Nhan đề : Đánh giá khả năng ứng dụng đèn đọc phim X quang đã được thiết kế tại bệnh viện thể thao Việt Nam Tác giả : Nguyễn Thị Ngọc Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Dũng Từ khoá : Phim X quang; Bệnh viện thể thao Việt Nam; Đèn đọc phim X quang Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan đèn đọc phim; cơ sở lý thuyết; thiết kế đèn đọc phim; kết quả thực nghiệm.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐÈN ĐỌC PHIM X QUANG ĐÃ ĐƯỢC THIẾT KẾ TẠI BỆNH VIỆN THỂ THAO VIỆT NAM
NGUYỄN THỊ NGỌC
nguyenngocvtyt@gmail.com
Ngành Kỹ thuật y sinh Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Dũng
Viện: Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hà Nội, 07/2020
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Dũng
Viện: Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Hà Nội, 07/2020
Trang 3CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Nguyễn Thị Ngọc
Đề tài luận văn: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐÈN ĐỌC PHIM X QUANG ĐÃ ĐƯỢC THIẾT KẾ TẠI BỆNH VIỆN THỂ THAO VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh
Mã số SV: CB180186
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 22/07/2020 với các nội dung sau:
Đã chỉnh sửa hình vẽ cho rõ ràng
…….……… ……….
……… ………
…… ……… ………
…….….………
……… ……….………
Ngày 24 tháng 7 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp có không ít khó khăn về kiến thức, kinh phí thực hiện, nhưng cũng đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ giáo viên và các anh chị Qua đây em xin cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Xuân Dũng
và TS Nguyễn Phan Kiên đã tạo điều kiện chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian vừa qua để giúp em có được những định hướng đúng để thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình Em xin cảm ơn các anh chị, bạn bè đã và đang công tác, thực tập tại công ty Công nghệ Ứng dụng Bách Khoa, Bệnh viện Thể Thao Việt Nam đã giúp đỡ, hỗ trợ kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn
Em chân thành cảm ơn sự dạy dỗ ân cần của các thầy, cô giáo công tác tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo của Viện Điện
Tử Viễn Thông nói riêng đã trang bị cho em những kiến thức tốt nhất qua những năm học tập để em có thể hoàn thành tốt luận văn cũng là môn học cuối cùng của khóa học tại trường
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Hiện nay có rát nhiều loại đèn đọc phim trên thị trường với các quảng cáo chất lượng khác nhau nhưng không có thiết bị nào để kiểm tra lại tính chính xác
về thông số kỹ thuật Vì thế trong đồ án này em đã nghiên cứu và thiết kế một chiếc đèn đọc phim có chất lượng tốt và chi phí sản xuất thấp
Đồng thời, trong luận văn sẽ tập trung vào việc nghiên cứu chính sách đối với các sản phẩm sản xuất trong nước khi áp dụng vào trong thị trường hoặc đưa
ra bán với đầy đủ các yêu cầu của Bộ y tế Kết quả nghiên cứu cho thấy, sản phẩm thiết kế tốt, chất lượng tốt, giá thành tốt nhưng thực sự rất khó khăn cho các doanh nghiệp khi đưa sản phẩm vào thị trường nếu đảm bảo đủ các thủ tục công bố mà Bộ y tế hiện đang yêu cầu Đây là điểm quan trọng của chính sách đã
ảnh hưởng tới việc hỗ trợ phát triển các ngành sản xuất TTBYT trong nước
HỌC VIÊN
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 3
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
PHẦN MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐÈN ĐỌC PHIM 10
1.1 KHÁI NIỆM ĐÈN ĐỌC PHIM 10
1.2 PHÂN LOẠI ĐÈN ĐỌC PHIM 10
1.2.1 CẤU TẠO ĐÈN ĐỌC PHIM SỬ DỤNG BÓNG ĐIỆN HUỲNH QUANG 11
1.2.2 CẤU TẠO ĐÈN ĐỌC PHIM SỬ DỤNG BÓNG TUÝP LED 12
1.2.3 CẤU TẠO ĐÈN ĐỌC PHIM SỬ DỤNG LED THANH 13
1.3 SO SÁNH CÁC LOẠI ĐÈN ĐỌC PHIM 13
1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 14
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15
2.1 LÝ THUYẾT VỀ CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG 15
2.1.1 ĐỊNH NGHĨA ÁNH SÁNG 15
2.1.2 CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG LIÊN QUAN 16
2.2 NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG CHO LED 20
2.2.1 ĐỊNH NGHĨA DIMMER ĐÈN 20
2.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DIMMER LED 21
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐÈN ĐỌC PHIM 26
3.1 CÁC TIÊU CHÍ THIẾT KẾ ĐÈN ĐỌC PHIM 26
3.1.1 CÁC YÊU KĨ THUẬT CỦA ĐÈN 26
3.1.2 CÁC YÊU CẦU KHÁC CỦA ĐÈN 26
3.2 THIẾT KẾ ĐÈN ĐỌC PHIM 26
3.2.1 CHI TIẾT KHỐI NGUỒN CỦA ĐÈN ĐỌC PHIM 27
3.2.2 CHI TIẾT KHỐI DIMMER 28
Trang 63.2.3 CHI TIẾT VỀ LED THANH 38
3.2.4 CHI TIẾT KHỐI HIỂN THỊ (MICA) 40
3.2.5 CÔNG CỤ KIỂM TRA ĐỘ SÁNG TRÊN BỀ MẶT MICA 41
3.3 THIẾT KẾ CHI TIẾT PHÂN BỐ LED THANH TRONG HỘP ĐÈN 48
3.3.1 THIẾT KẾ HỘP ĐÈN BẰNG PHẦN MỀM NX 10 48
3.3.2 TÍNH TOÁN GÓC MỞ CỦA LED THANH VÀ SỐ LƯỢNG LED THANH CẦN DÙNG 49
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 53
4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 53
4.2 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 57
4.2.1 NHỮNG ƯU ĐIỂM 57
4.2.2 NHỮNG NHƯỢC ĐIỂM 57
4.3 KÊ KHAI CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG 58
4.4 ĐÁNH GIÁ CỦA BỆNH VIÊN VỀ ĐÈN ĐỌC PHIM 59
CHƯƠNG 5 CÁC THỦ TỤC CẦN THIẾT ĐỂ ĐƯA ĐÈN ĐỌC PHIM VÀO TRONG TRIỂN KHAI THƯƠNG MẠI THỰC TẾ 62
5.1 CHUẨN BỊ HỘ HỒ SƠ CÔNG BỐ CƠ SỞ SẢN XUẤT ĐỦ ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT TRANG THIẾT BỊ Y TẾ: 62
5.2 NỘP HỒ SƠ CHỜ XÉT DUYỆT: 63
5.3 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ 64
5.4 CHỜ CẤP SỐ LƯU HÀNH CHO SẢN PHẨM 69
KẾT LUẬN 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
Trang 7DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Đèn đọc phim 10
Hình 1.2 Cấu tạo đèn đọc phim sử dụng bóng điện huỳnh quang 11
Hình 1.3 Cấu tạo của tuýp Led 12
Hình 1.4 Cấu tạo của đèn đọc phim sử dụng Led thanh 13
Hình 2.1 Góc chùm ánh sáng 15
Hình 2.2 Cường độ ánh sáng và các đại lượng liên quan 16
Hình 2.3 Công tắc Dimmer 20
Hình 2.4 Một ví dụ về xung PWM 21
Hình 2.5 Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM 22
Hình 2.6 Giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng xung PWM 23
Hình 2.7 Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh 24
Hình 2.8 Tạo PWM trong chip 8051 24
Hình 3.1 Sơ đồ khối của đèn đọc phim 27
Hình 3.2 Khối nguồn của đèn đọc phim 28
Hình 3.3 IC NE555 29
Hình 3.4 Sơ đồ chân của IC555 30
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của IC NE555 31
Hình 3.6 Đường cong nạp xả tụ điện 32
Hình 3.7 Quá trình nạp RC cơ bản 32
Hình 3.8 Cấu tạo bên trong IC NE555 33
Hình 3.9 Nguyên lý hoạt động của IC NE555 34
Hình 3.10 Tần số điều chế độ rọng xung 36
Hình 3.11 Mạch nguyên lý Dimmer 37
Hình 3.12 Mạch in PCB của Dimmer 38
Hình 3.13 Module Dimmer – Main -V7 38
Hình 3.14 Cấu tạo PCB nhôm 39
Hình 3.15 Led thanh 5054 40
Hình 3.16 Tấm mica trắng sữa 41
Trang 8Hình 3.17 Module BH1750 42
Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý của Module BH1750 42
Hình 3.19 Kết nói I2C cùng các thiết bị 43
Hình 3.20 Kết nối các thiết bị đến bus I2C 43
Hình 3.21 Kết nối điện trở khi kéo SCL và SDA 44
Hình 3.22 Đường truyền nhận dữ liệu của Master - Slave 44
Hình 3.23 Điều kiện START - STOP 45
Hình 3.24 Quá trình truyền dữ liệu 46
Hình 3.25 Trình từ truyền bit của 1 byte 46
Hình 3.26 Địa chỉ trong I2C 46
Hình 3.27 Kết nối giữa 2 module BH1750 và Arduino uno 47
Hình 3.28 Kết nối 2 module 47
Hình 3.29 Mạch đo độ sáng bằng sensor BH1750 48
Hình 3.30 Vỏ hộp mô phỏng trên phần mềm NX.10 48
Hình 3.31 Mô hình đèn dùng để đo và tính toán 49
Hình 3.32 Mô phỏng lại cách đo góc mở của Led thanh 50
Hình 3.33 Đo đạc đèn mô phỏng 52
Hình 4.1 Sản phẩm đèn đọc phim một cửa với độ dày 3cm 53
Hình 4.2 Cấu tạo bên trong đèn đọc phim 54
Hình 4.3 Đèn đọc phim của 1 hãng vẫn còn xuất hiện vệt đen 56
Hình 4.4 Văn bản đánh giá đèn đọc phim tại khoa KB-HSCC 59
Hình 4.5 Văn bản đánh giá đèn đọc phim tại khoa CDHA 60
Hình 4.6 Văn bản đánh giá đèn đọc phim tại khoa NCT-TH&CH 61
Trang 9DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 So sánh các loại đèn đọc phim 14
Bảng 2.1 Bảng quang thông của một số nguồn sáng 17
Bảng 2.2 Bảng độ chói của một số nguồn sáng 18
Bảng 2.3 Bảng độ rọi của một số nguồn sáng 19
Bảng 2.4 Bảng nhiệt độ màu của một số nguồn sáng 20
Bảng 3.1 Bảng thông số của Led thanh 5054 40
Bảng 3.2 Bảng kết quả đo độ sáng trên bề mặt đèn mô phỏng đơn vị LUX 52
Bảng 4.1 Bảng kết quả đo độ sáng trên bề mặt đèn ở công suất tối đa 55
Bảng 4.2 Bảng kết quả đo độ sáng trên bề mặt đèn ở ½ công suất 55
Bảng 4.3 Bảng kết quả đo độ sáng trên bề mặt đèn của 1 hãng 57
Bảng 4.4 Bảng kê khai các linh kiện sử dụng 58
Bảng 4.5 Bảng giá thành các linh kiện sử dụng 58
Trang 10PHẦN MỞ ĐẦU
Trong đồ án này em sẽ thực hiện thiết kế một đèn đọc phim một cửa hoàn chỉnh Để làm đèn đọc phim hiện nay thì có các cách khác nhau để thực hiện, thực hiện làm đèn đọc bằng các nguồn phát sáng khác nhau như là tuýp led, bóng huỳnh quang, Led thanh Dựa vào màn hình của đèn thì người ta có thể sử dụng màn mica trắng sữa bình thường, màn mica dẫn sáng Trong đồ án này em sẽ sử dụng Led thanh làm nguồn phát sáng và mica trắng sữa để làm màn hình đèn Thiết kế đèn sẽ có độ sáng đồng đều trên bề mặt, có thể điều chỉnh độ sáng của đèn dọc phim, ngoài ra thiết kế vỏ hộp của đèn có độ dày bé khoảng tầm 3cm và giá thành hợp lý hơn các đèn nhập ngoại hiện nay
Đồ án được chia thành 5 chương chính, mỗi chương nói lên một vấn đề cụ thể của đề tài
Chương 1: Giới thiệu đèn đọc phim Chương này nói lên tổng quan về đèn đọc phim hiện nay và giới thiệu chi tiết các loại đèn đọc phim
Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này đưa ra các vấn đề lý thuyết mà dựa vào đấy em sử dụng để hoàn thiện đèn đọc phim
Chương 3: Thiết kế đèn đọc phim Chương này đi sâu vào chi tiết thiết kế
và quá trình hoàn thiện các bộ phận của đèn đọc phim
Chương 4: Kết quả thực hiện Chương này đưa ra kết quả đã làm được và hạn chế của quá trình thực hiện đồ án, kết quả đo đạc và sản phẩm thực tế Các hướng phát triển trong tương lai
Chương 5: Các thủ tục cần thiết để đưa đèn đọc phim vào trong triển khai thương mại thực tế
Trang 11CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐÈN ĐỌC PHIM
1.1 Khái niệm đèn đọc phim
Đèn đọc phim là một thiết bị y tế, loại đèn dùng để hỗ trợ quan sát các tấm film X-quang, CT, MRI giúp thực hiện việc chẩn đoán hình ảnh một cách chính xác hơn Đèn đọc phim có kích thước đa dạng nhưng có một hình mẫu dựa trên hình hộp chữ nhật
Hình 1.1 Đèn đọc phim
1.2 Phân loại đèn đọc phim
Đèn đọc phim trên thị trường hiện nay rất đa dạng, Trong phần này ta phân loại đèn đọc phim dựa theo loại bóng chiếu sáng của mỗi đèn Như thế chúng ta chia đèn đọc phim thành 3 loại chính:
• Đèn đọc phim sử dụng bóng điện huỳnh quang (bóng tuýp)
• Đèn đọc phim sử dụng bóng tuýp led
• Đèn đọc phim sử dụng led thanh
Đèn đọc phim với mục đích là để hỗ trợ quan sát các tấm phim nên phần quan trọng không thể thiếu đó là bộ phát sáng, bộ này tùy vào mỗi loại đèn mà sử dụng các loại bóng khác nhau Để các bộ phát sáng này hoạt động được thì ta cần
Trang 12phải có bộ nguồn điện cấp vào gồm các bộ nguồn 220v, 12v, 24v,… có công suất phù họp với các loại bóng Tấm mica hứng ánh sáng từ bộ phát sáng Ngoài ra mỗi loại đèn còn có một số cấu tạo khác nhau được nêu qua các phần dưới đây
1.2.1 Cấu tạo đèn đọc phim sử dụng bóng điện huỳnh quang
Đèn đọc phim sử dụng bóng điện huỳnh quang là loại đèn được sử dụng phổ biến trước đây trong các bệnh viện, đèn này sử dụng các bóng huỳnh quang mắc bên trong để phát sáng Cấu tạo chi tiết của đèn như hình 1.2 dưới đây:
a, Hình ảnh tổng quan của đèn
b, Cấu tạo chi tiết bên trong đèn
Hình 1.2 Cấu tạo đèn đọc phim sử dụng bóng điện huỳnh quang
Trang 13Dựa vào hình 1.2 ta có thể thấy phần nguồn của đèn này là nguồn điện 220V trực tiếp từ điện lưới, các cầu chì giúp bảo vệ ballast và bóng đèn khi điện áp có sự thay đổi đột ngột, tắc te để khởi động đèn, thành phần chính là 2 bóng huỳnh quang trở lên, công tắc để bật tắt đèn khi sử dụng Ta có thể thấy đèn đọc phim
sử dụng bóng huỳnh quang này có cấu tạo rất đơn giản
1.2.2 Cấu tạo đèn đọc phim sử dụng bóng tuýp led
Cấu tạo của đèn đọc phim sử dụng bóng tuýp led giống với đèn đọc phim
sử dụng bóng đèn huỳnh quang nhưng bộ phát sáng ở đây sử dụng bóng đèn tuýp led thay thế cho bóng đèn huỳnh quang
Hình 1.3 Cấu tạo của tuýp Led
Bóng đèn tuýp led được cấu tạo từ các thành phần tích hợp lắp đặt trên cùng 1 bóng đèn có hình dạng giống với một bóng đèn huỳnh quang nhưng cấu tạo thì khác Các thành phần của bóng đèn tuýp led:
• Bộ nguồn chuyển đổi: giúp chuyển đổi từ nguồn 220V sang nguồn điện 1 chiều 12V, 24V… phù hợp với dạng chip led được sử dụng trong bóng
• Chip led: là bộ phận phát sáng của đèn
• Tản nhiệt: vì sử dụng các chip led có công suất cao nên lượng nhiệt tỏa ra cũng rất lớn, vì thế người ta thường sử dụng thêm đế tản nhiệt nhôm giúp tăng tuổi thọ của bóng
• Đuôi gắn bóng đèn: giống với bóng huỳnh quang, có công dụng để gắn vào máng đèn
Trang 14• Chụp đèn: giúp bóng phát ra ánh sáng đều và bảo vệ các chip led bên trong
1.2.3 Cấu tạo đèn đọc phim sử dụng led thanh
Cấu tạo của đèn có phức tạp hơn các loại đèn đọc phim khác do phải cần tới bộ driver để sử đụng để điều khiển led Đèn sử dụng các thanh led công suất lớn để làm nguồn sáng, do đó độ dày của đèn được cải thiện hơn so với các loại đèn đọc phim sử dụng bóng huỳnh quang và bóng tuýp led Đèn đọc phim sử dụng led thanh còn dễ dàng điều chỉnh cường độ sáng thông qua một bộ dimmer giúp các bác sĩ quan sát tốt hơn các hình ảnh ở một cường độ sáng tốt nhất
Hình 1.4 Cấu tạo của đèn đọc phim sử dụng Led thanh
Hình 1.4 là cấu tạo cơ bản của một đèn đọc phim sử dụng led thanh có sử dụng dimmer để điều chỉnh cường độ ánh sáng của đèn
1.3 So sánh các loại đèn đọc phim
Đèn đọc phim sử dụng bóng huỳnh
quang và tuýp led
Đèn đọc phim sử dụng led thanh
Trang 15• Giá thành rẻ
• Cấu tạo đơn giản
• Cần ballast đối với đèn ống
• Giá thành cao hơn
• Cấu tạo phức tạp hơn
• Cần bộ driver điều khiển cho các led thanh
và cồng kềnh Trong đồ án này em sẽ thiết kế và chế tạo một đèn đọc phim có độ sáng trên bề mặt đồng đều hơn, có thể điều chỉnh cường độ sáng phù hợp với từng phim và theo ý kiến của mỗi bác sĩ và về kích thước và giá thành cũng sẽ cố gắng tối ưu hơn
Trang 16CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
đi tới mắt người, do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn, do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học
Góc chùm ánh sáng (beam angle) là thuật ngữ chỉ góc của ánh sáng từ nguồn chiếu sáng tới vùng đích Góc chùm ánh sáng đề cập đến bất kỳ ánh sáng nào nằm trong phạm vi 50% cường độ cực đại của nguồn sáng Ánh sáng bên ngoài góc này được gọi là ánh sáng tràn, kéo dài cho đến khi ánh sáng đã giảm đến 10% cường độ tối đa
Hình 2.1 Góc chùm ánh sáng
Trang 172.1.2 Cường độ ánh sáng và các đại lượng liên quan
Hình 2.2 Cường độ ánh sáng và các đại lượng liên quan
❖ Cường độ sáng: cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng trong
việc đo thông số nguồn sáng, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ thống đo lường quốc tế SI (System International), 7 đơn vị đo lường cơ bản: m (mét), kg (kilogam), s (giây), A (Ampe), K (kelvin), mol, cd (candela)
Cường độ sáng là năng lượng phát ra 1 nguồn ánh sáng trong 1 hướng cụ thể và được tính như sau: 1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen đẳng hướng trong một góc đặc Một nguồn sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên một diện tích 1m2 tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng Có thể thấy cường độ nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng 1cd = 1lm/ 1steradian Một ngọn nến thông thường phát ra ánh sáng với cường
độ sáng khoảng một candela Nếu phát thải trong một số hướng bị chặn lại bởi một rào mờ, nguồn sáng này vẫn có cường độ khoảng một candela trong các hướng mà không bị che khuất Candela có nghĩa là “ngọn nến” Từ tháng 10-
1979 CIE đưa ra định nghĩa mới của candela: Candela là cường độ sáng theo một phương của nguồn sáng đơn sắc có tần số 540.1012 Hz (bước sóng λ=555nm) và
có cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 W/Sr
Trang 18Ký hiệu : I (Viết tắt của tiếng Anh là Intensity : cường độ)
Bảng 2.1 Bảng quang thông của một số nguồn sáng
❖ Độ chói : Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu sáng,
ta
có cảm giác bị chói mắt Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra định nghĩa độ chói Các nguyên tố diện tích của các vật được chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng nhận được một cách khác nhau và tác động như một nguồn sáng thứ cấp phát các cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng
Để đặc trưng cho các quan hệ của nguồn sáng (nguồn sơ cấp và nguồn thứ cấp) đối với mắt cần phải bổ sung vào cường độ sáng cách xuất hiện ánh sáng
Quan hệ này có thể được minh họa bằng nhận xét sau đây: ví dụ một đèn sợi đốt 40 W thực tế phát ra cùng một quang thông, nghĩa là cùng một cường độ theo mọi hướng dù bóng đèn bằng thủy tinh trong hay thủy tinh mờ Tuy nhiên
Trang 19đối với mắt ta cảm thấy chói hơn khi bóng đèn bằng thủy tinh trong so với bóng thuỷ tinh mờ
Người ta định nghĩa độ chói L theo một phương cho trước, của một diện tích mặt phát sáng dS là tỷ số của cường độ sáng dI phát bởi dS theo phương này
và diện tích biểu kiến của dS
Ta nhận thấy độ chói của một bề mặt bức xạ phụ thuộc vào hướng quan sát mà không phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến điểm quan sát
Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác Độ chói mới phản ánh chất lượng chiếu sáng, còn độ rọi chỉ phản ánh số lượng chiếu sáng mà thôi
Giấy trắng khi độ rọi 400 lux 80
Bảng 2.2 Bảng độ chói của một số nguồn sáng
❖ Độ rọi: Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, là mật
độ
quang thông trên bề mặt có diện tích S Có nghĩa là mật độ quang thông của một nguồn sáng 1 lumen trên diện tích 1m2 Khi mặt được chiếu sáng không đều độ rọi được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm
Ký hiệu: E
Trang 20Đơn vị: Lux hay Lx
Địa điểm được chiếu sáng Độ rọi (lux) Ngoài trời giữa trưa nắng 100.000 Ngoài trời giữa trưa đầy mây 10.000 Trăng tròn tiêu chuẩn 0,25
Đường phố về ban đêm 20-50
Bảng 2.3 Bảng độ rọi của một số nguồn sáng
❖ Nhiệt độ màu (K):Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo
thang
Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của ánh sáng do nó phát ra Tưởng tượng một thanh sắt khi nguội có màu đen, khi nung đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên
“nóng trắng” Tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của thanh thép theo độ Kelvin (0oC ứng với 273,15K) và gán giá trị đó với màu được tạo ra
Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó Đối với đèn huỳnh quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn không dùng sợi đốt) thì nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật đen tuyệt đối bị nung nóng Khi nói đến nhiệt độ màu của đèn là người ta có ngay cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát” Nói chung, nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại
Bầu trời xanh 10.000-30.000
Đèn huỳnh quang ánh sáng ngày 6200
Đèn huỳnh quang ánh sáng ấm 3000
Trang 21Đèn sợi đốt 2500
Bảng 2.4 Bảng nhiệt độ màu của một số nguồn sáng
❖ Công suất bóng đèn: lượng điện năng tiêu thụ của đèn
Ví dụ: Bóng đèn huỳnh quang T8 1,2m có công suất 36W, tổn hao 10% nên tổng công suất là 40W Như vậy trong 24h lượng điện năng tiêu thụ là: 960W ~ 1kW (người ta hay gọi là 1 ký điện)
Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng không phải biến đổi hoàn toàn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau như hóa năng, bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần của bức
xạ điện từ do nguồn phát ra
Hình 2.3 Công tắc Dimmer
Trang 22Đèn Led nên được sử dụng kèm với dimmer, bởi vì dimmer khi được gắn với đèn Led có rất nhiều công dụng Đối với đèn đọc phim để đọc chính xác các hình ảnh từ phim thì các bác sĩ phải đọc ở độ sáng tốt nhất với từng vùng phim vì thế cần phỉa thay đổi cường độ sáng trên bề mặt đèn Do đó dimmer cũng là bộ phận thiết yếu của đèn đọc phim
Đồng thời khi sử dụng dimmer cũng giúp đèn led hoạt động tốt, giúp bảo
vệ tới tuổi thọ cũng như chất lượng ánh sáng là điều vô cùng quan trọng khi sử dụng các chip Led Dimmer được sử dụng để đảm bảo điện áp đúng yêu cầu của đèn Led, đồng thời giúp ổn định được nguồn điện và tuổi thọ của bóng đèn Led Dimmer đèn Led có thể lắp đặt cho một hoặc nhiều đèn Led tạo nên những hệ thồng khác nhau
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của dimmer Led
Để điều người ta thường sử dụng phương pháp PWM (Pulse Width Modulation)
Hình 2.4 Một ví dụ về xung PWM
Theo hình trên ta thấy Vcc là điện áp tại đầu vào của dimmer DC, V là điện áp đầu ra, Dựa vào 2 biểu đồ trên ta có thể thấy điện áp trung bình thay đổi như thế nào Khi chiều rộng xung được tăng lên và chiều dài tạm dừng được rút ngắn (tăng chu kỳ nhiệm vụ), điện áp đầu ra tăng lên
Trang 23PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hoặc sườn âm
Nguyên lý của PWM: đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn có tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong các mạch là các van bán dẫn
Hình 2.5 Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM
Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn Dùng van đóng cắt bằng Mosfet ( Mosfet là Transistor hiệu ứng trường – Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
Trang 24Hình 2.6 Giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng
xung PWM
Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM
Nguyên lý: trong khoảng thời gian từ 0 ÷ t0 ta cho van G mở toàn bộ điện
áp nguồn Ud được đưa ra tải Còn trong khoảng thời gian t0 ÷ T cho van G khóa, cắt nguoonfcung cấp cho tải Vì vậy với t0 thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hoặc khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải
Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải:
Gọi t1 là thời gian cung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian của cả sườn
âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải
Ud = Umax.(t1/T) (V) Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM
Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có: Điện áp trung bình trên tải sẽ là:
˗ Tín hiệu răng cưa: xác định tần số PWM
˗ Tín hiệu xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC)
Trang 25Hình 2.7 Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh
Tạo xung vuông bằng phần mềm: đây là cách tối ưu để tạo được các xung vuông Việc tạo bằng phần mềm cho độ chính xác cao về tần số và PWM Xung này được tạo dựa trên xung của CPU
Hình 2.8 Tạo PWM trong chip 8051
Kết luận: Phương pháp này dựa vào sự lưu ảnh trong võng mạc mắt người, loài động vật hay thực vật không hẳn có tác dụng Khi chúng ta nhìn những tia sáng nhấp nháy có tần số quá nhanh (>40Hz) thì ta sẽ không nhận thấy được sự chớp tắt mà thay vào đó chúng ta sẽ nhận thấy công suất ánh sáng trung bình của sự chớp tắt, dựa vào đặc điểm này mà ta có thể tạo sự cảm nhận sự sáng tối của
Trang 26bóng đèn bằng cách thay đổi độ rộng xung điện chuyển hóa thành xung ánh sáng,
và người cảm nhận sự thay đổi ánh sáng
Trang 27CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐÈN ĐỌC PHIM
3.1 Các tiêu chí thiết kế đèn đọc phim
3.1.1 Các yêu kĩ thuật của đèn
Để có thể làm nên một chiếc đèn đọc phim có tính chất sử dụng được thì
ta phải dựa trên những đặc điểm kĩ thuật của tất cả những loại đèn thông dụng được sử dụng trong các bệnh viện hiện nay Do đó em sẽ thiết kế một chiếc đèn
có những đặc điểm kĩ thuật như sau:
• Kích thước tổng thể của đèn (dài x rộng x cao) : 46 x 36 x 3 (cm)
• Độ sáng của đèn có thể thay đổi được trong khoảng 0 ÷ 6800 Lux
• Đèn sử dụng nguồn phát ra ánh sáng trắng
• Nguồn vào sử dụng nguồn điện lưới: 220V – 50Hz
• Công suất tiêu thụ của đèn : 60W
• Sử dụng Led thanh để làm nguồn phát sáng
• Nguồn cấp cho Led thanh phải ổn định
3.1.2 Các yêu cầu khác của đèn
Ngoài các yêu cầu chức năng thì các yêu cầu phi chức năng cũng không kém phần quan trọng:
• Ánh sáng trên toàn bộ bề mặt đèn đọc phim phải đồng đều
• Về ngoại hình thì đèn phải mỏng, đẹp, dễ nhìn phù hợp với tính chất sử dụng trong y tế
• Có thể dễ dàng thay thế, sửa chữa và lắp ráp
• Bác sĩ có thể sử dụng một cách dễ dàng
3.2 Thiết kế đèn đọc phim
Để thuận tiện cho việc thiết kế đèn đọc phim, em đã mô tả lại chiếc đèn cần làm thông qua việc dựng nên một sơ đồ khối và từ mỗi khối em có thể thực hiện chi tiết công việc để có thể dễ hoàn thành hơn Dưới đây là sơ đồ khối của đèn đọc phim
Trang 28Hình 3.1 Sơ đồ khối của đèn đọc phim
Sau đây ta sẽ sẽ đi vào chi tiết từng khối của đèn đọc phim và đi vào thiết
kế của mỗi khối
3.2.1 Chi tiết khối nguồn của đèn đọc phim
Như đã nêu trong phần yêu cầu chức năng thì phần nguồn đầu vào của đèn đọc phim là điện lưới 220V – 50Hz, tuy nhiên để cấp nguồn cho Led thanh chúng
ta phải sử dụng nguồn có hiệu điện thế đầu ra là 12V thì Led thanh mới hoạt động được Vì vậy ở đây em sử dụng một bộ nguồn chuyển đổi 220V – 12V để cấp cho toàn bộ Led thanh trong đèn
Trang 29Hình 3.2 Khối nguồn của đèn đọc phim
Nguồn em sử dụng để chuyển đổi từ 220V – 12V là bộ nguồn 12V- 100W
để nó có thể cấp đủ công suất cho các thanh Led hoạt động một cách ổn định và hoạt động ở công suất tối đa
3.2.2 Chi tiết khối Dimmer
Khối điều khiển ở đây hay còn gọi là khối Dimmer là dimmer điều khiển bởi xung Là một nguồn điện khép kín để kiểm soát điện áp và dòng điện cung cấp cho toàn bộ Led thanh có trong đèn
Trang 303.2.2.1 Giới thiệu IC NE555
Hình 3.3 IC NE555
IC NE555 là một mạch tích hợp của hãng CMOS sản xuất, là một linh kiện khá phổ biến để tạo được xung PWM và có thể thay đổi tần số tùy thích NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung Vì vậy, NE555 được sử dụng trong một loạt các bộ đếm thời gian, dao động và các ứng dụng, được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác NE555 có thể được sử dụng để cung cấp cho sự chậm trễ thời gian, như một dao động, và như là một bộ flip-flop
Thông số kỹ thuật của IC NE555:
• Điện áp đầu vào: 4.5-16V
• Dòng điện cung cấp : 10mA - 15mA
• Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
• Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
• Công suất lớn nhất là : 600mW
• Nhiệt độ hoạt động: 0 – 70oC
IC NE555 có chức năng chính là điều chế xung, trong đó bao gồm:
• Là thiết bị tạo xung chính xác
• Máy phát xung
• Điều chế được độ rộng xung (PWM)
• Điều chế vị trí xung (PPM) (hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
Trang 31Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của IC NE555
Hình 3.4 Sơ đồ chân của IC555
IC NE555 là một IC có 8 chân, có 2 hình dạng là hình tròn và hình vuông, tuy nhiên IC hình vuông được sử dụng thông dụng hơn Chức năng của từng chân của IC NE555 là:
• Chân số 1 (GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung
• Chân số 2 (TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần số áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc
• Chân số 3 (OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%)
và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này
ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)
• Chân số 4 (RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số
4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6 Nhưng
Trang 32mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC
• Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu
và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định
• Chân số 6 (THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt
• Chân số 7 (DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện
tử và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức
áp thấp thì khóa này đóng lại và ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động
• Chân số 8 (Vcc): Đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Không có chân này IC không hoạt động Nó được cấp điện
áp từ 4.5V đến 16V
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của IC NE555
Trang 33Cấu trúc của NE555 nó tương đương với hơn 20 transitor, 15 điện trở và 2 diode và còn phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tương đương trên có : đầu vào kích thích , khối so sánh, khối điều khiển chức năng hay công suất đầu ra.Một số đặc tính nữa của NE555 là : Điện áp cung cấp nằm giữa trong khoảng
từ 4.5V đến 16V, dòng cung cấp từ 10mA đến 15mA
Dòng điện ngưỡng xác định bằng giá trị lớn nhất của R Để điện áp 15V thì điện trở của R phải là 20MΩ Tất cả các IC thời gian đều cần 1 tụ điện ngoài
để tạo ra 1 thời gian đóng cắt của xung đầu ra Nó là một chu kì hữu hạn để cho
tụ điện (C) nạp điện hay phóng điện nhờ điện trở R Thời gian này được xác định thông qua điện trở R và tụ điện C
Hình 3.6 Đường cong nạp xả tụ điện
Hình 3.7 Quá trình nạp RC cơ bản
Trang 34Mạch nạp RC cơ bản như trên hình 3.7 Giả sử tụ ban đầu phóng điện Khi mà đóng công tắc thì tụ điện bắt đầu nạp thông qua điện trở Điện áp qua tụ điện từ giá trị 0 lên đến giá trị định mức vào tụ Đường cong nạp được thể hiện qua hình 3.6.Thời gian đó nó để cho tụ điện nạp đến 63.2% điện áp cung cấp và hiểu thời gian này là 1 hằng số Giá trị thời gian đó có thể tính bằng công thức đơn giản sau:
t = R.C
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của IC
Hình 3.8 Cấu tạo bên trong IC NE555
Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM,
3 con điện trở, 1 transitor, 1 Flip Flop ( ở đây là FF RS) 2 OP-amp có tác dụng
so sánh điện áp, Transistor để xả điện, bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset
Trang 35Hình 3.9 Nguyên lý hoạt động của IC NE555
Nguyên tắc hoạt động của IC NE555: Theo như trên hình 3.9 H là ở mức cao và nó gần bằng Vcc, L là mức thấp và bằng 0V Sử dụng Flip Flop – RS
Trang 36• 𝑄 = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V
• Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C
• Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới 2Vcc/3