Sensor de bioimpedancia

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

“DISEÑO DE UN MICROSENSOR PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS FRUTOS”.

TESIS.

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PRESENTA:
CARLOS ISRAEL VALLEJO IBARRA.

ASESOR: DR. JUAN PRADO OLIVAREZ

CELAYA, GTO. JUNIO 2011
TABLA DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS4
RESUMEN 5
NOMENCLATURA YACRÓNIMOS 7
ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS 9
INTRODUCCIÓN 12
OBJETIVOS 13
HIPÓTESIS 13
PROPUESTA 14

1. INTRODUCCIÓN A LAS MEDIDAS DE BIOIMPEDANCIA ELÉCTRICA EN
TEJIDOS BIOLÓGICOSY SOLUCIONES SALINAS 15
2.1. Antecedentes de la impedancia compleja en tejidos biológicos 16
2.2. Definición de impedancia eléctrica en soluciones y tejidos biológicos 17
2.3. Laimpedancia compleja, el modelo ideal y su relación con la
permitividad y la conductividad 18
2.4. La espectroscopía de impedancia y su representación gráfica 21
2.5. Propiedades eléctricas en los tejidos biológicos 22
2.6. Espectroscopía de impedancia en soluciones salinas 28

2. INSTRUMENTACIÓN EN LA ESPECTROSCOPÍA DE BIOIMPEDANCIA 29
3.7.Electrodos de medición 30
3.8.1. Impedancia de electrodo 30
3.8.2. Potenciales de offset 32
3.8.3. La interfase electrodo tejido 33
3.8.4. Electrodos invasivos y no invasivos 34
3.8.5. Materiales para la elaboración de los electrodos 35
3.8.6. Geometría de los electrodos 36
3.8.7. Factores de selección para los electrodos37
3.8. Sistemas de electrodos 38
3.9.8. El sistema de dos electrodos (sistema dipolar)39

3.9.9. El sistema de cuatro electrodos 39
3.9.10. El sistema de tres electrodos40
3.9. Métodos de medición 41
3.10. El Amplificador de Instrumentación 43
3.11. La fuente de excitación en la espectroscopía de impedancia 433. DESARROLLO Y EXPERIMENTACIÓN 45
4.12. Simulación en FEMLAB 46
4.13. Diseño y construcción del sistema de electrodos 48
4.14. Diseño y construcción del sistema electrónico
para la medición de la impedancia compleja 50
4.15.11. Fuente de corriente 50
4.15.12.1. El circuito Howland modificado 51
4.15.12.2.Validación del circuito Howland Modificado 55
4.15.12. Método de medida 58
4.15.13. Técnica de medición 59
4.15.14. Diagrama general del circuito utilizado para la medición de impedancia 61
4.15. Gráficas y resultados del sistema
sin acoplamiento de electrodos 63
4.16. Gráficas y resultados del sistema
con acoplamiento deelectrodos 67

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES73
REFERENCIAS76

SECCIÓN DE APÉNDICES

APÉNDICE A. CIRCUITO DETECTOR DE FASEAD820280
APÉNDICE B. EL GENERADOR DE ONDA AD9833 Y LA TÉCNICA DDS84
APÉNDICE C. ECUACIONES PARA EL CIRCUITO HOWLAND MODIFICADO91
APÉNDICE D. LISTADO DEL PROGRAMA93

A mi familia.
A mis padres y hermanos.
A ti Samantha, a tu fuerza, a tu valentía... a tu ocurrente y alegrerecuerdo.

AGRADECIMIENTOS
He pensado varias veces en este momento y la gran cantidad de agradecimientos que llegan a mi mente me complican el comienzo.
En primer lugar, quiero dar las gracias al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por dar la oportunidad a personas como yo para realizar investigaciones y aportar un poca a la actualización científica que tanto le hace falta a este granpaís.
Es mi deseo expresar mi más profundo agradecimiento a mi tutor y director de tesis Dr. Juan Prado Olivarez quien me brindó la oportunidad de trabajar en este proyecto de investigación, involucrarme en un tema de actualidad al igual que interesante y de múltiple aplicación. Por la disponibilidad que en todo momento me brindó para despejar mis dudas y principalmente no perder mi proyecto....