ДАТЧИК СВЕРХСЛАБЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно сверхслабых электромагнитных излучений, и может быть использовано, например, для дистанционной регистрации и измерения излучений, генерируемых мозгом человека или различными физико-химическими системами.

Известен пьезорезисторный датчик контактного сопротивления [1], содержащий заключенный в оболочку чувствительный элемент, расположенный между металлическими обкладками, к которым подсоединены выводные провода. Чувствительный элемент может быть выполнен из различных металлических и неметаллических полупроводниковых материалов или композиций, например пакета пластин из электропроводной бумаги. Работа датчика основана на явлении пьезорезистивного эффекта, заключающегося в изменении активного сопротивления чувствительного элемента при его механическом сжатии либо другом виде деформации.

Недостатком известного датчика является то, что он не может быть использован для регистрации и измерения любых внешних электромагнитных полей.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании высочувствительного датчика для бесконтактной, в том числе дистанционной, регистрации сверхслабых внешних полей, генерируемых мозгом человека, на основании которого могут быть созданы принципиально новые приборы различного назначения.

Техническим результатом является повышение чувствительности датчика, что обеспечивает возможность бесконтактной, дистанционной регистрации сверхслабых внешних полей, в том числе таких, природа которых еще не известна.

Сущность изобретения заключается в том, что в датчике, содержащем помещенный в корпус чувствительный элемент с токоподводами, подсоединенном к чувствительному устройству, чувствительный элемент состоит из не менее чем двух активных элементов, плотно прилегающих друг к другу и выполненных из материалов, обладающих электронной проводимостью и различной работой выхода электронов, при этом между активными элементами введены тонкие слои материала-диэлектрика, а сам чувствительный элемент покрыт слоем изоляции. Толщина слоя диэлектрика между активными элементами составляет не более 0,15 мкм. В частном случае выполнения один из активных элементов выполнен из углеродсодержащего материала, например графита. Кроме того, между слоями активных элементов введено β-активное вещество, например метаиндат калия.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства в разрезе.

Датчик сверхслабых излучений содержит корпус 1, в котором помещен чувствительный элемент, состоящий из активного элемента 2, выполненного из ленты, сплетенной из графитового волокна, и плотно прилегающего к нему активного элемента 3, выполненного из алюминиевой фольги. (Сродство к электрону у графита равно 1,27, а у алюминия - 0,5, что обеспечивает большое различие в работе выхода электронов. [2]). На поверхности фольги имеется специально обработанный слой оксида алюминия 4 толщиной 0,10 мкм, обладающего диэлектрическими и полупроводниковыми свойствами. На активных элементах 2 и 3 закреплены токоподводы 5. В зону контакта между активными элементами введено β-активное вещество б, например метаиндат калия (KlnO₂).

Чувствительный элемент покрыт слоем изоляции 7 (поролоном) и подсоединен к регистрирующей системе (на схеме не показана).

Устройство работает следующим образом.

Испытания проводились в АООТ "ИНТЕЛТЕХ" (г. Санкт-Петербург).

Предлагаемое устройство использовалось для регистрации излучения, генерируемого человеком при изменении эмоционального состояния или в процессе интеллектуальной деятельности.

С целью исключения влияния электромагнитных излучений (ЭМИ) все испытания проводились в экранированной комнате с коэффициентом ослабления ЭМИ не менее 80 дБ по напряжению в диапазоне частот от 0,01 МГц до 300 МГц. Датчик подключали посредством токоподводов 5 через мостовую схему к аналого-цифровому преобразователю ПЭВМ Power Macintosh 6100/60. Сигналы, излучаемые мозгом человека в процессе изменения эмоционального состояния, складываются с электрическим потенциалом на границе раздела проводников 2 и 3, что приводит к изменению концентрации носителей тока в приконтактном слое, а следовательно, к изменению электрического сопротивления чувствительного элемента. Благодаря наличию в зоне контакта проводников 2 и 3 специально обработанного слоя 4 - оксида алюминия происходит преобразование высокочастотных, модулированных излучением мозга человека колебаний с выделением низкочастотного сигнала. Присутствие в зоне контакта элементов 2 и 3 β-активного соединения калия 6 в процессе β-распада приводит к увеличению количества электронов с одинаковым спиновым состоянием, что усиливает чувствительность датчика к излучению мозга человека. Слой изоляции 7 из поролона отделяет электропроводные элементы 2 и 3 от корпуса 1 датчика.

Испытуемая сидела в одном метре от корпуса 1 датчика. Остальные участники испытаний находились на расстоянии не менее двух метров от датчика. Запись сигнала от датчика на ПЭВМ проводилась при частоте выборки сигнала 44000 раз в секунду, длительность записи регистрограммы составляла 30 секунд. В качестве теста испытуемой было предложено первые несколько секунд (для адаптации) быть в спокойном состоянии, затем последовательно вспомнить какую-нибудь хорошую, а затем плохую ситуацию (или наоборот), вызывавшую сильные положительные или отрицательные эмоции. Длительность каждого действия и последовательность воспоминаний определяли сами испытуемые, не сообщая остальным участникам испытаний. Сигналы мозга испытуемой, регистрируемые датчиком при изменении эмоционального состояния, обрабатывались по специальной программе и выводились в режиме реального времени на экран монитора для визуального анализа.

На фиг. 2 показана регистрограмма, где от начала опыта до 11-й секунды испытуемая находилась в спокойном состоянии, от 11 до 20-й испытуемая думала об отрицательной ситуации, а от 21-й секунды до конца опыта - о положительной ситуации. На фиг. 2 видно, что в указанных временных отрезках характеры сигналов заметно отличаются один от другого не только по амплитуде, но и по виду мощных непериодических импульсов в каждой ситуации. Эти импульсы представляют собой пакеты, состоящие в свою очередь из пачек других импульсов.

На фиг. 3 показан пакет импульсов из периода "отрицательных" мыслей, а на фиг. 4 - пакет импульсов из периода "положительных" мыслей при временном масштабе 0,002 сек. Видно, что эти пакеты имеют различную структуру. Кроме того, видно, что амплитуда излучения мозга при отрицательном эмоциональном состоянии намного больше амплитуды излучения мозга при положительном эмоциональном состоянии. Результаты испытаний с различными испытуемыми показали хорошую воспроизводимость не только при регистрации различного эмоционального состояния, но и при различной интеллектуальной деятельности человека.

Источники информации
1. Кацнельсон А. Ш. Датчики контактного сопротивления. М., Энергоатомиздат, 1985, стр. 7 (прототип).

2. Энергия разрыва химических связей, потенциалы ионизации и сродство к электрону. Справочник. М., Наука, 1974, стр. 290-292.

Датчик сверхслабых излучений содержит помещенный в корпус чувствительный элемент с токоподводами, подсоединенный к измерительному устройству, причем чувствительный элемент покрыт слоем изоляции и состоит из не менее чем двух активных элементов, плотно прилегающих друг к другу и выполненных из материалов, обладающих электронной проводимостью и различной работой выхода электронов. Кроме того, между активными элементами введен слой материала-диэлектрика, толщина которого составляет не более 0,15 мкм, один из активных элементов выполнен из углеродсодержащего материала, в качестве углеродсодержащего материала использован графит, между слоями активных элементов введено β-активное вещество, в качестве β-активного вещества использован метаиндат калия КInO₂. Технический результат заключается в повышении чувствительности. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Датчик сверхслабых излучений, содержащий помещенный в корпус чувствительный элемент с токоподводами, подсоединенный к измерительному устройству, отличающийся тем, что чувствительный элемент состоит из не менее чем двух активных элементов, плотно прилегающих друг к другу и выполненных из материалов, обладающих электронной проводимостью и различной работой выхода электронов, причем чувствительный элемент покрыт слоем изоляции. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что между активными элементами введен слой материала-диэлектрика, толщина которого составляет не более 0,15 мкм. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что один из активных элементов выполнен из углеродосодержащего материала. 4. Датчик по п.3, отличающийся тем, что в качестве углеродосодержащего материала использован графит. 5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что между слоями активных элементов введено β-активное вещество. 6. Датчик по п.5, отличающийся тем, что в качестве β-активного вещества использован метаиндат калия Кl_nO₂.