Реоплетизмограф на транзисторах. Схема, опис

Реоплетизмограф на транзисторах. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електроніка у побуті

При оцінці стану серцево-судинної системи людини сучасна медицина та біологія широко використовує методику так званої імпедансної реоплетизмографії (реєстрації змін електричної провідності тіла людини). Реоплетизмографія використовується для дослідження як центрального, і периферичного кровообігу. Достоїнство цього у тому, що саме дослідження мало вносить змін у стан досліджуваного об'єкта.

Електричний опір між будь-якими ділянками тіла людини є комплексним об'ємним опіром, спрощена еквівалентна схема якого для змінного струму наведена на рис. 1.

Місткість Се-т виникає між поверхнями електродів і тканинами, що прилягають до внутрішньої сторони шкіри. Шкіра, особливо епітелій, має дуже високий питомий опір і є діелектриком конденсаторів Се-т. Тканини, що лежать під шкірою, умовно приймаються однорідними за структурою. Вони представлені як елементів Ст і Rт. Ємності конденсаторів Се-т залежать від діелектричних властивостей шкіри, її стану (наприклад, від зволоженості) та площі накладених електродів.

Реоплетизмограф на транзисторах
Ріс.1

Величина ємності визначається величиною поляризаційного афекту, який зменшується із зростанням частоти. На частотах вище 80-100 кГц явище поляризації мало спостерігається, а ємнісний опір конденсаторів Ст невелике. Можна вважати тому, що провідність тканини в області цих частот має лише активну складову.

Абсолютні значення опору живої тканини нестабільні, а залежить від цілого ряду причин, які часто важко врахувати. Внаслідок цього цікаві. не абсолютні значення опору, яке відносні зміни від будь-якого початкового рівня.

В даний час можна вважати доведеним, що електропровідність живої тканини визначається головним чином ступенем її кровонаповнення. Це пояснюється тим, що кров (головним чином її плазма) має дуже високу електропровідність. Тому по електропровідності живої тканини на високих частотах можна будувати висновки про кровонаповнення окремих органів чи ділянок тіла. Методика дослідження називається реоплетизмографією, інколи ж просто реографією.

Прилад, що описується нижче, названий реоплетизмографом, призначений для досліджень швидких незначних змін електропровідності живої тканини, що відображають пульсові коливання кровонаповнення, а також повільних (від 0 гц) змін кровонаповнення, наприклад, при диханні. Реоплетизмограф є портативною приставкою на транзисторах до якого-небудь кардіографа (при записі пульсових коливань кровонаповнення). З виходу цієї приставки напругу можна подавати і самописець (наприклад, Н373).

Робоча частота 150 кгц. Вихідна напруга не менше 2 мв при зміні опору 50 ом. на 0,1%. Діапазони частот вихідної напруги, що знімається з виходу 1-4 0,2-150 гц, і з виходу 2-3 0-150 Гц.

Принципова схема

Принцип дії реоплетизмографа ілюструється блок-схемою (рис. 2). Досліджувану ділянку живої тканини підключають до одного з плечей моста, що живиться змінним струмом частотою 150 кГц. Міст балансують таким чином, щоб напруга ВЧ на його діагоналі була мінімальною.

Реоплетизмограф на транзисторах
Ріс.2

Зміни провідності об'єкта, що досліджується, призводять до модуляції напруги ВЧ на виході моста за законом зміни електропровідності досліджуваного об'єкта. Модульована ВЧ напруга посилюється та детектується. В результаті детектування виділяється модулюючий напруга НЧ, яке подається на реєструючий пристрій.

Принципова схема реоплетизмографа наведено на рис. 3. Генератор ВЧ виконаний на транзисторі T1 за схемою з ємнісним зворотним зв'язком. Коливальний контур включений у ланцюг колектора транзистора, його резонансна частота визначається індуктивністю котушки L1 та загальною ємністю конденсаторів С2 – С3. Глибина позитивного зворотного зв'язку залежить від співвідношення ємностей конденсаторів С2-С3 та опору резистора R2. База транзистора заземлена змінним струмом (через конденсатор С1).

Рис.3 (натисніть , щоб збільшити)

Генератор, зібраний за цією схемою, має високу стабільність частоти, конструкція його контурних котушок проста, а налагодження не викликає труднощів, тому що не доводиться підбирати порядок включення висновків котушок.

З котушки L1 високочастотна напруга подається на вимірювальний міст. У ліве, нижнє за схемою, плече моста послідовно з елементами С13R5-R7 за допомогою екранованого кабелю підключається об'єкт, що досліджується (умовно позначений на схемі "Пацієнт"), За допомогою потенціометра R4 ("Баланс") можна збалансувати міст по активній складовій, а з допомогою конденсаторів С4-С11 - за реактивною складовою.

У реальних умовах завжди спостерігаються як швидкі (пульсові) коливання електропровідності, так і повільні, спричинені, наприклад, диханням. Амплітуда повільних коливань, як правило, значно більша, ніж амплітуда пульсових коливань. Якщо працювати в умовах точного балансу моста, то повільні зміни коливання можуть призвести до порушення балансу, що, своєю чергою, призведе до зміни фази вихідної напруги. Тому при балансуванні перемикач П2 встановлюють таке положення, при якому резистор R8 закорочується, а індикатор балансу (мікроамперметр) підключається до виходу детектора.

Результати досліджень можна отримати у чисельному виразі. З цією метою послідовно з "Пацієнтом" (а іноді і паралельно йому) включають потенціометр, змінюючи опір якого калібрують чутливість всього тракту пристрою. Найчастіше застосовують наступний метод калібрування: при зміні опору ланцюга "Пацієнта" на 0,05 ома амплітуда запису повинна становити 1 см. Щоб виключити вплив перехідного опору контактів застосовується схема калібрування, показана на рис.3. Послідовно з "Пацієнтом" включено резистор R5, паралельно якому перемикачем Вк1i підключається резистор R6, опір якого в 200 разів більше, ніж R5. При цьому їх загальний опір на 0,05 ома менше, ніж R5. При калібруванні перед записом повільних коливань паралельно R5 підключається резистор R7. Тоді загальний опір ланцюга зменшується на 1 ом.

Напруга з мосту надходить на емітерний повторювач, зібраний на транзисторі Т2, а потім двокаскадний підсилювач, виконаний за каскодною схемою. Навантаженням підсилювача є контур L3C17, налаштований частоту 150 кГц.

Детектор виконаний на напівпровідникових діодах Д1 - Д2.В результаті використання двонапівперіодного детектора приставка має симетричний вихід. Постійні часу розрядних ланцюгів детектора обрані такими, щоб після детектування виділялися складові сигналу частотами до 150 Гц. З боку нижчих частот постійна часу визначається ємностями перехідних конденсаторів С21 та С22 та вхідним опором наступних каскадів. При вхідних опорах 1 Мом нижча частотна межа становить близько 0,2 Гц на рівні - 3 дБ.

До виходу детектора підключається мікроамперметр, за мінімальним відхиленням стрілки якого балансують міст перед початком вимірювання.

Конструкція і деталі

Реоплетизмограф виконаний у прямокутному металевому кожусі із зовнішніми розмірами 50Х120Х180 мм. Всі деталі його, крім джерел живлення, змонтовані на монтажних платах, прикріплених до верхньої кришки, що є одночасно лицьовою панеллю. На лицьовій панелі розміщено: мікроамперметр, вимикачі Вк1 - Вк3, перемикачі П1, П2 та роз'єм для підключення кабелю "Пацієнт". Роз'єм для підключення приладу до реєструючих пристроїв розташований на задній панелі. Усі деталі реоплетизмографа змонтовані на двох монтажних платах. На одній, поміщеній в екран з жерсті, змонтований генератор, на іншій – підсилювач, детектор та вимірювальний міст.

У приладі використані транзистори, що мають В межах 30-50. Контурні котушки виконані на сердечниках типу СБ-2а, намотані проводом ПЕВ 0,1 і містять: котушка L1-200 витків, котушка L2 – 80 витків, котушка L3 – 200 витків та котушка L4 – 100 витків.

Дросель Др1 намотаний на феритовому кільці Ф-600, зовнішній діаметр якого 12 мм, і містить 200 витків дроту ПЕВ 0,1.

Резистор R4 обов'язково повинен бути дротяним, а резистор R5 складений із трьох паралельно включених з опорами 27,27 та 91 Ом. Як індикатор можна застосувати будь-який мікроамперметр, чутливість якого 50-200 мкА.

Зразки записів, отриманих з описуваним реоплетизмографом, наведено на рис. 4.

Реоплетизмограф на транзисторах
Ріс.4

Автори: В. Большов, В. Смирнов; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Дивіться інші статті розділу Електроніка у побуті.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву

Суперкомп'ютер IBM Blue Gene 05.06.2007

Десять років тому IBM Deep Blue обіграв чемпіона світу з шахів Гарі Каспарова. Тепер же лідируючі місця у рейтингу найвищих суперкомп'ютерів займають його прямі нащадки із серії Blue Gene.

Найшвидший із них встановлений у Ліверморській національній лабораторії Міністерства енергетики США: він використовує 131 тис. процесорів Cell Broadband Engine для обробки приблизно 280 трлн. операцій на секунду.

Інші цікаві новини:

▪ динаміки JBL Studio 2 і JBL Arena, що настроюються.

▪ Виявлено унікальний мінерал із мантії Землі

▪ Зовнішні накопичувачі 5 ТБ від LaCie

▪ З віком рани гояться все повільніше

▪ Про користь пішого ходіння

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Регулятори струму, напруги, потужності. Добірка статей

▪ стаття Чого моя ліва нога хоче. Крилатий вислів

▪ стаття Якого всесвітньо відомого винахідника у школі називали тупицею? Детальна відповідь

▪ стаття Облицювальник-мармуровик. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Автоматичне увімкнення колонок ПК. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Трішки цирку. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт