщений. Цикл обработки сообщений в приложении. Главная функция окна. Синхронные и асинхронные сообщения. Посылка и обработка сообщений.

Синхронизация потоков. Критические секции. Синхронизация потоков с объектами ядра. Функции ожидания объектов ядра. Мьютексы. Семафоры. События. Ожидаемые таймеры. Приостановка выполнения потоков.

Организация системы ввода-вывода в Windows 95 и NT. Режимы ядра и пользователя. Понятие драйвера устройства. Типы драйверов. Модель драйверов Windows. Архитектуры драйверов режима ядра.

Примерный перечень лабораторных работ

1.  Разработка ассемблерных подпрограмм – 4 часа.

2.  Организация взаимодействия ассемблерного кода и объектно-ориентированной программы – 4 часа.

3.  Разработка многопоточных приложений – 4 часа.

4.  Программирование аппаратуры с использованием пакета программ для разработки драйверов устройств WinDriver – 4 часа.

Примерный перечень практических занятий

1.  Изучение системы команд процессора – 4 часа.

2.  Изучение встроенного отладчика-дизассемблера Delphi – 2 часа.

3.  Программирование таймера – 2 часа.

4.  Программирование клавиатуры – 2 часа.

5.  Программирование контроллера прерываний – 2 часа.

6.  Изучение функций синхронизации потоков – 2 часа.

7.  Изучение пакета программ для разработки драйверов устройств WinDriver – 2 часа.

Примерный перечень компьютерных программ

1. Операционная система Windows NT 4.0 или выше.

2. Среда быстрой разработки программ Delphi 4 или выше.

3. Пакет программ для разработки драйверов устройств WinDriver 5.0 или выше.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Использование Turbo Assembler при разработке программ. – Киев: Диалектика, 1994.

2.  Assembler. – СПб.: Питер, 2001.

3.  Assembler: Учебный курс. – СПб.: Питер, 2000.

4.  Assembler для Dos, Windows и Unix. – М.: ДМК Пресс, 2000.

5.  Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC, XT и AT. - М.:Финансы и статистика. 1991.

6.  и др. Аппаратура персональных компьютеров и ее программирование. IBM PC/XT/AT и PS/2. -- М.: Радио и связь, 1995.

7.  Аппаратные средства РС. – СПб.: BHV Санкт-Петербург,1996.

8.  Руководство по архитектуре IBM PC AT / , , и др.; Под общ. ред. . -- Мн.: ООО "Консул", 1992.

9.  Архитектура Windows для разработчиков. – М.: Русская редакция», 1998.

10.  Windows 95 изнутри. – СПб.: Питер, 1995.

11.  Windows для профессионалов. – М.: Изд. отдел «Русская редакция Microsoft Press», 1997.

12.  Справочный файл Microsoft Windows 32 Software Development Kit «Win32SDK. hlp»: - Microsoft, 2001.

Дополнительная

1.  Язык Ассемблера для IBM PC и программирование. - M.: Высш. шк., 1992.

2.  Технология ММХ: новые возможности процессоров Р5 и Р6.- М.: Диалог–МИФИ, 1998.

3.  Освоение Turbo Assembler. – М., СПб., К.: Диалектика, 1996.

4.  Assembler. Специальный справочник – СПб., М., Харьков, Мн., 2001.

5.  Процессоры Pentium 4, Athlon и Duron. – М., СПб., Харьков, Мн.: Питер, 2001.

6.  , , Филин ЭВМ на основе архитектуры Intel 80386: В 2 кн. – Обнинск: "ИНВЕСКО", 1993. Кн.2.

7.  , Никитин системы ЭВМ. – М.: Высш. шк., 1989.

8.  Delphi 6 для профессионалов. – СПб.: Питер, 2002.

9.  Архангельский в Delphi 6. – М.: БИНОМ», 2002.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-055/тип.

ПРИБОРЫ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составители:

, заведующий кафедрой электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

, старший преподаватель кафедры электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

, старший научный сотрудник Государственного учреждения «Научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии» Министерства здравоохранения Республики Беларусь, кандидат физико-математических наук;

, начальник отдела научно-исследовательский приборостроительный институт», кандидат технических наук

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Приборы квантовой электроники для медицинской техники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности І-39 02 03 Медицинская электроника высших учебных заведений. Целью преподавания дисциплины является изучение принципа действия, характеристик и параметров, а также основ использования различных типов сверхвысокочастотных (СВЧ) и квантовых приборов. Изучение данной дисциплины должно обеспечить подготовку студентов, необходимую для успешного изучения специальных дисциплин и последующего решения производственных и исследовательских задач в соответствии с образовательным стандартом специальности, подготовить студента к решению задач, связанных с рациональным выбором типов сверхвысокочастотных (СВЧ) и квантовых приборов, их режимов работы при разработке и эксплуатации медицинской аппаратуры.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- классификацию и назначение основных типов электронных и твердотельных СВЧ приборов, квантовых приборов оптического диапазона;

-  физические основы явлений, принцип действия, устройства, основные характеристики и параметры электронных СВЧ и квантовых приборов, используемых в медицинской аппаратуре;

уметь использовать:

- полученные знания для правильного выбора типа приборов при разработке медицинской аппаратуры, оценки режимов работы приборов при эксплуатации;

приобрести навыки:

- работы с приборами и измерительной аппаратурой, используемой для исследования характеристик и параметров приборов.

Изучение дисциплины «Приборы квантовой электроники для медицинской техники» должно опираться на знание следующих дисциплин: «Высшая математика, теория вероятности и математическая статистика» (интегрирование и дифференцирование, теория функций комплексного переменного); «Физика» (электростатика, основы квантовой механики, оптика, основы физики твердого тела, основы физики газового разряда); «Электротехника» (основы расчета простых электрических цепей).

Лекционный курс должен обеспечить приобретение знания принципов действия, устройств, характеристик и параметров квантовых и электронных приборов СВЧ для медицинской аппаратуры. На лабораторных занятиях студенты должны закрепить теоретический материал лекций, получить навыки работы с приборами и измерительной аппаратурой.

Программа рассчитана на объем 75 учебных часов, в том числе 51 час аудиторных занятий. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 34 часа, лабораторно-практических занятий – 17 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВЧ ПРИБОРЫ

Тема 1.1. ВВЕДЕНИЕ

Особенности СВЧ и оптического диапазонов, деление СВЧ диапазона на поддиапазоны. Физические свойства СВЧ и оптического излучений и их использование в медицинской технике. Назначение электронных и квантовых приборов СВЧ и оптического диапазонов, преобразование энергии в генераторах и усилителях СВЧ и оптического диапазонов.

Тема 1.2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ СВЧ

И КВАНТОВЫХ ПРИБОРОВ

Классификация электронных и квантовых приборов СВЧ и оптического диапазонов. Основные параметры электронных приборов СВЧ: коэффициент усиления, ширина полосы пропускания, коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент шума, диапазон перестройки, спектральная плотность флуктуации амплитуды, частоты и фазы и др.

Тема 1.3. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

В СВЧ ДИАПАЗОНЕ

Особенности устройства электронных СВЧ приборов: единство электронной и колебательной систем, применение полых электродинамических колебательных систем, использование времени пролета электронов. Особенности динамического управления электронным потоком: группирование электронов, их взаимодействие с переменным электрическим полем.

Общий принцип действия электронных приборов в СВЧ диапазоне. Электронные приборы со статическим и динамическим управлением электронным потоком. Колебательные системы СВЧ диапазона. Энергообмен в электронных приборах СВЧ. Приборы О-типа кратковременного и непрерывного взаимодействия (клистроны, лампы бегущей и обратной волны).

Тема 1.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ТИПА «М»

Движение электронов в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях; парабола критического режима. Взаимодействие электронов с неоднородным СВЧ электрическим полем: влияние продольной и поперечной составляющих поля. Энергетическое взаимодействие электронов с волной. Условие синхронизма.

Тема 1.5. МАГНЕТРОНЫ

Многорезонаторные магнетроны, конструкция, принцип действия.
Амплитудное и фазовое условия самовозбуждения магнетрона. Резонансные свойства кольцевой замедляющей системы. Параметры магнетронов: выходная мощность, рабочая частота, электронный КПД, электронное смещение частоты. Разновидности магнетронов, их особенности. Области применения
многорезонаторных магнетронов.

Раздел 2. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ СВЧ ПРИБОРЫ

Тема 2.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЧ ДИОДЫ

Особенности конструкций, типы диодов, основные характеристики и параметры. Система обозначения полупроводниковых приборов.

Детекторные СВЧ диоды. Эквивалентная схема детекторного диода и система параметров. Параметры, характеризующие детектирование. Шумы детекторных СВЧ диодов. Методы измерения электрических параметров. Применение детекторных СВЧ диодов. Согласование диода с СВЧ трактом. Детектирование СВЧ сигналов. Волноводные и интегральные конструкции диодных детекторов СВЧ сигналов.

Настроечные СВЧ диоды. Электрические параметры настроечных СВЧ диодов и методы их измерения. Применение настроечных диодов.

Переключательные и ограничительные СВЧ диоды. Принцип действия переключательных СВЧ диодов. Устройство переключательных диодов. Система электрических параметров и методы их измерений. Применение переключательных и ограничительных СВЧ диодов.

Тема 2.2. ГЕНЕРАТОРНЫЕ СВЧ ДИОДЫ

Лавинно-пролетный диод (ЛПД). Устройство. Основные физические процессы в ЛПД в пролетном режиме и режиме с захваченной плазмой. Эквивалентная схема, параметры и характеристики ЛПД, области применения. Конструкции и эквивалентные схемы СВЧ генераторов на ЛПД.

Диоды с объемной неустойчивостью (диоды Ганна). Физические процессы в двухдолинных полупроводниках, формирование домена сильного поля; форма тока; различные режимы работы ДГ. Особенности конструкции, эквивалентная схема и основные параметры ДГ, области применения. Конструкции и эквивалентные схемы генераторов на ДГ.

Тема 2.3. СВЧ ТРАНЗИСТОРЫ

Биполярные СВЧ транзисторы, особенности конструкции, эквивалентные схемы, характеристики и параметры, области применения.

Полевые СВЧ транзисторы, особенности конструкции, эквивалентные схемы, характеристики и параметры, области применения.

Тема 2.4. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ

Транзисторные усилители СВЧ. Бесструктурная модель СВЧ транзистора – четырехполюсник, описанный матрицей рассеяния (система S-параметров). Устойчивость транзисторных усилителей СВЧ. Расчет узкополосных усилителей графоаналитическим методом. Особенности построения транзисторных усилителей СВЧ. Практические схемы транзисторных усилителей.

Автогенераторы на полевых и биполярных транзисторах. Особенности построения транзисторных генераторов СВЧ. Практические схемы
транзисторных генераторов.

Сравнительная оценка различных полупроводниковых СВЧ приборов, преимущественные области их применения. Перспективы развития полупроводниковых СВЧ приборов миллиметрового диапазона.

Раздел 3. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

Тема 3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВЫХ ПРИБОРОВ

Энергетические спектры атомов, молекул и твердых тел. Нормальное и возбужденное состояние системы; понятие о спонтанных переходах и спонтанном излучении. Метастабильное состояние, среднее время жизни частиц. Понятие об индуцированном (вынужденном) излучении и поглощении. Соотношения Эйнштейна. Понятие об инверсии населенностей. Методы создания инверсии населенностей. Спектральные свойства активной среды, ширина спектральной линии, причины ее расширения.

Тема 3.2. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Функциональная схема оптического квантового генератора (лазера). Условия генерации. Оптический резонатор, его устройство, типы колебаний. Спектр излучения лазера. Характеристики лазерного излучения: интенсивность, мощность, плотность мощности, монохроматичность, пространственная и временная когерентность, направленность, расходимость, поляризация. Коэффициент полезного действия лазеров. Газовые лазеры. Особенности создания инверсии населенностей в газовом разряде. Гелий-неоновый атомарный лазер, его устройство, энергетическая диаграмма. Ионные лазеры, устройство, особенности принципа действия, основные параметры. Лазер на молекулах СО2, его устройство, принцип работы, параметры. Жидкостные лазеры, устройство и принцип действия. Лазеры на твердом теле, материалы, особенности энергетических диаграмм. Режим модулированной добротности. Полупроводниковые лазеры, их особенности, материалы. Инжекционный лазер на p-n-переходе, энергетическая диаграмма, особенности физических процессов; основные параметры и характеристики. Инжекционные лазеры на гетеропереходах. Основные методы модуляции оптического излучения. Режимы работы лазеров: непрерывный, импульсный, моноимпульсный режим, режим работы гигантского импульса.

Тема 3.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ В МЕДИЦИНЕ

Биологическая активность лазерного излучения, использование лазерной техники в медицине. Классификация медицинских лазеров. Эксплуатационные параметры медицинских лазеров и их сравнительные характеристики. Методы подвода лазерного излучения к облучаемому объекту. Обеспечение безопасности труда при эксплуатации лазерных установок. Перспективы развития медицинской электроники СВЧ и оптического диапазонов.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Исследование характеристик и параметров генератора на многорезонаторном магнетроне.

2. Исследование характеристик и параметров детекторного и смесительного диодов СВЧ.

3. Исследование характеристик и параметров генератора на ЛПД.

4. Исследование характеристик и параметров генератора на ДГ.

5. Исследование характеристик и параметров усилителя на биполярном СВЧ транзисторе.

6. Исследование характеристик и параметров усилителя на полевом СВЧ транзисторе.

7. Исследование характеристик и параметров генератора на полевом СВЧ транзисторе.

8. Исследование характеристик и параметров газового лазера.

9. Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Электронные, квантовые приборы и микросхемотехника/ Под ред. . – М.: Радио и связь, 1998.

2.  , Шишкин приборы/ Под ред. . – М.: МАИ, 1996.

3. , Федоров и квантовые приборы СВЧ. – М.: Радио и связь, 1981.

4. Электронные приборы СВЧ / , и др. – М.: Высш. шк., 1985.

5. Пихтин и квантовая электроника. – М.: Высш. шк., 2001.

6. Микроэлектронные устройства СВЧ/ , , и др.; Под ред. . – М.: Высш. шк., 1988.

7. , Горбачев сверхвысокочастот­ные диоды. – М.: Радио и связь, 1983.

8. , Трошкин квантовой электроники. – М.: Сов. радио, 1976.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  Кукарин приборы СВЧ. Характеристики, применение, тенденции развития. – М.: Радио и связь, 1981.

2.  , Данюшевский генераторы и усилители СВЧ. – М.: Радио и связь, 1986.

3.  Лазеры в клинической медицине/Под ред. . – М.: Медицина, 1981.

4.  Средства и методы квантовой электроники в медицине / Под ред. . – Саратов, 1976.

5.  Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления/ Под ред. Д. В. Ди Лоренцо, . – М.: Радио и связь, 1988.

6.  Карлов по квантовой электронике. – М.: Наука, 1983.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-072/тип.

МЕДИЦИНСКИЕ ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

А. Е Аношенко, доцент кафедры электронных вычислительных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Рецензенты:

, проректор по производственному обучению и научной работе Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж, доцент;

Кафедра радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Медицинские экспертные системы» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Целью дисциплины является изучение различных аспектов разработки экспертных систем, методов логического программирования и основ теории нечетких множеств.

В результате освоения дисциплины «Медицинские экспертные системы» студент должен:

иметь представление:

– об особенности построения экспертных систем;

знать:

– модели представления знаний;

– методы поиска решений в экспертных системах;

– особенности проведения морфологического анализа входных данных;

– особенности проведения синтаксического анализа входных данных;

– особенности проведения семантического анализа входных данных;

– правила оформления программ на языке Visual Prolog;

– правила работы со списками в языке Visual Prolog;

– правила работы с файлами в языке Visual Prolog;

– правила создания Windows приложений на языке Visual Prolog;

– основные операции с нечеткими множествами;

– правила составления таблиц значений функции нечетких переменных;

– сети нечетких элементов;

уметь использовать:

– интегрированную среду Visual Prolog;

владеть:

– языком экспертных систем.

Программа рассчитана на объем 85 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 50 часов, лабораторных работ – 35 часов. программирования Visual Prolog;

– анализом функции нечетких переменных;

– синтезом функции нечетких переменных;

приобрести навыки:

– разработки консольных программ на языке Visual Prolog;

– разработки графических программ на языке Visual Prolog;

– разработки простейших

Содержание ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Цель и задачи дисциплины. Содержание дисциплины, объем в часах. Базовые термины и определения, основная и дополнительная литература.

Раздел 1. Экспертные системы (ЭС)

Тема 1.1. Назначение и особенности экспертных систем

1.1.1. Назначение и особенности экспертных систем.

1.1.2. Структура ЭС.

1.1.3. Классификация ЭС.

Тема 1.2. Модели представления знаний

1.2.1. Логическая модель представления знаний.

1.2.2. Семантическая модель представления знаний.

1.2.3. Фреймовая модель представления знаний.

Тема 1.3. Методы поиска решений в ЭС

1.3.1. Методы поиска решений в одном пространстве.

1.3.2. Методы поиска решений в иерархических пространствах.

1.3.3. Поиск в динамических средах.

Тема 1.4. Взаимодействие с пользователем

в экспертных системах

1.4.1. Типовая подсистема взаимодействия с пользователем в экспертной системе.

1.4.2. Морфологический анализ входных сообщений.

1.4.3. Синтаксический анализ входных сообщений.

1.4.4. Семантический анализ входных сообщений.

1.4.5. Синтез выходных сообщений.

Раздел 2. Язык логического программирования

Visual Prolog

Тема 2.1. Логическое программирование на языке Visual Prolog

Факты и правила в языке Visual Prolog. Термы, атомы, переменные. Анонимные переменные. Типы данных языка Visual Prolog.

Тема 2.2. Структура программы на языке Visual Prolog

Объявление и определение фактов и правил. Основной вопрос программы. Объявление новых типов данных. Объявление констант.

Тема 2.3. Рекурсия в языке Visual Prolog

Организация рекурсии в языке Visual Prolog. Организация циклов. Управление перебором, оператор отсечения. Отрицание как неуспех.

Тема 2.4. Списки в языке Visual Prolog

Структура списка. Голова и хвост списка. Определение типа «список». Формы записи списков. Основные приемы работы со списками.

Тема 2.5. Работа с файлами в языке Visual Prolog

Стандартные потоки ввода-вывода. Открытие файла. Переопределение стандартных потоков ввода-вывода. Чтение и запись файла.

Тема 2.5. Создание графического пользовательского интерфейса

в среде Windows.

2.5.1. Визуальная среда создание интерфейса Visual Prolog. Использование редактора ресурсов и мастера CodeExpert.

2.5.2. Обработка события от операционной Windows.

2.5.3. Создание диалоговых окон.

2.5.4. Вывод графики и текста.

Раздел 3. Основы теории нечетких множеств

Тема 3.1. Нечеткие подмножества

Определение нечеткого подмножества. Свойства нечетких подмножеств. Основные операции с нечеткими подмножествами.

Тема 3.2. Нечеткие графы и нечеткие отношения

Определение нечеткого графа и нечеткого отношения. Свойства нечетких отношений. Композиция двух нечетких отношений. Условные нечеткие подмножества.

Тема 3.3. Нечеткая логика

3.3.1. Функция нечетких переменных. Таблица значений функции нечетких переменных. Полиноминальные формы.

3.3.2. Анализ функции нечетких переменных.

3.3.3. Синтез функции нечетких переменных.

3.3.4. Сети нечетких элементов.

Примерный перечень ТЕМ лабораторных работ

1. Изучение базовых конструкций языка Visual Prolog.

2. Изучение модели обработки событий в языке Visual Prolog.

3.  Оформление графического пользовательского интерфейса на языке Visual Prolog.

4. Создание экспертной системы.

Примерный перечень компьютерных программ

1. Microsoft Windows NT/2000/XP.

2. Visual Prolog personal edition.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Попов системы: решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ.– М.: Наука, 1987.

2.  Руководство по экспертным системам. – М.: Мир, 1989.

3.  Логический подход к искусственному интеллекту: от классической логики к логическому программированию: Пер. с фр./ А. Тейз, П. Грибомон, Ж. Луи и др. – М.: Мир, 1990.

4.  Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта.– М.: Мир, 1990.

5.  Введение в теорию нечетких множеств: Пер. с фр. /Под ред. . – М.: Радио и связь, 1982.

Дополнительная

1.  -Л. Системы искусственного интеллекта.– М.: Мир, 1991.

2.  Построение экспертных систем / Под ред. Ф. Хейес-Рот, Д. Уотерман, Д. Лепат.– М.: Мир, 1987.

3.  Поспелов рассуждений.– М.: Радио и связь, 1989.

4.  ЭС для персональных компьютеров. Методы, средства, реализации. – Мн.: Выш. шк., 1990.

5.    и др.  Базы и банки данных и знаний. – М.: Высш. шк., 1992.

6.  Обработка знаний/Пер. с яп. . – М.: Мир, 1989.

7.  Как построить свою экспертную систему/ Пер. с англ. . – М.: Энергоатомиздат, 1991.

8.  Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ /Пер с англ. . – М.: Финансы и статистика, 1990.

9.  Интеллектуальный автомат :компьютер в качестве эксперта: Пер. с нем. . – М.: Энергоатомиздат, 1991.

10.    Руководство по экспертным системам: Пер. с англ./ Под ред. . – М.: Мир, 1989.

11.    Экспертные системы реального времени //Открытые системы, 2(10), 1995.

12.  Искусственный интеллект: В 3 кн.– М.: Радио и связь, 1990.

Утверждаю

Председатель УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 30 » марта 2004 г.

Регистрационный № ТД-39-071/тип.

КОНСТРУИРОВАНИЕ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ

ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности IМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 26 » марта 2004 г.

Составитель:

, профессор кафедры радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук

Рецензенты:

Кафедра конструирования и производства приборов Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет» (протокол отг.);

, профессор кафедры «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет», доктор технических наук

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей IКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Конструирование средств медицинской электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом
РД РБ 02100.5.104-98 для специальности IМедицинская электроника высших учебных заведений.

Учебная дисциплина «Конструирование средств медицинской электроники» занимает ведущее место среди других дисциплин в процессе подготовки специалистов с высшим образованием в области медицинской электроники. Она базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Программирование», «Электротехника», «Конструкционные и электротехнические материалы средств медицинской электроники», «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники», «Цифровая и импульсная техника» и др.

Предмет изучаемой дисциплины − средства медицинской электроники различного назначения и конструктивно-технологического исполнения, предназначенные для работы при воздействии различных дестабилизирующих факторов.

Цель дисциплины — изучение методологии разработки конструкций средств медицинской электроники с применением ЭВМ и средств автоматизированного проектирования с учетом требований технического задания, совместимости с объектом установки и окружающей средой, ограничений, обусловленных системотехническими методами реализации, производства, экономической эффективности и других показателей; формирование у студентов профессиональных навыков специалиста на основе фундаментальных знаний в области конструирования средств медицинской электроники и обеспечение устойчивых навыков работы в области проектирования медицинской электроники (проектно-конструкторская, проектно-исследовательская); формирование навыков работы с современными пакетами прикладного программного обеспечения для конструкторско-технологического проектирования средств медицинской электроники.

В результате изучения дисциплины «Конструирование средств медицинской электроники» студент должен:

знать:

− принципы и методы конструирования и производства средств медицинской электроники;

− основные этапы конструкторско-технологического проектирования;

− основные физические процессы, определяющие функционирование средств медицинской электроники;

− методы расчета основных радиоэлектронных устройств, применяемых в медицинской электронике;

− применение в процессе конструирования и технологии математических моделей и методов оптимизации конструкторско-технологических решений;

− состав и правила оформления конструкторской документации в соответствии с ЕСКД;

− методологию и организацию автоматизированного конструкторско-технологического проектирования при системном подходе к выполнению разработок;

− пакеты прикладных программ САПР конструкторского назначения;

уметь:

− проектировать конструкции средств медицинской электроники;

− рассчитывать параметры конструкций средств медицинской электроники;

− использовать и внедрять на практике новые процессы автоматизированного проектирования, обеспечивая при этом высокую надежность и качество выпускаемых изделий;

иметь представление:

− о конструкторско-технологических системах предприятий, структуре конструкторско-технологической себестоимости продукции и путях ее снижения, критериях и путях автоматизации производства средств медицинской электроники.

Дисциплина предусматривает изучение материала на лекционных занятиях, систематическую самостоятельную работу студентов с литературой, выполнение цикла лабораторных и практических работ.

На лабораторных и практических занятиях студенты должны закрепить полученные теоретические знания и приобрести навыки решения инженерно-технических задач с помощью пакетов прикладного программного обеспечения САПР.

При проведении лабораторных и практических занятий предполагаются следующие формы:

–  демонстрация, когда студенты слушают объяснение преподавателя и наблюдают за экраном дисплея ПЭВМ;

–  фронтальная работа, когда студенты синхронно самостоятельно работают с ПЭВМ под руководством преподавателя;

–  полностью самостоятельная работа студентов над индивидуальными заданиями лабораторного практикума.

Программа дисциплины рассчитана на 120 часов учебных занятий, в том числе аудиторных 80 часов (из них 48 часов лекций, 16 часов - лабораторные занятия, 16 часов - практические занятия).

Одновременно с изучением дисциплины выполняется курсовой проект.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Предмет, цели и задачи дисциплины, ее место в общей системе подготовки инженеров медицинской электроники. Основные концепции и понятия, термины и определения.

Развитие медицинской электроники на современном этапе. Повышение требований к качеству и надежности аппаратуры, ускорение внедрения научных достижений, автоматизация производства и управления.

Специфика и основные проблемы конструирования средств медицинской электроники.

Раздел 1. ОБЪЕКТ И ПРОЦЕСС КОНСТРУИРОВАНИЯ

Тема 1. Выбор стратегии и методов конструирования

СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Сущность процесса проектирования и роль конструктора в обществе. Объект проектирования. Конструирование как процесс проектирования с обратной связью. Задачи и характер конструирования. Основные требования к проектированию современных средств медицинской электроники. Противоречия между расширением функциональных возможностей и ограничениями на габариты, массу, удобство применения и обслуживания при повышении требований к надежности, патентной чистоте и другим показателям.

Классификация средств медицинской электроники по назначению, объекту установки, условиям применения и конструктивным признакам.

Классификация условий эксплуатации средств медицинской электроники. Характеристика дестабилизирующих факторов и их влияние на работоспособность средств медицинской электроники. Характеристика климатических воздействий (климат, температура, влага, давление, пыль, песок, солнечная радиация).

Стратегии проектирования. Методы решения конструкторских задач: понятие методов проектирования, элементарные методы, методы синтеза и анализа. Преимущества и трудности системного подхода к проектированию средств медицинской электроники. Поиск конструкторских решений.

Тема 2. Этапы проектирования и требования к конструкции средств медицинской электроники

Техническое задание на проектирование и постановку продукции на производство. Технические требования и ограничения. Требования к эксплуатационным, электрическим и конструкторским параметрам и характеристикам. Показатели качества конструкции: абсолютные, относительные, удельные и комплексные. Взаимосвязь конструкции средств медицинской электроники с определяющими факторами и тактико-техническими требованиями.

Стадии разработки средств медицинской электроники. Техническое предложение, эскизный проект, технический проект, выпуск рабочей документации.

Тема 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНСТРУИРОВАНИЯ

Автоматизированное конструкторское проектирование в общей системе проектирования. Принципы построения и организации автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства. Анализ видов конструкторских работ с позиций автоматизации. Предпосылки и выгоды внедрения САПР. Подходы к конструированию средств медицинской электроники с точки зрения автоматизации.

Виды изделий. Виды и комплектность конструкторских документов. Схемы как конструкторские документы. Правила выполнения электрических схем. Текстовые конструкторские документы. Эксплуатационные и ремонтные документы.

Особенности разработки конструкторских документов при автоматизированных методах проектирования.

Методы конструирования штампованных деталей: технологичность деталей, получаемых штамповкой, специфика конструирования деталей, получаемых гибкой, технологичность деталей, получаемых вытяжкой, основные материалы для штампованных деталей.

Методы конструирования прессованных и литых деталей: усадка как типичная особенность прессованных и литых деталей, методика конструирования прессованных и литых деталей, конструирование деталей с отверстиями, конструирование армированных пластмассовых деталей.

Методы конструирования механических соединений: неразъемные соединения, разъемные соединения.

Тема 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

Общие понятия, классификационные признаки и основные конструкторско-технологические разновидности печатных плат. Основные технические требования, предъявляемые к печатным платам (ПП). Основные термины и определения.

Конструктивно-технологические характеристики ПП, двухсторонних ПП (ДПП). Последовательность разработки ПП. Классификация методов изготовления ПП. Материалы для производства плат и их характеристика.

Типовые техпроцессы изготовления односторонних, двухслойных ПП. Типовые структуры процессов изготовления печатных и коммутационных плат различными методами.

Механическая обработка ПП. Травление металлических фольг. Химическая и электрохимическая металлизация. Комбинированный, полуаддитивный и аддитивный методы изготовления двухсторонних ПП. Инструмент, оснастка и оборудование для производства коммутационных плат. Средства механизации и автоматизации процессов.

Многослойные печатные платы (МПП), сравнительная характеристика методов получения. Технология прессования пакета МПП. МПП на полиимидной пленке и керамическом основании. Многопроводный и стежковый монтаж. Тканные коммутационные платы. Многослойные керамические платы.

Коммутационные платы для поверхностного монтажа. Платы микроэлектронной аппаратуры. Контроль качества и надежность плат. Проблемы производства плат и пути их преодоления.

Расчет параметров печатных плат. Разработка чертежа печатной платы и сборочного чертежа печатной платы. Варианты установки ЭРЭ на ПП. Компоновка элементов на ПП. Выбор соединителей. Разработка несущих конструкций для ПП. Типовые технические требования к чертежам печатной платы и сборочному чертежу печатной платы.

Проектирование печатных плат в САПР P-CAD и ACCEL EDA.

Тема 5. Конструирование несущих конструкций

Структура несущих конструкций (НК) средств медицинской электроники: модульность структуры НК, основные конструктивные уровни, моделирование.

Требования, предъявляемые к НК. Особенности проектирования. Основные материалы деталей НК. Жесткость деталей НК. Прочность деталей НК при переменных напряжениях. Устойчивость элементов НК. Конструирование несущих конструкций.

Общие требования к чертежам деталей.

Общие требования к сборочным чертежам.

Раздел 2. ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Тема 6. ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ

Тепловая чувствительность элементов средств медицинской электроники: конструкционные материалы, пластические материалы, радиокерамические материалы, магнитные материалы, резисторы, конденсаторы, полупроводниковые материалы, интегральные микросхемы, средства индикации.

Общие сведения о теплообмене. Основные определения и терминология.

Конвективный теплообмен. Основы теории подобия. Критериальные уравнения. Теплоотдача в неограниченном пространстве. Частные случаи конвективного теплообмена. Конвекция в ограниченном пространстве. Конвекция в вертикальном канале. Теплообмен конвекцией при давлениях, отличных от нормального. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел.

Теплообмен теплопроводностью. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Закон Фурье. Теплопроводность плоской стенки. Теплопроводность цилиндрической стенки. Теплопроводность сферической поверхности. Теплопроводность плоской стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность цилиндрической стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность многослойной стенки. Теплопроводность в ребре постоянного сечения. Теплопроводность стержня. Тепловое сопротивление.

Теплообмен излучением. Законы Планка, Релея — Джинса, Вина, Стефана-Больцмана, Ламберта. Излучение черных тел, «серое» тело. Закон Кирхгофа для излучения. Теплообмен излучением между параллельными пластинами, разделенными прозрачной средой. Солнечное излучение.

Тепловые модели конструкций средств медицинской электроники. Методы перехода от реальных конструкций к их тепловым моделям. Принцип местного влияния, принцип суперпозиции тепловых полей.

Тепловой режим в конструкциях средств медицинской электроники.

Температурные режимы различных конструкций средств медицинской электроники. Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования. Инженерные методики расчетов тепловых режимов.

Системы обеспечения тепловых режимов средств медицинской электроники. Классификация систем охлаждения средств медицинской электроники.

Автоматизация процессов теплового проектирования.

Тема 7. Механические воздействия в конструкциях

средств медицинской электроники и методы защиты

Параметры гармонических и случайных вибраций. Параметры ударных нагрузок и акустических шумов. Методы измерения параметров механических воздействий.

Виды реакций конструкций средств медицинской электроники на механические воздействия. Реакция резисторов и конденсаторов на механические воздействия. Реакция катушек индуктивности, жгутовых и кабельных соединений на механические воздействия. Реакция разъемных и контактных соединений на механические воздействия. Производственные механические воздействия.

Динамические характеристики конструкций и элементов средств медицинской электроники. Основные динамические характеристики блоков средств медицинской электроники. Определение собственных частот блоков средств медицинской электроники. Определение собственных частот электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Расчет собственных частот печатных плат.

Способы виброзащиты конструкций средств медицинской электроники. Виброзащита полупроводниковых приборов и ЭРЭ. Использование заливки и вибропоглощающих покрытий. Схемы монтажа блоков на виброизоляторах. Разновидности конструкций виброизоляторов. Статический расчет системы виброизоляции. Динамический расчет системы виброизоляции. Реакция средств медицинской электроники на ударные нагрузки. Динамический расчет системы изоляции ударных нагрузок.

Методы расчета защиты конструкций средств медицинской электроники от механических воздействий с использованием ЭВМ.

Тема 8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

Источники возникновения помех в средствах медицинской электроники. Электромагнитная обстановка. Источники возникновения помех в средствах медицинской электроники.

Оценка работы конденсаторов и резисторов при воздействии помех. Физические процессы в активных компонентах при воздействии помех. Влияние помех на цифровые схемы. Влияние помех на аналоговые схемы. Схемы сопряжения при воздействии помех. Помехи в источниках питания.

Емкостная паразитная связь. Индуктивная паразитная связь. Паразитная связь через общее сопротивление.

Электромонтаж и паразитные связи. Оценка воздействия радиопомех мощных источников сигнала.

Конструктивные меры защиты от электромагнитных помех.

Методы расчета защиты конструкций средств медицинской электроники от электромагнитных воздействий с использованием ЭВМ.

Тема 9. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИЙ

СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ОТ ВЛАГИ

Атмосферная коррозия деталей. Стойкость материалов к атмосферной коррозии. Влагостойкость металлов и пластмасс. Процесс растворимости воды в полимерах. Закон Генри.

Термопластичные органические материалы и их характеристики. Термореактивные органические материалы и их характеристики.

Защита от влаги с помощью покрытий. Металлические покрытия. Цинковое покрытие, кадмиевое покрытие, никелевое покрытие, хромовое покрытие, медное покрытие, оловянное покрытие, покрытия благородными металлами. Анодно-окисные покрытия. Химические окисные покрытия. Лакокрасочные покрытия и их свойства.

Герметизация конструкций средств измерений. Виды герметизации. Пропитка. Назначение, особенности конструкций пропитываемых изделий. Основные свойства пропиточных материалов.

Разъемная герметизация. Неразъемная герметизация.

Тема 10. Основы теории надежности. Методы оценки

показателей надежности

Обеспечение надежности при проектировании средств медицинской электроники. Основные понятия теории надежности. Понятие отказа. Классификация отказа.

Схемы соединения элементов в устройстве с точки зрения надежности. Критерии (показатели) надежности средств медицинской электроники и их элементов. Модели законов распределения времени до отказа. Интенсивность отказа. Наработка на отказ. Среднее время безотказной работы. Среднее время восстановления и вероятность восстановления. Интенсивность отказов как основная характеристика надежности элементов. Коэффициенты электрической нагрузки элементов.

Краткая характеристика надежности элементов средств медицинской электроники. Учет влияния на надежность элементов электрического режима и условий работы.

Оценка показателей надежности проектируемых средств медицинской электроники. Основные расчетные соотношения. Ориентировочный (приближенный) расчет показателей надежности проектируемых средств медицинской электроники.

Расчет показателей надежности проектируемых средств медицинской электроники с учетом коэффициента электрической нагрузки и условий эксплуатации элементов в составе устройств. Расчет показателей надежности при разных законах распределения времени до отказа элементов.

Методы повышения надежности. Понятие эксплуатационной надежности средств медицинской электроники. Резервирование как метод повышения надежности: общая характеристика резервирования, характеристика постоянного резервирования, оценка показателей безотказности электронных средств при наличии постоянного резервирования, общая характеристика резервирования замещением, анализ безотказности электронных средств при наличии резервирования замещением.

Раздел 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ

ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

Тема 11. моделирование проектных решений

Общие сведения о математических моделях средств медицинской электроники. Место процедур формирования моделей в маршрутах проектирования.

Особенности формализации задач принятия проектных решений при автоматизации проектирования средств медицинской электроники.

Концептуальная модель принятия проектного решения.

Тема 12. методы оптимизации проектных решений

Общие сведения о теории оптимизации. Математическое программирование как один из методов оптимизации.

Общая характеристика оптимизационных моделей средств медицинской электроники.

Общая характеристика методов оптимизации. Общее резервирование как один из методов повышения надежности средств медицинской электроники.

Методы оптимизации: классификация методов математического программирования, методы одномерного поиска оптимального решения, методы безусловной оптимизации.

Применение прикладного программного обеспечения для оптимизации конструкций средств медицинской электроники.

Раздел 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Тема 13. Принципы автоматизации проектирования

средств МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Этапы и сквозные циклы систем автоматизированного проектирования (САПР). Назначение автоматизированных систем обработки информации. Место задач САПР в системе комплексной автоматизации деятельности предприятия.

Основные принципы построения системы автоматизации разработки конструкторских документов. Подходы к конструированию средств медицинской электроники с точки зрения автоматизации.

Средства трехмерного моделирования. Каркасное моделирование. Поверхностное моделирование. Твердотельное моделирование.

Моделирование проектных решений. Методы оптимизации проектных решений.

Тема 14. автоматизированное проектирование средств

медицинской электроники

Назначение графических редакторов. Основы AutoCAD (Pro/Engineer, Mechanical Desktop Power Pack, OrCAD или других пакетов): принятая терминология, вход в AutoCAD и выход из него с сохранением выполненной работы, меню и панели инструментов, диалоговые окна, настройки.

Инструменты обеспечения точности построений: системы координат, режимы отслеживания опорных полярных углов, режим шаговой привязки, ортогональный режим рисования, объектная привязка, вспомогательные построения при вводе координат точек, установка рабочих параметров рисунка.

Графические примитивы и работа с ними: свойства примитивов, геометрические элементы чертежа, необходимые команды редактирования чертежа, геометрические построения с использованием объектных привязок, слои.

Преобразование элементов чертежа: выбор объектов, команды копирования и изменения места положения объектов, команды корректировки размеров объектов, команды конструирования объектов.

Оформление чертежей: выполнение штриховки, нанесение размеров, правила выполнения текста на чертеже, вставка в чертеж повторяющихся фрагментов, стандартизация чертежей, получение твердой копии.

Методика построения чертежа в системе AutoCAD: рекомендации по созданию чертежа в среде AutoCAD, способы выполнения чертежа детали, создание твердотельных моделей.

Методика построения сборочного чертежа в системе AutoCAD.

Тема 15. Проектирование печатных плат в САПР

Описание структуры программы и настройка САПР P-CAD (или другого программного средства). Создание библиотечных элементов. Создание посадочного места со штыревыми контактами. Создание посадочного места с планарными контактами. Создание взаимосвязи между схемными и технологическими библиотечными элементами. Создание и редактирование принципиальной схемы. Текстовое описание электрических связей проекта. Переход к технологическому образцу проекта. Размещение элементов на печатной плате. Автоматическая трассировка печатных плат. Команды графических редакторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективы развития средств медицинской электроники.

Примерный перечень тем практических занятий

1.  Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования.

2.  Инженерные методы оценки тепловых режимов.

3.  Механические воздействия и защита средств медицинской электроники.

4.  Конструкторско-технологический расчет параметров печатного монтажа.

5.  Оценка электромагнитной совместимости средств медицинской электро
ники.

6.  Методы оптимизации проектных решений.

7. Изучение способов моделирования электрических схем средств медицинской электроники. Модели схем в виде списка цепей, неориентированных графов и матрицы цепей.

8. Алгоритмы компоновки конструктивных модулей средств медицинской электроники. Классификация, классы решаемых задач компоновки.

9. Алгоритм последовательной оптимизации при решении задачи компоновки первого и второго класса. Формирование графа связности.

10. Составление матрицы смежности по графу связности. Выбор базовой вершины по ее степени. Понятие функционала. Объединение вершин графа в гипервершину.

11. Размещение ЭРЭ на печатной плате. Модели монтажного пространства.

Примерный перечень лабораторных работ

1. Преобразование функциональной схемы в схему электрическую принципиальную. Компоновка логических элементов по корпусам ЭРЭ. Составление конструкторской документации моделируемой схемы средства медицинской электроники.

2. Характеристика и назначение основных пакетов САПР P-CAD. Конфигурация среды проектирования. Создание схемы электрической принципиальной средства медицинской электроники. Режимы работы. Понятие слоев. Размещение ЭРЭ и их именование.

3. Ввод электрических цепей и их именование. Создание шин.

4. Выделение списка связей. Создание файла перекрестных ссылок. Подготовка конструктива печатной платы.

5. Получение упакованной базы данных печатной платы. Редактор размещения и его команды.

6. Автоматическая трассировка электрических цепей. Подготовка базы данных для трассировки. Стратегии трассировки и их изменение. Получение документации проектируемого средства медицинской электроники.

7. Создание чертежа детали с помощью САПР AutoCAD. Работа со слоями. Рисование и редактирование объектов. Оформление чертежей.

8. Создание сборочного чертежа детали с помощью САПР AutoCAD.

Примерный перечень КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

каждому студенту выдается индивидуальная схема электрическая принципиальная и типовое задание на проектирование следующего содержания (показано в качестве примера, может уточняться и корректироваться).

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

ФАКУЛЬТЕТ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Кафедра радиоэлектронных средств

"УТВЕРЖДАЮ"

Заведующий кафедрой РЭС

______________(________________)

"______" _______________ 200___ года

З А Д А Н И Е

по курсовому проектированию

Фамилия, имя, отчество ___________________________________________

группа ________________ (полностью)

1. Тема проекта: Разработать с применением САПР конструкцию средства медицинской электроники ______________________________

(указать название)

2. Сроки сдачи студентом законченного проекта: ________________

3. Исходные данные к проекту:

3.1. Назначение изделия

3.2. Схема электрическая принципиальная

3.3 Электрические параметры: ___________________________________

__________________________________________________________________

3.4. Условия эксплуатации по ГОСТ ______________, группа_____
Требования к климатическим условиям по ГОСТ _________

3.5. Конструкторские требования:

3.5.1. Габаритные размеры, не более ______________________мм

3.5.2. Коэффициент заполнения по объему, не менее Кз=________

3.5.3. Масса изделия, не более__________кг

3.6. Требования к надежности по ГОСТ 27.003-90

3.7. Годовая программа выпуска__________шт.

3.8. Специальные технические требования ________________________

__________________________________________________________________

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):

Титульный лист. Задание. Аннотация. Содержание.

Введение.

4.1. Техническое задание.

4.2. Анализ исходных данных и основные технические требования к разрабатываемой конструкции.

4.3. Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции.

4.4. Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов и принципа конструирования.

4.5. Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, виброзащиты и экранирования.

4.6. Расчет конструктивных параметров изделия:

4.6.1. Компоновочный расчет блоков.

4.6.2. Расчет теплового режима.

4.6.3. Расчет радиаторов со смонтированными на них мощными ППП.

4.6.4. Расчет конструктивно-технологических параметров печатных плат. Выбор и обоснование методов изготовления печатных плат.

4.6.5. Расчет параметров нестандартных ЭРЭ.

4.6.6. Расчет оптимального типоразмерного ряда базовых несущих конструкций модулей средств медицинской электроники.

4.6.7. Расчет механической прочности и системы виброударной защиты.

4.6.8. Полный расчет надежности.

4.6.9. Расчет электромагнитной совместимости.

4.7. Обоснование выбора средств автоматизированного проектирования.

4.8. Описание технологии проектирования с применением САПР.

Выводы. Литература. Приложения.

* При выполнении расчетов обязательно использовать как минимум одну разработанную лично программу или показать умение использования других программных средств, например Excel, для выполнения расчетов.

5. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей и графиков):

5.1. Схема электрическая принципиальная (1 лист формата А1).

5.2. Схема электрическая структурная (1 лист формата А3).

5.3. Сборочный чертеж изделий (1 лист формата А1).

5.4. Чертежи сборочных единиц (1 лист формата А1).

5.5. Чертежи нестандартных деталей (2 листа формата А1).

* Как минимум 1 – 2 листа графического материала обязательно выполняются с применением САПР.

6. Консультанты по проекту (с указанием разделов): ______________

7. Дата выдачи задания: _______________________________________

8. Календарный график работы над проектом на весь период проектирования (с указанием сроков выполнения и трудоемкости отдельных этапов):

8.1. Пункты , 5.1, 5.2. ___________________

8.2. Пункты 4.5, 4.6, 5.3, 5.5. ___________________

8.3. Пункты , 5.5. ___________________

8.4. Сдача записки на проверку. ___________________

8.5. Защита проекта. ___________________

Руководитель___________________________

(подпись)

Задание принял к исполнению ______________________________

(дата и подпись студента)

Примерный перечень компьютерных программ

1. AutoCAD.

2. Pro/Engineer.

3. Mechanical Desktop Power Pack.

4. OrCAD.

5. P-CAD.

6. ACCEL EDA.

7. 3D Studio MAX.

8. Electronics Workbench.

9. T-FLEX CAD.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Автоматизация и механизация сборки и монтажа узлов на печатных платах/ Под. ред. . - М.: Радио и связь, 198с.

2.  Автоматизация инженерно-графических работ /Г. Красильникова, В. Самсонова, С. Тарелкин. – СПб.: Питер, 2000. – 256 с.

3.  Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов /, , и др.; Под ред. . – М.: Высш. шк., 2000. – 479 с.

4.  Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭС средствами современных САПР: Учеб. пособие для вузов/ , , ; Под ред. . − М.: Высш. шк., 2002. − 391 с.

5.  Алексеев конструирования и автоматизации проектирования РЭУ: Учеб. пособие. – Мн.: БГУИР, 2003. – 197 с.

6.  , , Хмыль платы электронной аппаратуры: Учеб. пособие. – Мн.: БГУИР, 2000. – 85 с.

7.  , OrCAD 7.0…9.0. Проектирование электронной аппаратуры и печатных плат. − СПб.: Наука и техника, 2001. − 464 с.

8.  , Иванов-Есипович и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ниес.

9.  , , Шамгин воздействия и защита РЭА: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Выш. шк., 1989.

10.  Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для студентов специальности «Конструирование и технология радиоэлектронных средств»/ , , и др.; Под ред. . - Мн.: МРТИ, 19с.

11.  Mechanical Desktop Power Pack. Основы работы в системе. − М.: ДМК Пресс, 2001. − 544 с.

12.  Ненашев радиоэлектронных средств: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов – М.: Высш. шк., 1990. – 432 с.

13.  Норенков автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2000. – 360 с.

14.  , Спокойный тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов. радио, 1976.

15.  Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учебник /Под ред. , Ш.М. Чабдарова. - М.:Радио и связь, 19с.

16.  Технология поверхностного монтажа: Учеб. пособие/  , , и др. – Мн.: "Армита ‑ Маркетинг, Менеджмент", 2000. ‑ 350 с.

17.  Эффективная работа: AutoCAD. − СПб.: Питер, 2002. − 1232 с.

18.  , Технология производства радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 19с.

19.  Хейфиц компьютерная графика. AutoCAD. Опыт преподавания и широта взгляда. − М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. − 432 с.

20.  AutoCAD 2002. Лекции и упражнения. − СПб.: , 2001. – 768 с.

Дополнительная

1.  AutoCAD 2000 / , – М.: ДМК, 1999. – 320 с.

2.  Акулич программирование в примерах и задачах: Учеб. пособие для студентов эконом. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1986.– 319 с.

3.  Алексеев резервирование как один из методов повышения надежности //Известия Белорусской инженерной академии. 2000. № 1 (9)/2. С. 152-154.

4.  Алексеев формализации задач принятия проектных решений при автоматизации проектирования РЭУ. В сб. «Проблемы и пути развития высшего технического образования»: Материалы Республ. науч.-метод. конф., Минск, 15 – 16 мая 2001 г.: В 2 ч. Ч.2. – Мн.: БГУИР, 2001. С. 67-69.

5.  Кириллова методы оптимизации. Ч. 5. Нелинейные задачи. – Мн.: Университетское, 1998. – 390 с.

6.  Некоторые задачи конструктивной теории оптимального управления // Math. Control Theory. Banach Center Publ, 1985. V. 14. P. 229 –254.

7.  Кириллова методы оптимизации. Ч. 2. Задачи управления. – Мн.: Университетское, 1984. – 207 с.

8.  ,Ракецкий методы оптимизации. Ч. 4.Выпуклые задачи. – Мн.: Университетское, 1987. – 223 с.

9.  , Тятюшкин методы оптимизации. Ч. 1: Линейные задачи. – Мн.: Изд-во БГУ им. , 1983. – 214 с.

10.  Джонс Дж. К. Методы проектирования: Пер. с англ. 2-е изд., доп. – М.: Мир, 1986. – 326 с.

11.  , , Матюшков проектирование прецизионных координатных систем и механизмов оборудования производства электронной техники. – Мн.: НПО «ИНТЕГРАЛ», 1999. – 242 с.

12.  Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микросборок и аппаратуры на их основе: Учеб. пособие для вузов / и др.; Под ред. . - М.: Радио и связь, 1981.

13.  Куземин и микроминиатюризация электронно-вычислительной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1985. ‑ 230 с.

14.  , Сватикова вибропрочности конструкции РЭА. - М.: МИРЭА, 1983.

15.  , Несвижский В. Б., Фефер и посадки деталей радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Под ред. . - М.: Радио и связь, 19с.

16.  Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочник/ , , . - М.: Радио и связь, 1989.

17.  , , Юдовин конструктора-приборостроителя. - Мн.: Выш. шк., 19с.

18.  Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность/ , , и др; Под ред. . - М.: Радио и связь, 19с.

19.  Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/ Под ред. . - М.: Сов. радио, 1980.

20.  , Голованов курс пользователя Pro/Engineer 2000i/ Под общ. ред. . − М.: КомпьютерПресс, 2001. − 271 с.

21.  Трехмерное моделирование в AutoCAD 14. AutoLISP / , , – М.: ДМК, 1999. – 352 с.

Дополнительные учебно–методические разработки по лабораторным, практическим занятиям и дополнительным модулям в данной программе не приведены и указываются при составлении рабочих программ.