Física Biomédica (plan 2015) 2021-1

Tercer Semestre, Instrumentación y Calibración

Objetivo principal: El alumno adquirirá los conocimientos básicos necesarios para el análisis, diseño e instrumentación de sistemas eléctricos/electrónicos de acondicionamiento de variables físicas.

Objetivos específicos:

· El alumno podrá realizar el análisis del comportamiento de un circuito eléctrico/electrónico y será capaz de expresarlo de manera clara.

· El alumno comprender las características fundamentales de los diferentes sensores utilizados en la medición de variables y será capaz de plantear de manera lógica la selección de un tipo de sensor particular de acuerdo a una aplicación específica.

· El alumno desarrollará una metodología de trabajo que le permitirá realizar el planteamiento, análisis e implementación de una solución, de acuerdo con una problemática definida (médico/biológico).

Contenido temático:

Módulo 1

1. Instrumentación con Elementos Lineales (introducción circuitos eléctricos):

1.1. Magnitudes eléctricas básicas

1.1.1. Ley de Ohm

1.1.2. Ley de Coulomb

1.1.3. Diferencia de Potencial

1.1.4. Elementos Resistivos

1.2. Conexiones eléctricas básicas

1.2.1. Conexión en serie

1.2.2. Conexión en Paralelo

1.3. Métodos de análisis de circuitos eléctricos

1.3.1. Leyes de Kirchhoff (nodos y mallas)

1.3.2. Divisores de Voltaje

1.3.3. Divisores de Corriente

1.4. Características dinámicas de las señales eléctricas

1.4.1. Valor RMS

1.4.2. Promedio

1.4.3. Voltaje Pico

1.4.4. Voltaje pico a pico

1.4.5. Potencia eléctrica

Módulo 2

2. Instrumentación con Elementos No Lineales:

2.1. Elementos Pasivos (reactancia)

2.1.1. Capacitancia

2.1.2. Inductancia

2.1.3. Circuitos RC

2.1.4. Respuesta en el tiempo de circuitos RC y constantes de tiempo

2.2. Proyecto Integrativo Diseño de circuitos RC

2.2.1. Instrumento de aprendizaje: Osciloscopio y generador de funciones

2.2.2. Circuitos con elementos pasivos No Lineales

2.3. Elementos Activos (Introducción Semiconductores)

2.3.1. Diodos (rectificadores: media onda, onda completa)

2.3.2. Diodos Emisores de Luz

2.3.3. Transistores

Módulo 3

3. Física de los Transductores en Biomedicina:

3.1. Transductores y sensores (Principio físico y características)

3.2. Sensores resistivos

3.3. Sensores de Efecto Hall

3.4. Electrodos (Sensores de variables fisiológicas)

3.5. Aplicaciones de los transductores y sensores

Módulo 4

4. Diseño e instrumentación:

4.1. Introducción al álgebra de bloques

4.2. Fuentes dependientes

4.3. Modelo eléctrico del amplificador operacional

4.4. Características y modelo ideal

4.4.1. Lazo abierto

4.5. Amplificador Inversor, no inversor, buffer y restador

4.6. Amplificador de instrumentación

4.7. Otras configuraciones utilizadas en sistemas de acondicionamiento de señales

4.7.1. Transimpedancia

4.7.2. Derivador e integrador

4.7.3. Filtros activos (primer orden)

4.7.4. Sumador

4.8. Diseño de un dispositivo de transducción y acondicionamiento (temperatura).

Módulo 5

5. Proyecto Final

Bibliografía sugerida:

1. Boylestad, R. (2011). Introducción al análisis de circuitos (12a ed.). México: Pearson.
2. Albella, J.M. Fundamentos de electrónica física y microelectrónica. Madrid, España: Addison Wesley/Universidad Autónoma de Madrid,
3. Storey, N. (1992). Electronics: A systems approach. Londres, Inglaterra:Addison Wesley.
4. Tietze, U., Schenk, Ch. (1991). Electronic circuits: Handbook for design and applications. Verlag, Alemania: Springer.
5. Coughlin, R., Driscoll, F. (1993). Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. México: Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.
6. Allocca, J., Stuart, A. (1984). Transducers: theory and applications. Reston, Estadios Unidos de América: Reston Publishing Co.
7. Diefendefer, A. (1984). Instrumentación electrónica. México: Nueva Editorial Interamericana.
8. Pallas, A. (1994). Sensores y acondicionadores de señal (2a ed.). Marcombo.
9. Millman, J. (1991). Microelectrónica (6a ed.). Barcelona, España: Hispanoeuropea.
10. Usher, M., Keating, D. (1996). Sensors and Transducers: Characteristics, Applications,Instrumentation, Interfacing. (2a ed.). Londres, Inglaterra: MacMillan Press LTD.
11. Morris, A. (2001). Measurement and Instrumentation Principles (3a ed.). Gran Bretaña: Butterworth Heinemann.
12. Davidovits P. (2008). Physics in biology and medicine. (3a ed.). Estados Unidos de América: Elsevier Inc.
13. Moore, J., Davis, C., Coplan M., Greer S. (2009). Building scientific apparatus. (4a ed.). Cambridge: Cambridge University Press.

Anexos

· http://news.stanford.edu/news/2012/march/online-courses-mitchell-030612.html

· http://ocw.mit.edu/courses/experimental-study-group/index.htm

Información adicional del curso

· La plataforma que se utilizará es G-suite (google): classroom (código del classroom azd6lds), meet, jamboard, drive.

· Los temas de los diferentes módulos se irán publicando conforme avance el semestre, los cuales incluirán videos, presentaciones, lecturas, ejercicios y tareas.

· El calendario de entrega de tareas, trabajos de investigación, se publicará durante el semestre.

· Se realizará sesiones de asesorías virtuales en horario de clase (no habrá clases presenciales) a través del siguiente enlace: https://meet.google.com/lookup/gpubeei6f2?authuser=1&hs=179

Entregables del curso

· Tareas

· Reportes

· Trabajos de Investigación

· Simulaciones

· Experimentos

· Sobre el método de evaluación:

· Se realizarán evaluaciones, rúbricas, etc. de cada módulo.

· Para tener derecho a examen global es necesario que al menos se tenga el 80% de los entregables del curso.

· ¡No hay examen de recuperación!

Requisitos mínimos para obtener calificación aprobatoria del curso:

· Promedio aprobatorio final de los 4 módulos de 8

· Promedio aprobatorio de los entregables

Desglose de la calificación final:

· Prácticas y tareas tienen un 50 %

· Evaluación y/o rúbricas un 30 %

· Proyecto Final 20 %

Asesorías:

Serán sesiones durante horario de clase mediante meet para resolver las dudas del trabajo previamente revisado por el alumno.