Устройство для исследования двигательной активности биологических объектов Советский патент 1985 года по МПК A61B5/05 G01R17/10 G01R27/02 

ел

Од Од СО От Изобретение относится к медицине кой технике, а именно к устройствам для изучения физиологических ха рактеристик биологических объектов находящихся в проводящих средах. Цель изобретения- повьшение точности исследования. На чертеже представлена блоксхема одного независимого измерительного канала. Устройство содержит источник 1 питания генератора, генератор 2, мост 3 переменного тока, развязывающие трансформаторы 4, прецизионные диоды 5, интеграторы 6,источник 7 питания, общий для всех оконечных каскадов всех канало:В, дифференциальиьй усилитель 8, индикатор 9 баланса моста переменного тока, масштабный усилитель 1Q, регистрирующее устройство t1. Устройство работает следующим образом. Мост 3 переменного тока каждого независимого канала питается от своего генератора 2 и источника 1 питания. В измерительное плечо моста 3 включают электроды датчика (не обозначены), которые в свою очередь закрегшяют на изусаемом животном или его подвижных органах .(частях). Напряжения со сравнительного и измерительного гшечей моста 3 поступают на развязывающие трансформаторы 4. Сигналы с вторичньгх об моток трансформаторов 4 попадают на систему балансировки моста 8 переме ного тока, где они, выпрямленные прецизионными диодами 5, поступают на интеграторы 6 и далее на входы дифференциального усилителя 8, на выходе которого получают разность амплитудных значений напряжений в сравнительном и измерительнс плечах моста 3 переменного тока. Мост балансируют переменным резистором в сравнительном плече моста по ин;ц1к тору нулевого уровня 9. Все дальней шие изменения проводимости измерительного плеча моста 3, обусловленн движением электродов датчика, закрепленного на биологическом объекте или движением органов, находящихся между электродами, или изменением сопротивления других датчиков, включенных в измерительное плечо мо та (дат.чики солености, температуры освещенности, скорости течения и т.д.), создают на вьпсоде масштабного усилителя 10 постоянное напряжение, подаваемое в зависимости от задач на различные регистрирующие устройства 11. На исследуемых биологических объектах закрепляют электроды датчиков (форма и размер электродов обусловлены задачей исследования, видом и размером животного), соединенных с измерительным плечом моста 3 тонкими легкими проводами (линия связи). Вследствие того, что металл датчяков погружен в проводящую среду (электролит), металл поляризуется, на границе металл-среда образуется двойной электрический слой. При прохождении переменного тока между электродами датчика такой слой проявляет свойства емкости. Потенциал поляризации, определяющий емкость, зависит от матерн(ала (драгоценные металлы имеют наименьший потенциал поляризации), формы электродов. Таким образом, в измерительнон плече моста 3 датчик обладает комплексным сопротивлением. Комплексное сопротивление среды вызьюает сдвиг фазы в измерительном плече моста 3 переменного тока, что затрудняет его балансировку по нулевому уровню. Компенсация сдвига фазы в измерительном плече моста 3 требует введения СЛОЯ31ЫХ и гр(1оэдких фазосдвигающих устройств. Однако в конкретных биологических исследованиях двигательной активности разных видоя животных требуются определенные конструкции датчиков. Например для изучения двигательной активности морского гребешка используют датчики в виде двух стальных пластин, закрепленных на створках его равокин. Другая форма датчиков - тонкие вольфрамовые иглы используются для регистрации сердцебиения этого моллюска. Форма датчиков, их материал длина линии связи их с аппаратурой могут меняться в втроких пределах, & следовательно, необходимо перестраивать фазосдвигаюасие устройства моста 3 в конкретном случав.Предлагаемая схема балансировки мосте 3 позволяет избежать таких трудностей. Схема работает следующим образом.

3 .

Напряжения со сравнительного и измерительного плечей моста 3 через раз вязьтающие трансформаторы 4 подаются на схему балансировки моста 3. Сигналы с вторичных обмоток развязьтающих трансформатор 4 выпрямляются малосигнальными диодами 5 и интегрируются в интеграторах 6. Малосигнальные диоды 5 применяют из-за того, что обычные диоды проявляют свойства диодов при напряжении вьше 0,3-0,7 В, а малосигнальные, вьтолненные на операционных усилителях, работают при напряжении ниже 1 мВ. Таким образом, при введении малосигнальных (прецизионных) диодов 5 и интеграторов 6 мост 3 переменного тока является высокочувствительным измерительньм мост.ом постоянного тока. Постоянные напряжения с плечей,моста 3 поступают на входы дифференциального усилителя 8 и вычитаются, на выходе дифференциального усилителя 8 получается постоянный сигнал рассогласования, теперь утке не зависящий от сдвига фазы напряжения в измерительном плече моста 3, и вращением ручки переменного резисторав сравнительном плече моста 3 он балансируется по нулевому уровню.

Одним из основных назначений предлагаемого устройства является о новременная регистрация двигательной активности нескольких животных. Для этого датчики, закрепленные на животных, должны быть электрически, не связаны, т.е. не должны влиять на работу один другого. Поэтому используют следующий тех р1ческий тфнем гальванической разв|язки каналов . Генераторы 2, питающие измеритепьные мосты 3 с датчиксж в из566354

мерительном плече, имеют гальванически не связанные блоки питания каждый из них имеет собственную обмотку на силовом трансформаторе 4, 5 что позволяет избежать непосредственной электрической связи меяду датчиками разных каналов (источники питания могут быть батарейного типа) .

10 При подключении регистрирз ющей аппаратуры, например четьфехканального самописца Н-338-4П, к выходу каналов гальваническая связь возникает между ними, так как средние

5 -:точки их питания соединяются с общей землей самописца. Чтобы избежать этогоj используют трансформ ; торы 4, которые гальванически развязывают каждый генератор 1 и

20 мост 3 от последующих каскадов. Последующие каскады всех каналов (малосигнальные диоды 5, дифференциальные усилители 10, нуль-индикатор 9) питаются от своего источника 7 питания, гальванически не связанного- с источником 1 питания генераторов который также имеет соответственную на / силовом трансформаторе-4. Средние точки источников t и 7 питания также изолированы одна от другой. Таким образом, только одновреъсенное использование этих двух приемов полностью устраняет гальваническую связь между датчика каналов,что позволяет вести.независимую одновременную регистращоо двигательной активности грутш животных.

Конкретное вьшолнекие устройства произведено на базе измеритеяьного моста переденногр тока с использованием оперз1щонньас у лителей (микросхем) типа 140УЯ1Б и

iMA725.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее генератор, соединенный с мосте переменного тока, масштабный усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целыо повышения точности исследования, оно снабжено дифференциальньм усилителем, двумя развязывающими трансформаторами, первичная обмотка одного из которых соединена со сравнительным плечом моста переменного тока, а первичная обмотка другрго - с измерительньм плечом моста переменного тока, к вторичньм обмоткам каждого трансформатора подключены соответственно последовательно соединенные детектор, выполненный на прецизионных диодах, и интегратор, причем выходам интеграторов подключены к входам (Л дифференциального усилителя, выход которого через масштабный усилитель соединен с регистратором.