Пристрій для електрофізіологічних досліджень рослин

Пристрій для електрофізіологічних досліджень рослин, що містить два голчастих електроди, диференційний підсилювач, автоматичний ключ, керуючим входом підключений до виходу генератора прямокутної напруги, і мілівольтметр, який відрізняється тим, що в нього додатково введені мостова схема, в плечі якої включені магазин провід 3 плеч відношення електропровідність об'єкта визначається відомою формулою. У відомому пристрої на основі мостових вимірювальних схем є необхідність пропускання електричного струму через досліджуваний об'єкт від джерела живлення моста. Але пропускання струму через живу біологічну тканину викликає незворотні зміни в клітинах тканини, що сприймається рослиною як додатковий стрес та викликає реакцію збільшення електропровідності. Тому оцінити вплив внесеного негативного фактору на фоні апаратурного стресу в більшості випадків неможливо. Відомий також пристрій для електрофізіологічних досліджень рослин [див. Патент України №19353, МПК G01N33/483, 2006], що містить два голчатих електрода, диференційний підсилювач, автоматичний ключ, генератор прямокутної напруги, до виходу якого підключений керуючий вхід автоматичного ключа, і мілівольтметр. Крім того пристрій містить переналагоджуваний по частоті гетеродин, з'єднаний зі змішувачем частот, з виходом якого з'єднаний вуськосмуговий підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти і синхронний детектор. Різниця напруги між двома електродами підсилюється, фільтрується і вимірюється вольтметром, по котрому можна оцінювати різницю електричних потенціалів в скелетній частині рослини. Однак через відсутність електричного струму, протікаючого через симпласт рослини, неможливо отримати інформацію про його електропровідність. Тому за допомогою цього пристрою неможливо проводити комплексні дослідження фізіологічних процесів рослин, при яких необхідна інформація як про різницю електричних потенціалів кореневої частини рослини і зон стебла, так і електропровідності самого симпласту. В основу корисної моделі покладена задача створити такий пристрій для електрофізіологічних досліджень рослин, в якому шляхом введення нових елементів і зв'язків забезпечувалось би вимірювання обох електрофізичних параметрів рослин, а саме електропровідності симпласту рослини та різниці електричних потенціалів кореневої системи і стебла, що дозволить більш достовірно оцінювати вплив зовнішніх негативних факторів на стан рослини. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для електрофізіологічних досліджень рослин, який містить два голчатих електрода, диференційний підсилювач, автоматичний ключ, керуючим входом підключений до виходу генератора прямокутної напруги, і мілівольтметр, згідно з корисною моделлю, додатково введені мостова схема, в плечі якої включені магазин провідностей і два каліброваних резистори, два накопичувальних конденсатора, два допоміжних автоматичних ключа, резистор, інвертор і нуль-індикатор, при цьому голчасті електроди увімкнені у вимірювальне плече мостової схеми, в одну діагональ якої увімкнений автоматичний ключ, а друга діагональ з'єднана з прямим і інверсним входами диференційного підсилювача, вихід якого через резистор і допоміжні автоматичні ключі з'єднаний з накопичувальними конденсаторами, між якими увімкнений нуль 33009 4 індикатор, та паралельно яким - мілівольтметр, керуючі входи допоміжних ключів підключені до виходу генератора прямокутної напруги, один безпосередньо і другий через інвертор. Введення в схему пристрою для електрофізіологічних досліджень рослин мостової чотириплечої схеми з магазином провідностей і двома каліброваними резисторами, двох накопичувальних конденсаторів, двох допоміжних автоматичних ключів, допоміжного резистора, інвертора і нуль індикатора, включених зазначеним чином, дозволяє використовувати різницю електричних потенціалів рослини у якості напруги живлення мостової схеми. З допомогою диференційного підсилювача знімати напругу небалансу мостової схеми з одної діагоналі додатковими автоматичними ключами та накопичувальними конденсаторами з нульіндикатором, включеним між цими конденсаторами і допоміжним резистором. Фіксувати стан балансу мостової схеми по нульовому показанню індикатора при періодичних замиканнях і розмиканнях автоматичного ключа в другій діагоналі мостової схеми. Включення вольтметра паралельно накопичувальним конденсаторам і синхронна робота всіх автоматичних ключів забезпечує вимір обох електричних параметрів рослини без зовнішньої напруги мостової схеми з високою точністю. Все це дозволить більш достовірно оцінювати вплив зовнішніх негативних факторів на стан рослини. На креслені наведена електрична схема пристрою для електрофізіологічних досліджень рослин. З допомогою голчастих електродів 1 і 2 до мостової чотириплечої схеми 3 підключається досліджувана рослина. В мостову схему включені магазин провідностей 4 та калібровані резистори 5 і 6. В одну діагональ мостової схеми включений автоматичний ключ 7, до другої діагоналі мостової схеми підключений диференційний підсилювач 8 своїми прямим та інверсним входами. До виходу диференційного підсилювача 8 через резистор 9 підключені автоматичні ключі 10 і 11, а також накопичувальні конденсатори 12 і 13. Між накопичувальними конденсаторами включений нульіндикатор 14, а паралельно накопичуваним конденсаторам включений мілівольтметр 15. До керуючих входів автоматичних ключів 7 і 11 підключений генератор 16 прямокутної напруги, а керуючий вхід автоматичного ключа 10 підключений до виходу генератора 16 прямокутної напруги через інвертор 17. Пристрій для електрофізіологічних досліджень рослин працює таким чином . Під дією різниці електричних потенціалів D UX, яка знімається зі стовбура рослини голчастими електродами 1 і 2, при розімкнутому автоматичному ключі 7, в діагоналі мостової схеми 3 по елементам моста протікає контурний струм DU x I1 = (1) , R1 + R 2 + R 3 + R 4 1 - опір симпласту рослини, який оберgx нено пропорційний її електропровідності gx; де R1 = 5 33009 R2 і R3 - опір каліброваних резисторів 5 і 6, які утворюють плечі відношення мостової схеми; 1 - опір магазина провідностей 4. R4 = g0 Вихідна напруга мостової схеми 3, яка знімається з другої діагоналі цієї схеми, визначається падінням напруги від струму I 1, на магазині провідностей 4 і каліброваному резисторі 5: U1 = (R3 + R4 )I1 = R 3 + R4 DUx , R1 + R2 + R3 + R 4 (2) Напруга U1 підсилюється диференційним підсилювачем 8 і через резистор 9 і замкнутий ключ 10 заряджає накопичувальний конденсатор 12. Резистор 9 і накопичувальний конденсатор 12 виконують функцію електричного інтегратора, який згладжує напругу. Напруга на накопичувальному конденсаторі 12 досягає значення U2 = K 1K 2U1 = K 1K 2 R1 + R4 DUx , R1 + R 2 + R3 + R 4 (3) де К1 - коефіцієнт підсилення диференційного підсилювача 8; K2 - коефіцієнт передачі інтегратора 9, 10, який залежить від терміну замкнутого стану автоматичного ключа 10. При зміні полярності прямокутної напруги на виході генератора 16 автоматичні ключі 7 і 11 замикаються, а автоматичний ключ 10 розмикається. У результаті замикання діагоналі мостової схеми 3 автоматичним ключем 7 контурний струм мостової схеми збільшується до значення DU x , (4) I2 = R1 + R 4 При цьому падіння напруги на магазині провідностей 4 стає рівним: R4 U3 = I 2 R 4 = DU x , R1 + R 4 (5) На прямий і інверсний входи диференційного підсилювача 8 падіння напруги U3 впливає через паралельно включені калібровані резистори 5 і 6, які знеструмлені замкнутим автоматичним ключем 7. Опір паралельно включених резисторів 5 і 6 набагато менший вхідного опору Rвх диференційö æ R 2R 3 ного підсилювача 8 ç ÷ , тому підç R + R