СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЫМЕНИ ЖИВОТНЫХ Российский патент 2004 года по МПК A01J7/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам для машинного доения коров с совмещенной функцией контроля их физиологического состояния в процессе дойки и может использоваться в диагностических целях ветеринарными службами животноводческих комплексов и ферм. Кроме того, изобретение может быть использовано для определения границ патологического воздействия вакуума доильных аппаратов на молочную железу коров и нарушений технологических режимов доения.

Известны способы и устройства для регистрации фотоплетизмограмм и определения по их параметрам физиологических показателей человека и животных [1, 2]. С помощью указанных устройств регистрация пульсовых кривых до и после дойки возможна только в случае устранения пульсаций вакуума доильной установки. Для этого служит исполнительный элемент.

Подключение данного элемента во время дойки для устранения пульсаций вакуума и снятия пульсовых кривых нецелесообразно. В этом случае процесс дойки увеличивается на время снятия пульсовых кривых, а удой сокращается, поскольку рефлекс молокоотдачи ограничен во времени. Кроме того, требуется существенное переоборудование доильной установки.

Таким образом, используемые в данных устройствах методы не обеспечивают регистрацию пульсовых кривых во время дойки.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является способ определения кровенаполнения сосудов и устройство для его реализации [3]. Для уменьшения влияния различных помех (паразитных световых излучений, наводок напряжения промышленной частоты и др.) на погрешность определения параметров полезного сигнала в указанном способе регистрируется общий сигнал и сигналы помех. В результате обработки сигналов (осреднение и вычитание сигналов помех из общего сигнала) удается повысить точность определения кровенаполнения биологических тканей при воздействии сильных помех.

Использование реализованного в прототипе алгоритма обработки сигнала для регистрации пульсовых кривых во время дойки не позволяет выделить полезный сигнал из общего сигнала. Общий сигнал кроме слабого полезного сигнала (изменений кровенаполнения тканей, обусловленных сердечной деятельностью) содержит значительно больший сигнал помехи (сильные изменения кровенаполнения, а значит и светопроницаемости тканей, за счет пульсаций вакуумметрического давления). Проведенные эксперименты показали, что при регистрации сигнала с оптоэлектрического датчика во время дойки полезный сигнал в нем практически отсутствует, поскольку полностью "тонет" в большом сигнале помехи. Вместе с тем, при исследовании взаимодействия биологических тканей вымени и доильного аппарата во время дойки важно контролировать кровоснабжение соска и особенно кровоснабжение в области основания соска вымени, где биологические ткани в наибольшей степени подвергаются отрицательному воздействию вакуума.

Цель изобретения состоит в расширении области применения способа за счет регистрации полезного сигнала с вымени во время дойки.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно с полезным сигналом и синхронно с ним снимают пульсовую кривую с участков тела, где пульсации вакуума доильного аппарата не оказывают влияния на погрешность определения параметров пульсовой кривой, определяют также пологие участки на кривой изменения вакуумметрического давления, на которых давление практически постоянно, и регистрируют пульсовую кривую с вымени только в интервалы времени, соответствующие пологим участкам кривой изменения вакуумметрического давления доильного аппарата. Поскольку на пологих участках этой кривой колебаний давления практически нет, поэтому в месте установки датчика не будет и изменений кровоснабжения тканей за счет пульсаций вакуума, а значит и на выходе оптоэлектрического датчика не будет возникать сильных помех, обусловленных резкими перепадами светопропускания и светоотражения тканей. В результате на выходе датчика будет присутствовать только неискаженный работой доильного аппарата полезный сигнал, связанный с периферическим кровоснабжением тканей вымени.

Таким образом, предложенный способ позволяет регистрировать полезный сигнал во время дойки.

На фиг.1 представлена функциональная схема одного из вариантов устройства для реализации предложенного способа, а именно: измерителя амплитуды пульсовой волны, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из трех каналов. Первый канал регистрации полезного сигнала содержит последовательно соединенные оптоэлектрический датчик 1, устанавливаемый на вымени коровы, например, у основания соска, усилитель фотосигнала 2, электронный ключ 3 и регистратор 4. Второй канал для снятия пульсовой кривой содержит последовательно соединенные датчик 5 не обязательно оптоэлектрический (может быть и импедансный, пьезоэлектрический и др.), устанавливаемый на таком участке тела животного, где пульсации вакуума от работы доильного аппарата не искажают снимаемую пульсовую кривую, например, у основания вымени, усилитель 6 сигнала с датчика 5, экстрематор 7, первый вход схемы совпадения 8, выход которой соединен с управляющим входом электронного ключа 3. Третий канал для определения вакуумметрического давления доильного аппарата содержит последовательно соединенные датчик давления 9, усилитель 10 сигнала с датчика 9, дифференциатор 11, компаратор 12 с малым порогом срабатывания, выход которого подключен ко второму входу схемы совпадения 8.

Экстрематор 7 может быть выполнен, например, на основе схемы, приведенной в изобретении [4] или в книге [5]. Дифференциатор 11 может быть выполен по схеме, приведенной в той же книге [6], а компаратор 12 с малым порогом срабатывания может быть реализован, например, на операционных усилителях по стандартной схеме [7]. В качестве регистратора 4 может быть использован двухканальный самописец, компьютер и др.

На первой временной диаграмме фиг.2 приведен пульсовой сигнал на выходе усилителя 2 в отсутствии пульсаций вакуума, на второй диаграмме показан пульсовой сигнал, снятый на выходе усилителя 6, на третьей диаграмме представлен сигнал с выхода усилителя 10, на четвертой - управляющий сигнал с выхода схемы совпадения 8 и на пятой - максимальная амплитуда пульсовой кривой, снятая с основания соска вымени.

Устройство работает следующим образом. Устанавливают датчики 1 и 5 на биологический объект, а датчик 9 на доильную установку. Во время дойки при достижении напряжением с усилителя 6 максимального значения срабатывает экстрематор 7 и на первом входе схемы совпадения 8 появляется сигнал, подготавливающий ее открытие. На выходе этой схемы управляющий сигнал появится только в момент t₁, когда совпадут во времени очередное амплитудное значение напряжения пульсовой кривой во втором канале и напряжение с компаратора 12. В свою очередь, сигнал на выходе компаратора 12 появится лишь тогда, когда первая производная напряжения с выхода усилителя 10 достигнет значения, близкого к нулю (пологий участок bс) и компаратор 12 сработает. Ключ 3 откроется и амплитудное значение U_m с усилителя 3, соответствующее максимальному кровенаполнению биологической ткани в месте установки датчика 1, зафиксируется в регистраторе 4. К концу дойки в регистраторе 4 запишется ряд значений U_m, по величине которых можно судить о динамике кровоснабжения соска вымени в процессе дойки.

Второй вариант реализации предложенного способа - измеритель максимальной скорости кровенаполнения (значение U_a в анакротической фазе пульсовой кривой, соответствующее наиболее крутому подъему этой кривой). Для этого во втором канале на входе экстрематора 7 устанавливают второй дифференциатор. Экстрематор будет срабатывать в момент достижения первой производной пульсового сигнала максимального значения.

Третий вариант реализации способа - устройство для регистрации ограниченных участков пульсовых кривых. В этом случае отпадает необходимость блоков 7 и 8, а выход усилителя 6 подключается к регистратору 4, имеющему еще один канал регистрации. На выходе компаратора 12 формируется сигнал, открывающий ключ 3 на время, соответствующее длительности пологого участка bс на каждой кривой изменения вакуумметрического давления, в течение которого и происходит регистрация фотоплетизмограммы. Регистрация сигнала с выхода усилителя 6 второго канала обусловлена необходимостью надежной расшифровки получаемых в первом канале ограниченных участков фотоплетизмограмм.

Таким образом, в отличие от прототипа на основе предложенного способа можно создавать устройства для регистрации во время дойки как основных параметров пульсовой кривой, связанных с физиологическими показателями вымени животного, так и пульсового сигнала с важных участков вымени коров. Полученные в результате пульсовые кривые и определенные по ним физиологические показатели можно использовать как в диагностических целях в рамках создания систем автоматизации контроля физиологического состояния животных, элементы которых расположены на доильных установках, так и исследования влияния различных доильных аппаратов и режимов их работы на кровоснабжение молочной железы. Данные о кровоснабжении вымени во время дойки могут служить для совершенствования доильных аппаратов и объективного контроля их технического состояния при эксплуатации.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №1702983, кл. А 01 J 7/00, БИ №1, 1992.

2. Авт. свид. СССР №1766336, кл. А 01 J 7/00, БИ №37, 1992.

3. Авт. свид. СССР №1777077, кл. А 61 В 5/0295, БИ №43, 1992 - прототип.

4. Авт. свид. СССР №826583, кл. А 61 В 5/00, 27.12.1978.

5. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. - М.: Мир, 1985, рис.9.22 на с.294.

6. Там же, рис.9.8 на с.272.

7. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. - М.: Сов.радио, 1980, с.168-173.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам для машинного доения коров с совмещенной функцией контроля их физиологического состояния в процессе дойки и может быть использовано в ветеринарии, а также для исследования влияния доильных аппаратов на молочную железу коров и нарушений технологических режимов доения. Способ заключается в том, что с вымени во время дойки дополнительно и синхронно с полезным сигналом снимают пульсовую кривую с участков тела, где пульсации вакуума доильного аппарата не оказывают влияния на погрешность определения параметров пульсовой кривой. Определяют пологие участки на кривой изменения вакуумметрического давления, на которых давление практически постоянно. Регистрируют пульсовую кривую с нужного участка вымени только в интервалы времени, соответствующие пологим участкам кривой изменения вакуумметрического давления доильного аппарата. Это позволит расширить область применения способа за счет регистрации пульсовой кривой с вымени во время дойки. 2 ил.

Способ определения физиологических показателей вымени животных путем установки датчика на исследуемую область, регистрации полезного сигнала и сигнала помехи с последующей обработкой сигналов, отличающийся тем, что с вымени во время дойки дополнительно и синхронно с полезным сигналом снимают пульсовую кривую с участков тела, где пульсации вакуума доильного аппарата не оказывают влияние на погрешность определения параметров пульсовой кривой, определяют пологие участки на кривой изменения вакуумметрического давления, на которых давление практически постоянно, и регистрируют пульсовую кривую с вымени только в интервалы времени, соответствующие пологим участкам кривой изменения вакуумметрического давления доильного аппарата.