Основные биотехнические принципы биотелеметрической системы персонального мониторинга электрокардиосигнала

Рисунок 3-Мощность, рассеиваемая на элементах УБП

Расчёт надёжности заключается  в определении нормы надёжности на разрабатываемое устройство или  оценке возможности выполнения показателей  надёжности, определенных исходными  данными.

1.Используем схему  надёжности, состоящую из последовательно соединенных невосстанавливаемых элементов, и математическую модель надёжности, имеющую экспоненциальное  распределение, формула (16).           

Pi(t)=exp(- )     (16)

2.Определем интенсивности отказов элементов с учётом условий эксплуатации изделия, по формуле 17.

            ,   (17)

где - номинальная интенсивность отказов, см. литературу [15].

- поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов;

- поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры;

- поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха;

- поправочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента и коэффициента нагрузки .

Поскольку условия эксплуатации “Кардио”-лабораторные, то k -k =1.

Коэффициент нагрузки Кн.тр. для транзисторов определяем, по формуле (18):

Кн.тр.= ,             (18)

 где Рк – мощность, рассеиваемая на коллекторе

Коэффициент нагрузки Кн.д. для полупроводниковых диодов определяем, по формуле (19):

Кн.д.= ,                     (19)

 где Uo - обратное напряжение

 

 

Коэффициент нагрузки Кн.к. для конденсаторов определяем, по формуле (20):

 Кн.к.=   ,    (20)

где U – напряжение на обкладках

Коэффициент нагрузки Кн.р. для резисторов определяем, по формуле (21):

  Кн.р. = ,                (21)

   где Р – рассеиваемая мощность

Коэффициент нагрузки Кн.транс. для трансформаторов определяем, по формуле (22):

 Кн.транс = ,         (22)

 где Iн – ток нагрузки

Коэффициент нагрузки Кн.мс. для микросхем определяем, по формуле (23):

Кн.мс =             (23)

Рассчитанные значения сведем в сводную таблицу 1 расчета результата надежности.

 

 

 

 

 

Таблица 1- сводная таблица результатов расчёта надёжности

Наименование и тип элемента	Обозначение на схеме	ni	λ0i 10 ,1/ч	Кнi	Ti,	ai	λ i 10 ,1/ч	Pi(t)
Конденсаторы К10-47 Н50 25В	C1…С5	5	0,15	0,12	20	0,001	0,00015	0,999985
К50-6 10В	C6,C7	2	0,035	0,3	20	0,0023	0,000080	0,999992
К10-17 П33 25В	C8…C10, C13…C18, C21…C38	27	0,15	0,12	20	0,001	0,00015	0,999985
К10-17 П33 25В	C11,C12,C19,C20	4	0,15	0	20	0	0	1
Диоды кд5036	VD1…VD8	8	0,2	0,0002	20	0,001	0,0002	0,99998
Индуктивности	L1,L2,L3	3	0,02	0,05	20	0,001	0,0002	0,99998
Антенна          AN-433-01	SW2	1	0,36	0	20	0	0	1
Светодиоды	VD9, VD10	2	0,2	0,0002	20	0,001	0,0002	0,99998

 

 

 

 

 

Таблица 1- Сводная таблица результатов расчета надежности (продолжение)

Наименование и тип элемента	Обозначение на схеме	ni	λ0i 10 ,1/ч	Кнi	Ti,	ai	λ i 10 ,1/ч	Pi(t)
Резисторы  МЛТ 0,125	R1,R8,R9,R5	4	0,03	0,072	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R2	1	0,03	0,0178	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R3,R4	2	0,03	0,0048	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R6,R7	2	0,03	0,000016	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R10	1	0,03	0,00072	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R11	1	0,03	0,036	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R12	1	0,03	0,00036	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R13,R16	1	0,03	0,00504	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R13	1	0,03	0,02	20	0,001	0,00003	0,999997
МЛТ 0,125	R14	1	0,03	0,128	20	0,01	0,0003	0,99997
МЛТ 0,125	R15	1	0,03	0,424	20	0,45	0,0135	0,998659
МЛТ 0,125	R17,R18,R19, R20	4	0,03	0,512	20	0,5	0,015	0,998511

Таблица 1- Сводная таблица результатов расчета надежности (продолжение)

 

Наименование и тип элемента	Обозначение на схеме	ni	λ0i 10 ,1/ч	Кнi	Ti,	ai	λ i 10 ,1/ч	Pi(t)
Микросхемы INA 118     Texas Instruments	DA1	1	0,015	0,06	20	0,001	0,000015	0,989985
OPA 4364   Texas Instruments	DA2	1	0,015	0,35	20	0,1	0,0015	0,98501
MAX 1678 MAXIM	DA3	1	0,010	0,33	20	0,3	0,033	0,987539
rfPIC12F675F Microchip	DD1	1	0,015	0,616	20	0,7	0,105	0,980325
rfRXD0420 Microchip	DD2	1	0,015	0,106	20	0,1	0,0106	0,989456
PIC16C745 Microchip	DD3	1	0,015	0,166	20	0,1	0,0166	0,983537

 

 

Таблица 1- Сводная таблица результатов расчета надежности (продолжение)

 

Наименование  и тип элемента	Обозначение насхеме	ni	λ0i 10 , 1/ч	Кнi	Ti	ai	λ i 10 ,1/ч	Pi(t)
переключатель кнопочный	SWM1	1	0,21	0,05	20	0,001	0,00021	0,999979
Гнёзда	XS1…XS3	3	0,08	0,05	20	0,001	0,00008	0,999992
Провода соединительные		8	0,015	0,05	20	0,001	0,000015	0,999985
Места пайки навесного  монтажа		176	0,03	0,05	20	0,001	0,00003	0,999997
Места пайки печатного монтажа		87	0,01	0,05	20	0,001	0,00001	0,99999

интенсивность отказа системы  *10 ,1/ч

среднее время наработки  до отказа Т=1/ = 3889008 ч.

Вероятность безотказной  работы, в течении 10 часов, равна : P= 0,963264697. 

Вывод: среднее время  наработки до отказа громадно –  срок безотказной службы нашего изделия  велико.

 

 

3.2 Расчет вариантов компоновки носимого блока.

 

Два  варианта  внешней  компоновки  приведены  на  рисунке 35

                               а)                                                       б)

Рисунок 35- Варианты  внешней компоновки  носимого устройства “Кардио”

      На   рисунке  35 а  приведён  первый  вариант  компоновки,  а  на  рисунке  35 б – второй. Для  сравнения  этих  вариантов  заполним  таблицу 2.

Таблица  2  -  сравнение  двух  вариантов  внешней  компоновки.

Наименование параметра	Весовой коэффициент Кi	Вариант 1		Вариант 2
		Значение Параметра	Относительное значение  параметра	Значение Параметра	Относительное значение  параметра
Длина Ширина Высота Тепловой  режим Ремонтопригодность Эстетичность Эргономичность	0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,3 0,2	50мм 50мм 70мм 5 5 5 5	1 1 1 1 1 1 1	50мм 50мм 70мм 5 5 4 4	1 1 1 1 1 0,8 0,7

 

      Вычислим  значение  функции  цели  для   обоих  вариантов  внешней   компоновки   по  формуле (24):

   ,           (24)

          где     К_i  - весовой коэффициент;

                     а_i  - относительное значение  параметра.

 Так  как  F₁ > F₂ ,  то  первый  вариант внешней компоновки  наиболее  предпочтителен.

      На  рисунке 36 представлены  два возможных варианта  внутренней  компоновки  носимого устройства “Кардио”.

                           а)                                                                       б)

Рисунок 36- Варианты  внутренней  компоновки  носимого устройства “Кардио”

На рисунке 36 а приведён первый вариант компоновки, а на рисунке 36 б – второй. Для  сравнения этих  вариантов заполним  таблицу 4.

 

 

 

 

 

 

Таблица  4  -  Сравнение  двух  вариантов  внутренней  компоновки.

Наименование параметра	Весовой коэффициент Кi	Вариант 1		Вариант 2
		Значение Параметра	Относительное значение  параметра	Значение Параметра	Относительное значение  параметра
Длина Ширина Высота Тепловой  режим Ремонтопригодность Эстетичность Эргономичность	0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1	50мм 50мм 70мм 4 5 5 5	1 1 1 1 1 1 1	50мм 70мм 70мм 4 5 4 4	1 0,71 1 1 1 0,8 0,8