شکل ۲-۳ ساختار سنسور فشار خازنی
۲-۳-۳-۱ علل استفاده از سنسور فشار خازنی
هدف از طراحی سنسور فشار خازنی بدست آوردن حساسیت زیاد، اندازه کوچک و هزینه ساخت کم می‌باشد. پارامترهای زیر سنسور فشار خازنی را نسبت به دیگر سنسورها متمایز می‌کند.
- وابستگی کم به دما
- مصرف توان DC صفر
- پاسخ فرکانسی زیاد در پهنای باند وسیع
- سطح پایین نویز
سنسور فشار خازنی مورد استفاده در این پروژه جهت اندازه‌گیری فشار داخل چشمی بکار می‌رود. لذا ابتدا به بررسی ساختمان چشم می‌پردازیم.
۲-۴ ساختمان چشم
جهت شناخت بهتر عملکرد سنسور فشار خازنی و بیماری گلوکوما، ضروری است ابتدا درک درستی از ساختمان چشم و چگونگی عملکرد آن داشته باشیم. لذا به معرفی بخش های مختلف چشم می‌پردازیم.
ساختمان چشم شبیه به یک کره است. کار اصلی چشم آن است که نورهایی را که از خارج دریافت می کند طوری روی پرده شبکیه متمرکز کند که تصویر دقیقی از شیء مورد نظر روی پرده شبکیه ایجاد شود. شبکیه این تصاویر را به صورت پیام های عصبی به مغز ارسال می کند و این پیام ها در مغز تفسیر می‌شوند. بنابراین برای واضح دیدن، قبل از هرچیز لازم است که نور به طور دقیق روی پرده شبکیه متمرکز شود. ساختمان چشم شبیه یک کره است. در قسمت جلوی این کره یک پنجره شفاف به نام قرنیه وجود دارد. نور از محیط خارج وارد قرنیه شده پس از عبور از مردمک به عدسی می‌رسد. عدسی نور را به صورت دقیق روی شبکیه متمرکز می کند تا تصویر واضحی بر روی شبکیه ایجاد شود. برای آنکه اشیاء به صورت دقیق و واضح دیده شوند لازم است مسیری که نور در چشم طی می کند شفاف باشد و قرنیه و عدسی نور را درست روی شبکیه متمرکز کنند. شکل ۲-۴ ساختمان داخلی چشم انسان را نشان می‌دهد.

شکل ۲-۴ ساختار داخلی چشم انسان
۲-۴-۱ پلک
وقتی جسم نوک تیزی به چشم ما نزدیک می‌شود ما بی اختیار پلک ها را می بندیم. پلک ها در حقیقت ساختمان های تمایز یافته ای از جنس پوست و عضلات زیر پوستی هستند که وظیفه محافظت از چشم ها را بر عهده دارند. مژه ها مثل یک صافی از ورود گرد و غبار و ذرات مختلف به داخل چشم جلوگیری می کنند. خود پلک ها دو وظیفه مهم دارند: اول آنکه مثل یک دیوار دفاعی جلوی قسمت عمده ای از کره چشم را می گیرند و از کره چشم محافظت می کنند، دوم آنکه پلک ها هر ۵ تا ۱۰ ثانیه یک بار باز و بسته می‌شوند که این امر به شسته شدن میکروب ها و ذرات خارجی از سطح چشم کمک می کنند و در حقیقت سطح چشم را جارو می کند. به علاوه باز و بسته شدن پلک ها به توزیع یکنواخت اشک بر روی کره چشم کمک می کند.
۲-۴-۲ ملتحمه
ملتحمه یک لایه شفاف محافظ است که سطح داخلی پلک ها و روی سفیدی کره چشم را می‌پوشاند. در ملتحمه رگ های خونی و گلبول های سفید به مقدار زیادی وجود دارد. این رگ ها و سلول های دفاعی تا حد زیادی از ورود میکروب ها و عوامل بیماری زا به قسمت های عمقی چشم جلوگیری می کند. به علاوه ترشحات ملتحمه سطح چشم را نرم و مرطوب نگه می دارد و در حقیقت سطح چشم را روغنکاری می کند که این امر باعث آسان تر شدن حرکات چشم در جهات مختلف می‌شود.
۲-۴-۳ قرنیه
قرنیه قسمت شفاف جلوی کره چشم است که از پشت آن ساختمان های داخلی تر کره چشم مثل عنبیه و مردمک دیده می‌شود. قرنیه چشم را می‌توان به شیشه پنجره تشبیه کرد. همانطور که اگر شیشه پنجره کثیف باشد اشیاء بیرون تار دیده می‌شوند، اگر بر روی قرنیه کسی لکه یا کدورتی وجود داشته باشد فرد اشیاء را تار می‌بیند. به علاوه همانطور که از پشت یک شیشه موجدار یا مشجر اشیاء کج و کوله و ناصاف دیده می‌شوند. در صورتی که سطح قرنیه ناهموار باشد اشیاء ناصاف و تار دیده می‌شوند.
البته قرنیه انسان یک تفاوت مهم با شیشه پنجره دارد و آن هم اینکه شیشه پنجره یک سطح صاف است در حالیکه قرنیه بخشی از یک کره است. این ساختمان کروی باعث می‌شود که قرنیه چشم مثل یک ذره بین عمل کند و نورهایی را که از محیط خارج وارد کره چشم می‌شوند به صورت پرتوهای همگرا درآورد که تصویر واضحی روی شبکیه ایجاد کنند. البته در همه افراد این امر به صورت دقیق اتفاقی نمی‌افتد. مثلاً اگر انحنای قرنیه کسی بیشتر از حد طبیعی باشد تصاویر به جای آنکه روی پرده شبکیه بیفتد در جلوی پرده شبکیه تشکیل می‌شود. چنین فردی نزدیک بین است. همچنین اگر انحنای قرنیه کسی کمتر از حد طبیعی باشد تصاویر به جای آنکه روی پرده شبکیه بیفتند در پشت آن تشکیل می‌شوند. چنین فردی دوربین (هیپروپ) است. به طوری که می بینیم قرنیه افراد نقش مهمی در تعیین دوربینی یا نزدیک بینی یا شماره چشم افراد دارد. به همین علت اکثر روش‌های جراحی برای اصلاح دید و شماره عینک روی این بخش از چشم انجام می‌گیرد. مثلاً در روش‌های لیزر^[۱۲]، لیزیک^[۱۳]، لازک^[۱۴] و جراحی با تیغه الماس مقدار انحنای قرنیه تغییر می کند و شماره چشم فرد اصلاح می‌شود. همچنین استفاده از لنز تماسی (کنتاکت لنز) کمک می کند که انحنای قرنیه فرد موقتاً به اندازه مطلوب برسد و دید فرد اصلاح شود.
۲-۴-۴ عنبیه و مردمک
عنبیه بخش رنگی پشت قرنیه است که رنگ چشم افراد را تعیین می کند. رنگ این بخش در چشم افراد مختلف متفاوت است و از آبی و سبز تا عسلی و قهوه ای تغییر می کند. در وسط عنبیه سوراخی به نام مردمک وجود دارد که مقدار نور وارد شده به چشم را تنظیم می کند. کار مردمک مثل پرده ای است که پشت پنجره آویزان شده و نور ورودی به اتاق را کم و زیاد می کند. همانطور که وقتی نور خارج شدید و زیاد باشد، پرده را می بندیم تا نور کمتری به اتاق وارد شود، وقتی چشم در محیط پر نور قرار می‌گیرد مردمک تنگ می‌شود تا مقدار نور کمتری وارد چشم شود. به همین صورت وقتی چشم در محیط کم نور قرار می‌گیرد مردمک گشاد می‌شود تا نور بیشتری وارد چشم شود.
۲-۴-۵ اتاق قدامی
اتاق قدامی فضای کوچکی است که بین قرنیه و عنبیه قرار دارد. در این فضا مایعی به نام زلالیه جریان دارد که به شستشو و تغذیه بافت های داخل چشم کمک می کند. همانطور که در یک استخر برای پاک ماندن استخر مرتباً مقداری آب خارج می‌شود و به جای آن آب تصفیه شده وارد می‌شود، در چشم هم مرتباً مقداری از مایع زلالیه خارج می‌شود و مایع زلالیه جدیدی که در چشم تولید شده است جایگزین آن می‌شود. اگر به هر دلیلی تعادل بین تولید و خروج این مایع به هم بخورد مقدار مایع زلالیه در چشم افزایش پیدا می کند و فشار داخل کره چشم از حد طبیعی بیشتر می‌شود. (مقدار طبیعی فشار چشم در افراد بالغ بین ۱۰ تا ۲۱ میلی متر جیوه است). بالا رفتن فشار چشم به پرده شبکیه و عصب بینایی آسیب می زند و باعث بیماری آب سیاه یا گلوکوم می‌شود.
۲-۴-۶ عدسی
عدسی یک ساختمان شفاف در پشت عنبیه است که در متمرکز کردن دقیق پرتوهای نور بر روی شبکیه به قرنیه کمک می کند. ضخامت عدسی چشم در شرایط مختلف تغییر می کند و بسته به آنکه شیء مورد نظر در چه فاصله ای از فرد قرار داشته باشد ضخامت عدسی کم و زیاد می‌شود. بنابراین فرد می‌تواند اشیاء را در فواصل مختلف (از بی نهایت تا حدود ۲۰ سانتی متری و گاهی نزدیک تر) به طور واضح ببیند. هرچه سن افراد بیشتر می‌شود قدرت تغییر شکل عدسی کمتر می‌شود به طوری که در حدود سن ۴۰ سالگی قدرت تغییر شکل عدسی آنقدر کم می‌شود که اکثر افراد برای دیدن اشیاء نزدیک و انجام کارهایی مثل مطالعه و خیاطی به عینک کمکی برای دید نزدیک (عینک مطالعه) نیاز پیدا می کنند. این همان حالتی است که به آن پیر چشمی گفته می‌شود. با گذشت سن علاوه بر آنکه قدرت تغییر شکل عدسی کم می‌شود میزان شفافیت عدسی هم کم می‌شود. گاهی کدورت عدسی آنقدر زیاد می‌شود که مثل پرده ای دید فرد را تار می کند. این کدورت عدسی را اصطلاحاً آب مروارید یا کاتاراکت می گویند.
۲-۴-۷ زجاجیه
زجاجیه مایع ژله مانند شفافی است که داخل کره چشم را پر می کند و به آن شکل می‌دهد. زجاجیه از پشت عدسی تا روی پرده شبکیه وجود دارد. با گذشت سن ساختمان ژله مانند زجاجیه تغییر می‌کند و در بعضی جاها حالت آبکی پیدا می کند. در این حال بعضی قسمت های زجاجیه شفافیت خود را از دست می‌دهد و سایه ای روی پرده شبکیه می اندازد که فرد آن را به صورت اجسام شناور کوچکی می‌بیند که مثل مگس در میدان بینایی بالا و پایین می روند. این حالت اصطلاحاً مگس پران گفته می‌شود.
۲-۴-۸ شبکیه
شبکیه یک پرده نازک حساس به نور (شبیه فیلم عکاسی) است که در عقب کره چشم قرار دارد. پرتوهای نوری که به شبکیه برخورد می کنند به پیام های عصبی تبدیل می‌شوند که از طریق عصب بینایی به مغز منتقل می‌شوند و در مغز تفسیر می‌شوند. در شبکیه انسان انواع مختلفی از سلول های گیرنده نوری وجود دارد که میزان حساسیت آن ها به نور متفاوت است. گیرنده های نوری استوانه ای بیشتر برای دید در محیط های تاریک به کار می روند. گیرنده های مخروطی برای تشخیص رنگ و جزئیات ظریف تمایز یافته اند. ترتیب قرار گیری این سلول ها در شبکیه طوری است که در ناحیه مرکزی شبکیه (ماکولا) تعداد گیرنده های مخروطی بیشتر است. بنابراین وقتی فردی به صورت مستقیم به شیئی نگاه می کند تصویر آن شیء مستقیماً روی ماکولا در جایی می‌افتد که تعداد سلول های مخروطی بیشتر است و در نتیجه شیء با وضوح بیشتری مشاهده می‌شود.
مشیمیه مشیمیه پرده نازک سیاه رنگی است که دور شبکیه را احاطه کرده است. این پرده تعداد زیادی رگ های خونی دارد که مواد غذایی را به بخش هایی از شبکیه می رساند. به علاوه سلول های این لایه حاوی تعداد زیادی رنگ دانه سیاه ملانین است که رنگ سیاهی به این بخش از چشم می‌دهد. وجود رنگ سیاه مانع از انعکاس نورهای اضافی در داخل کره چشم می‌شود و به تشکیل تصویر واضحتر کمک می کند.
۲-۴-۹ صلبیه
صلبیه بخش سفید رنگ نسبتاً محکمی است که دورتا دور کره چشم به جز قرنیه را می‌پوشاند و از ساختمان های داخل کره چشم محافظت می کند. این بخش از چشم اثر مستقیمی در فرایند بینایی ندارد و در واقع مثل یک اسکلت خارجی از کره چشم محافظت می کند.
۲-۴-۱۰ عصب بینایی
عصب بینایی که رابط کره چشم و مغز می‌باشد از عقب کره چشم خارج می‌شود و از طریق سوراخی در استخوان پروانه ای جمجمه به مغز می‌رسد. این عصب پیام های بینایی را به مغز ارسال می کند و این پیام ها در مغز تفسیر می‌شوند.
۲-۴-۱۱ عضلات چشم
برای آنکه ما بتوانیم اشیاء را در جهات مختلف ببینیم لازم است بتوانیم چشم را در جهات مختلف بالا، پایین، چپ و راست بچرخانیم. حرکات کره چشم در هر چشم به وسیله ۶ عضله کوچک که به اطراف کره چشم می چسبد کنترل می‌شود. بیماری این عضلات و یا عدم هماهنگی آن ها می‌تواند به انحراف چشم یا لوچی منجر شود.
۲-۵ گلوکوما چیست
گلوکوم ( آب سیاه ) در واقع گروهی ازبیماریهای چشم است که به تدریج و بدون هیچ علامتی بینایی فرد را کم می‌کند. کاهش بینایی با آسیب عصب بینایی ایجاد می‌شود. این عصب مانند کابل های الکتریکی با بیش از یک میلیون سیم عمل می‌کند و وظیفه انتقال تصاویر به مغز را دارد. پیشرفت بیماری گلوکوما علل مختلفی دارد که یکی از آنها بالا رفتن فشار چشم است. نمی‌توان گفت که بالا رفتن فشار چشم به معنی وجود بیماری گلوکوم می‌باشد ولی می‌توان آن را عامل اصلی در ایجاد این بیماری دانست. گلوکوما دومین بیماری در آمریکاست که باعث کوری چشم می‌شود. گلوکوم ( آب سیاه ) انواع مختلفی دارد که بسته به نوع آنها، علائم و نشانه های متفاوتی خواهد داشت.
۲-۵-۱ گلوکوم زاویه باز اولیه
گلوکوم زاویه باز اولیه شایع ترین نوع گلوکوم است. این بیماری تا به مراحل بسیار پیشرفته نرسد، هیچ گونه نشانه ای ندارد و هر فرد به ظاهر سالمی ممکن است به آن مبتلا باشد. علت این موضوع این است که در گلوکوم ابتدا قسمت محیطی میدان بینایی آسیب می‌بیند و با توجه به این که قسمت مرکزی میدان بینایی آخرین محلی است که از بین می‌رود فرد تا انتهای سیر بیماری، متوجه اختلال در بینایی خود نمی‌شود. در موارد بسیار پیشرفته دید مرکزی نیز از بین می‌رود و کوری ایجاد می‌گردد.
۲-۵-۲ گلوکوم حاد زاویه بسته
گلوکوم حاد زاویه بسته بطور ناگهانی بعلت افزایش سریع فشار داخل چشم اتفاق می‌افتد که کاهش بینایی در طول یک حمله می‌تواند تا ساعتها پایدار باقی بماند و نیازمند مداخله سریع است. این حملات معمولاً در بعداز ظهرها که مردمک ها گشاد شده‌اند اتفاق می‌افتد درد می‌تواند بسیار شدید باشد که علائم و نشانه های آن به این قرار است :
- تاری در دید
- دیدن یک هاله اطراف نورها
- قرمز شدن چشم
- درد شدید چشمی
- تهوع
گلوکوم زاویه باز و زاویه بسته هر دو می‌توانند به شکل اولیه و ثانویه ایجاد بشوند. زمانی که علت اصلی آنها ناشناخته باشد “اولیه” نامیده شده و زمانیکه می‌توان علت واضحی برای آنها ذکر کرد