Đánh giá khả năng ứng dụng đèn đọc phim x quang đã được thiết kế tại bệnh viện thể thao việt nam

..

TRƯỜNG 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

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


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

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

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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

1


CỘNG 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

2


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp có khơng 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 cơ giáo của Viện Điện
Tử Viễn Thơng nói riêng đã trang bị cho em những kiến thức tốt nhất qua những
năm học tập để em có thể hồn thành tốt luận văn cũng là mơn học cuối cùng của
khóa học tại trường.

TĨM 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 khơng có thiết bị nào để kiểm tra lại tính chính xác
về thơng 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

3


MỤC 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

4


3.2.3 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 TỐN GĨC 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

5


DANH 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 Cơng 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 vng 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 nhơm .............................................................................. 39
Hình 3.15 Led thanh 5054 .................................................................................... 40
Hình 3.16 Tấm mica trắng sữa ............................................................................. 41

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

6


Hình 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 mơ phỏng trên phần mềm NX.10 ........................................... 48
Hình 3.31 Mơ hình đèn dùng để đo và tính tốn.................................................. 49
Hình 3.32 Mơ phỏng lại cách đo góc mở của Led thanh ..................................... 50
Hình 3.33 Đo đạc đèn mơ 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

7


DANH 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 cơng 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

8


PHẦN 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 q trình hồn 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.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

9


CHƯƠNG 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 đốn 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 tp)
• Đèn đọc phim sử dụng bóng tp 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 khơng 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

10


phải có bộ nguồn điện cấp vào gồm các bộ nguồn 220v, 12v, 24v,… có cơng suất
phù họp với các loại bóng. Tấm mica hứng ánh sáng từ bộ phát sáng. Ngồi ra
mỗi loại đèn cịn 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

11


Dựa 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, cơng 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 tp
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 tp 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 cơng 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.
• Đi gắn bóng đèn: giống với bóng huỳnh quang, có cơng dụng để
gắn vào máng đèn.
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

12


• 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

Đèn đọc phim sử dụng led thanh

quang và tuýp led

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

13


• Giá thành rẻ

• Giá thành cao hơn

• Cấu tạo đơn giản

• Cấu tạo phức tạp hơn

• Cần ballast đối với đèn ống

• Cần bộ driver điều khiển cho

huỳnh quang

các led thanh

• Thiết kế đèn dày, cồng kềnh

• Thiết kế đèn mỏng, nhỏ gọn

• Cường độ ánh sáng trung bình

• Cường độ ánh sáng lớn

• Độ bền trung bình

• Độ bền lâu hơn

• Tuổi thọ của bóng khoảng

• Tuổi thọ của led là 100.000 giờ

25.000 giờ sử dụng

sử dụng

Bảng 1.1 So sánh các loại đèn đọc phim
1.4 Kết luận chương
Đèn đọc phim là một thiết bị hữu ích giúp các bác sĩ chẩn đốn hình ảnh
phim X-quang, CT, MRI chính xác hơn. Do đó chất lượng đèn đọc phim cũng
ảnh hưởng khơng kém tới kết quả của việc chẩn đốn hình ảnh. Đèn đọc phim

của các hãng hiện nay như Bayoka,TNE, … đã và đang được đưa vào sử dụng
rộng rãi trong các bệnh viện, tuy nhiên với các đèn trên thì chất lượng của sự
đồng đều ánh sáng trên bề mặt của đèn là chưa đồng đều, hình thức đèn còn dày
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.

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

14


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Lý thuyết về cường độ ánh sáng
2.1.1 Định nghĩa ánh sáng
Ánh sáng là các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang
phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ khoảng
380 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mơ tả
như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra
còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng
đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím), ánh sáng Mặt Trăng mà con người thấy
được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới Mặt Trăng phản xạ
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
ngồi 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

15


2.1.2 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 khơng bị che khuất. Candela có nghĩa là “ngọn nến”. Từ tháng 101979 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.
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

16

Ký hiệu : I (Viết tắt của tiếng Anh là Intensity : cường độ)
Đơn vị : Cd (candela)
❖ Quang thông: Quang thông là đại lượng trắc quang cho biết công suất
bức xạ
của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn phát sáng điểm. Đơn vị của quang thông
trong các hệ đơn vị SI là lm (lumen), Quang thông (F) là đại lượng đo công suất
phát sáng của 1 nguồn sáng. Ngồi ra cịn có các đại lượng khác như cường độ
sáng ( ký hiệu I), đơn vị là candela (cd); độ rọi (E), đơn vị lux (lx).
Ký hiệu: F
Đơn vị: lm (lumen)
Nguồn sáng

Quang thông (lumen)

Đèn sợi đốt 60W

685

Đèn compact 11W

560

Đèn huỳnh quang 40W

2700

Đèn NA cao áp 400W

47000

Đèn halogen kim loại 2kW

180000

Chip led thanh 0.15W

15÷20

Bảng 2.1 Bảng quang thơng 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

17


đối 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 trị 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.
Ký hiệu: L
Đơn vị: Cd/m2
1Cd/m2 được định nghĩa là độ chói của một mặt phẳng phát sáng đều có
diện tích 1m2 và có cường độ sáng 1Cd theo phương vng góc với nguồn đó.
Nguồn sáng

Độ chói Cd/m2

Bề mặt mặt trời

165.107

Bề mặt mặt trăng

2500

Bầu trời xanh

1500

Bầu trời xám

1000

Đèn sợi đốt 100W

6.106

Đèn huỳnh quang 40W

7000

Giấy trắng khi độ rọi 400 lux

80

Độ chói của mặt đường

1-2

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 thơng 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 khơng đều độ
rọi được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm.
Ký hiệu: E

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

18

Đơn 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

Phòng làm việc

300-500

Lớp học

300-400

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 q 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 khơng 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.
Nguồn sáng

Nhiệt độ màu (K)

Bầu trời xanh

10.000-30.000

Ánh sáng trời mây

6000-8000

Đèn huỳnh quang ánh sáng ngày

6200

Đèn huỳnh quang ánh sáng ấm

3000

Đèn Metal Halide

4100

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

19


Đèn sợi đốt

2500

Ngọn nến

1800

Bảng 2.4 Bảng nhiệt độ màu của một số nguồn sáng
❖ Cơng suất bóng đèn: lượng điện năng tiêu thụ của đèn.
Ví dụ: Bóng đèn huỳnh quang T8 1,2m có cơng 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 khơng phải biến đổi hồn tồn
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.
Đơn vị: Watt(W)
2.2 Nguyên lý điều chỉnh cường độ ánh sáng cho led
2.2.1 Định nghĩa dimmer đèn
Dimmer đèn hay còn gọi là chiết áp là bộ điều khiển điện có chức năng
được sử dụng với mục đích để điều khiển bật tắt và điều chỉnh độ sáng của đèn.
Dimmer có hoạt động dựa trên sự điều chỉnh của điện trở từ đó có thể thay đổi
được cường độ dòng điện giúp điều chỉnh độ sáng của các thiết bị chiếu sáng.
Mặc dù có thể thấy dimmer khơng khác gì với biến áp nhưng dimmer được sử
dụng phổ biến hơn trong các thiết bị dùng để điều chỉnh độ sáng đèn và tốc độ
của động cơ.

Hình 2.3 Công tắc Dimmer

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

20


Đèn Led nên được sử dụng kèm với dimmer, bởi vì dimmer khi được gắn
với đèn Led có rất nhiều cơng 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.
SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

21


PWM 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).

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

22

Hình 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 hồn tồn điện áp cung cấp cho tải.
Cơng 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:
˗

Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20% )

˗

Ud = 12.40% = 4.8V ( với D = 40% )

˗

Ud = 12.90% = 10.8V ( với D = 90% )
Các cách tạo ra được PWM để điều khiển: để tạo được ra PWM thì hiện

ncó hai cách thơng dụng: bằng phần cứng và bằng phần mềm. Trong phần cứng
có thể chế tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp các IC dao động
xung vuông như : NE555, LM556… Trong phần mềm được tạo ra bằng các chip
có thể lập trình được. Tạo bằng phần mềm thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng
phần cứng.
Tạo bằng phương pháp so sánh: để tạo được thì ta cần phải có hai điều
kiện:
˗

Tín hiệu răng cưa: xác định tần số PWM

˗

Tín hiệu xác định mức cơng suất điều chế (Tín hiệu DC)

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

23


Hình 2.7 Tạo xung vng 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 khơng hẳn có tác dụng. Khi chúng ta nhìn những tia sáng
nhấp nháy có tần số q nhanh (>40Hz) thì ta sẽ khơng nhận thấy được sự chớp
tắt mà thay vào đó chúng ta sẽ nhận thấy cơng 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

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc

24