L’exploration fonctionnelle respiratoire

L’embout buccal

C’est un tube cylindrique droit et court destiné à être utilisé sur la bouche pour effectuer des expirations à l’intérieur. Afin d’avoir un flux d’air laminaire et éviter les turbulences a travers le capteur l’embout doit disposer a l’entrée et en amont du capteur d’un filtre qui est par définition une grille qui permet un redressement du flux d’air. Il est nécessaire dans les expériences de mesures respiratoires, d’avoir le flux d’air en entier à travers l’instrument de mesure c’est-à-dire que l’embout ne doit pas obstruer la respiration ou produire une pression inverse qui peut affecter la performance respiratoire. [1]. Un des éléments principaux qui contamine dans la mesure d’air expiré est l’eau. Le senseur peut condenser les vapeurs d’eau durant des expirations à l’exception s’il est à une température proche ou supérieure à celle du corps.

Le capteur

Les capteurs thermiques qui peuvent être utilisés sont des éléments senseurs fil métallique, film métallique ou des thermistances dont leurs résistances électriques change en fonction de la température. Dans cette réalisation, le choix est porté sur la thermistance.Etude théorique des thermistances Les thermistances, comme les capteurs de température à résistance, sont des semiconducteurs thermosensibles dont la résistance varie avec la température. Elles sont formées par une agglomération de petit grain de semi-conducteur que l’on obtient par frittage d’oxyde métallique (oxyde de fer, de manganèse, de titane ….).L’ensemble est fortement comprimé puis chauffé en température légèrement inferieure au point de fusion. On réalise ainsi les résistances de différentes formes (bâtonnet ; disque …) dont les propriétés dépendent du semi-conducteur utilisé, les oxydes n’intervenant que pour en modifier la conductivité. Ces principales caractéristiques sont La Précision, la Linéarité, sa Valeur nominale pour une température donnée (à 25 °C), Temps de réponse (en s), Sensibilité ou coefficient de température (variation de la résistance en fonction de la température), Étendue ou gamme de mesure (température min. et max. d’utilisation), Durée de vie, Stabilité (variation des différents paramètres dans le temps), Encombre ment, coût, Puissance

Circuit comparateur et source de courant

Pour détecter le déséquilibre du pont un circuit comparateur à base d’un simple amplificateur (μA741) est utilisé la tension Vm est appliquée entre la borne inverseuse et non inverseuse de l’AOP. Cela est schématisé sur la figure 2.8 cidessous. Compte tenu qu’il est monté en boucle ouverte la moindre variation sur Vm entraine la sortie vers Vcc. Cette variation est alors appliquée à la source de courant augmentant ainsi la valeur du courant traversant la thermistance pour réajuster sa température initiale. Ceci est du au fait que le senseur fonctionne par effet joule, il a de plus une résistance faible, ce qui nécessite un circuit qui puisse délivrer assez de courant pour le maintenir sensible. La fiche technique de l’amplificateur opérationnel (μA741), montre que celui-ci, même avec une impédance de sortie très faible, ne peut délivrer un courant au-delà de quelque mA, alors que le maintient de la thermistance à une température élevée et constante exige beaucoup plus de courant. Il est donc nécessaire d’utiliser un transistor de puissance dans le circuit de rétroaction du transducteur.

Le NE3055 est un transistor de puissance qui va permettre de délivrer un courant IE pour contrôler l’élément senseur et ramener la température nécessaire pour chauffer la CTN ainsi que pour alimenter le pont et compenser exactement la perte de chaleur dans le capteur thermique. Cette perte de chaleur dépend du flux d’air qui entre entièrement en contact avec la surface du capteur. En effet, lorsque la variation à la sortie du comparateur augmente, le transistor tend vers la saturation et le maximum de courant est généré (i max= 1A). Ce courant est réinjecté au pont pour chauffer à nouveau la thermistance. En effet le courant maximal du collecteur est de 15A (donné dans la fiche technique), celui-ci dépend de l’alimentation Vcc. Cependant, pour analyser la variation de ce courant une expérience pratique était faite comme cela est illustré sur la figure (2.9) En vue de déterminer les résistances de polarisation du transistor (résistance au collecteur) pour générer le courant de chauffage de la thermistance (à 60°C) ; l’expérience pratique consiste alors à appliquer sur la base du transistor de puissance la tension Vcc, changer (avec un potentiomètre RV1) la valeur de la résistance du collecteur et de mesurer simultanément le courant i (avec un ampèremètre) traversant la thermistance. La thermistance va chauffer. Sa température est mesurée par une sonde de température connectée avec un Metrix. (Réf du metrix ASTONIA M890C+ ; réf de la sonde TP-01, température <400°C).

Description Hardware de la carte La carte est réalisée (voir figure 2.14), pour permettre d’acquérir huit grandeurs analogiques de manière séquentielle. A cet effet un multiplexeur analogique (4051) est utilisé. La sélection des entrées se fait à travers 3lignes de commandes A, B, C issus du port parallèle(DB25). Ces lignes sont connectées aux bornes standards du port DB25 respectivement comme indiquer en ci-dessous. La grandeur sélectionnée est appliquée directement au convertisseur analogique digital (ADC0804) sans échantillonneur-bloqueur, compte tenu que les grandeurs de notre application évoluent en basse fréquence comparativement à la vitesse de conversion de l’ADC.

Le lancement de la conversion A/D est accompli en appliquant une impulsion (highlow) WR (de l’ADC) à travers le port parallèle (broche4 du DB25 dans le registre de données), ainsi la fréquence d’échantillonnage est fixée de manière logicielle. Toutefois pour que la conversion soit lancée ; il faut aussi que le chip select (CS) Soit aussi au niveau bas. Cette ligne est aussi contrôlée par logiciel (broche2 du DB25) dans le registre de données. Après un temps défini (voir fiche technique de l’ADC 0804) de conversion, la ligne INTR de l’ADC est validée, signalant la fin de conversion. Dans notre configuration cette ligne n’est pas utilisée compte tenu que l’approche adoptée pour l’acquisition de données digitalisées est par scrutation (polling). En fait un retard (delay) logiciel est prévu avant que le processus scrute son port d’entrée /sortie pour lire la donnée disponible sur le port ; bien sur après qu’une impulsion RD niveau bas soit validée ; cette ligne est aussi générée par logiciel (broche 3 du DB25 dans le registre de données). (Voir diagramme temporel- figure 2.15) donné en ci-dessous. Cependant et compte tenu que les données (8bits) digitalisées sont acquises en deux temps 4bits (MSB) et 4 bits (LSB) vue la non disponibilité de huit lignes d’entrées ; un multiplexeur digital 74LS157 est utilisé. Le multiplexeur permet le multiplexage de huit bits à l’entrée en 4bits puis 4 bits en sortie à travers la ligne de commande A/B. cette ligne de commande est contrôlée par le logiciel à travers les broche 5 du DB25 du registre de données.

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Table des matières

Introduction
Chapitre 1 Introduction a l’exploration fonctionnelle respiratoire.
1.1 Introduction
1.2 Anatomie de l’appareil respiratoire
1.3 L’exploration fonctionnelle respiratoire « EFR
1.3.1 Les volumes et les capacités pulmonaires
1.3.1 A) les volumes pulmonaires statiques
1.2.1 B) les volumes dynamiques et débits ventilatoires forcés
1.4 Troubles ventilatoires
1.4.1 Les Troubles ventilatoires restrictifs (TVR)
1.4.2 Les Troubles ventilatoires obstructif
1.4.3 Les Syndrome Mixte
1.5 Les différentes techniques d’exploration fonctionnelle respiratoire
1.5.1 L’étude de la fonction ventilatoires
Les techniques de l’exploration fonctionnelle respiratoire
1.5.2 a) le rota mètre.
1.5.2 b) les ultrasonores
1.5.2 c) la convection thermique
1.5.2 d) la pression différentielle
1.6Le principe de la Convection thermique
1.6.1. Définition
1.6.2 Les types de la convection thermique.
1.6.3 Comment on peut obtenir des mesures respiratoires par la convection thermique?
1.7 Conclusion
Chapitre 2 Description du dispositif à réaliser.
2.1. Introduction
2.2. Le mesurande
2.2.1. L’embout buccal
2.3. Le capteur
2.3.1. Etude théorique des thermistances
2.3.2. Etude expérimentale sur les thermistances
2.4 conditionnement et mise en forme
2.4.1. Montage en pont
2.4.2. Circuit comparateur et source de courant
2.4.3 .Adaptateur d’impédance ou suiveur en tension
2.5 La carte d’acquisition
2.5.1. Introduction
2.5.2. Description Hardware de la carte
2.5.3. Description du software
2.5.3. A. Les registres de l’interface
Le registre de données
Le registre d’état
Le registre de contrôe
2.6 Conclusion
Chapitre 3 Conception et interprétation des résultats.
3.1 Introduction
3.2 Réalisation du circuit de conditionnement et mesures
3.2.1 Le choix des composants
3.2.2 Présentation de quelques essais
3.3 Réalisation du circuit de la carte d’acquisition et mesure
3.3.1 Le test de la carte d’acquisition
3.4 Initiation DELPHI7
3.4.1 Fenêtre d’interface sous DELPHI
Conclusion