Пристрій для дослідження випромінювання біологічного об’єкта

Номер патенту: 7929

Опубліковано: 15.07.2005

Автори: Холоденко Вероніка Миколаївна, Скрипник Юрій Олексійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, що містить індукційний давач, виходи якого з'єднані з диференційним розщеплювачем симетричної напруги, два широкосмугових підсилювачі, перемножувач, перший фільтр нижніх частот і автоматичний потенціометр, причому вхід одного з широкосмугових підсилювачів з'єднаний з одним виходом диференційного розщеплювача, виходи широкосмугових підсилювачів з'єднані з входами перемножувача, а його вихід з'єднаний з першим фільтром нижніх частот, який відрізняється тим, що в нього введені інвертор, автоматичний перемикач, мультивібратор, вибірковий підсилювач, синхронний детектор і другий фільтр нижніх частот, причому інший вихід диференційного розщеплювача симетричної напруги з'єднаний з входом іншого широкосмугового підсилювача через послідовно з'єднані інвертор та автоматичний перемикач, причому до останнього підключений вихід мультивібратора, який з'єднаний з синхронним детектором, вихід першого фільтра нижніх частот з'єднаний з автоматичним потенціометром через послідовно з'єднані вибірковий підсилювач, синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот.

Текст

Пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, що містить індукційний давач, виходи якого з'єднані з диференційним розщеплювачем симетричної напруги, два широкосмугових підсилювачі, перемножувач, перший фільтр нижніх частот і автоматичний потенціометр, причому вхід одного з широкосмугових підсилювачів з'єднаний з одним виходом диференційного розщеплювача, виходи широкосмугових підсилювачів з'єднані з входами перемножувача, а його вихід з'єднаний з першим фільтром нижніх частот, який відрізняється тим, що в нього введені інвертор, автоматичний перемикач, мультивібратор, вибірковий підсилювач, синхронний детектор і другий фільтр нижніх частот, причому інший вихід диференційного розщеплювача симетричної напруги з'єднаний з входом іншого широкосмугового підсилювача через послідовно з'єднані інвертор та автоматичний перемикач, причому до останнього підключений вихід мультивібратора, який з'єднаний з синхронним детектором, вихід першого фільтра нижніх частот з'єднаний з автоматичним потенціометром через послідовно з'єднані вибірковий підсилювач, синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот Корисна модель відноситься до медичної техніки і може бути використана для оцінки енергетичного балансу біологічних об'єктів, переважно людини Відомий пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта [див А с №1378814, МПК А61В5/10, бюл №9, 1988], що містить джерело високовольтних імпульсів, конденсаторні давачі, покриті люмінофором, і блоки зчитування і візуалізаци зображення При цьому біооб'єкт, наприклад палець руки людини, розміщують між обкладинками конденсатора і на організм людини впливають високовольтними імпульсами Про енергетичний баланс судять по ефективності СВІ Відомий пристрій не потребує зовнішнього імпульсного впливу, тому що давач виконаний у вигляді контурної рамки, на виході якої виникає індукційна напруга від високочастотних біострумів, яка пропорційна енергії, що випромінюється біологічним об'єктом Так як вихідна напруга давача дуже мала (частки мікровольт), то її важко підсилити і виділити на тлі власних шумів блоку реєстрації, що призводить до низької роздільної здатності відомого пристрою, що не дозволяє досліджувати тонку структуру випромінювання біологічного об'єкта Відомий також пристрій для дослідження випромінювання біологічного об єкта [Патент України №70167А, МПК А61В5/05 бюл №9, 2004], що містить індукційний давач, виходи якого з'єднані з диференційним розщеплювачем симетричної напруги, два широкосмугових підсилювачі, перемножувач, перший фільтр нижніх частот і автоматичний потенціометр, при цьому вхід одного з широкосмугових підсилювачів з'єднаний з одним виходом диференційного розщеплювала, виходи широкосмугових підсилювачів з'єднані з входами перемножувача, а його вихід з'єднаний з першим фільтром нижніх частот ТІННЯ біооб'єкту Пристрій шкідливо впливає високовольтними імпульсами на живі організми, які стимулюють їхнє СВІТІННЯ Відомий пристрій для дослідження випромінювання біологічного [див А с №1627128, МПК А61В5/05, бюл №6, 1991], що містить індукційний давач, виходи якого через блок узгодження з'єднані з блоком реєстрації Блок узгодження виконаний у вигляді диференційного вузла на польових транзисторах з відкритими стоками, що є виходами блоку узгодження О) CM О) 7929 У відомому пристрою значним є вплив корельованих шумів двох широкосмугових підсилювачів, які підсилюють розщеплені протифазні напруги. Це викликано тим, що перемножуються посилені напруги, до складу яких входять власні як некорельовані так і корельовані шуми цих підсилювачів. На відміну від некорельованих шумів, усереднений добуток корельованих шумів не дорівнює нулю, а дає постійну складову. Тому на виході перемножувача з'являється постійна складова, яка пропорційна не тільки індукційній напрузі давача, а й корельованим шумам підсилювачів, що знижує роздільну здатність та точність вимірювання випромінювання об'єкта. В основу корисної моделі покладена задача створити такий пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, в якому шляхом введення нових елементів і зв'язків між ними виключився б вплив корельованих шумів широкосмугових підсилювачів, що забезпечить підвищення роздільної здатності та точності вимірювання випромінювання біооб'єкта. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, що містить індукційний давач, виходи якого з'єднані з диференційним розщеплювачем симетричної напруги, два широкосмугових підсилювачі, перемножувач, перший фільтр нижніх частот і автоматичний потенціометр, при цьому вхід одного з широкосмугових підсилювачів з'єднаний з одним виходом диференційного розщеплювача, виходи широкосмугових підсилювачів з'єднані з входами перемножувача, а його вихід з'єднаний з першим фільтром нижніх частот, згідно з корисною моделлю, в нього введені інвертор, автоматичний перемикач, мультивібратор, вибірковий підсилювач, синхронний детектор і другий фільтр нижніх частот, при цьому інший вихід диференційного розщеплювача симетричної напруги з'єднаний з входом іншого широкосмугового підсилювача через послідовно з'єднані інвертор та автоматичний перемикач, причому до останнього підключений вихід мультивібратора, який з'єднаний з синхронним детектором, вихід першого фільтра нижніх частот з'єднаний з автоматичним потенціометром через послідовно з'єднані вибірковий підсилювач, синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот. Введення в схему пристрою для дослідження випромінювання біологічного об'єкта інвертора, автоматичного перемикача та мультивібратора, з'єднаних зазначеним чином, дозволяє отримати на виході перемножувача напругу пропорційну індукційній напрузі давача, яка має полярність, що періодично змінюється. Крім цієї напруги, на виході перемножувача присутня напруга корельованих шумів широкосмугових підсилювачів, які підсилюють розщеплені протифазні напруги. Корельовані шуми широкосмугових підсилювачів дають незмінну постійну складову. За допомогою вибіркового підсилювача, синхронного детектора, другого фільтра нижніх частот формують постійну складову напруги тільки з напруги зі змінною полярністю. Таким чином, можна виділити інформативну постійну складову напруги, пропорційну енергії випромінення біологічного об'єкта незалежно від рівня власних корельованих шумів широкосмугових підсилювачів, що підвищує роздільну здатність та точність пристрою до випромінення біологічного об'єкта. На Фіг.1 приведена функціональна схема пристрою для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, на Фіг.2 зображена електрична схема давача. Пристрій містить індукційний давач 1 (Фіг.1), диференційний розщеплювач 2 симетричної напруги на операційних підсилювачах 3 і 4, інвертор 5, автоматичний перемикач 6, широкосмугові підсилювачі 7 і 8, перемножувач 9, фільтр 10 нижніх частот, вибірковий підсилювач 11, синхронний детектор 12, другий фільтр 13 нижніх частот, автоматичний потенціометр 14, мультивібратор 15. Індукційний давач 1 виконаний у вигляді контурної рамки (Фіг.2), виходи якого (а і б) з'єднані з входами диференційного розщеплювача 2 симетричної напруги, виконаного на двох операційних підсилювачах 3 і 4. Вихід операційного підсилювача 4 з'єднаний з інвертором 5, до прямого та інверсного виходів якого підключений автоматичний перемикач 6, а вихід операційного підсилювача З підключений до широкосмуговою підсилювача 7, вихід автоматичного перемикача 6 з'єднаний з входом широкосмугового підсилювача 8. Виходи широкосмугових підсилювачів 7 і 8 з'єднані зі входами перемножувача 9, до виходу якого через послідовно з'єднані фільтр 10 нижніх частої, вибірковий підсилювач 11, синхронний детектор 12, другий фільтр 13 нижніх частої підключений автоматичний потенціометр 14. Мультивібратор 15 підключений до керуючих входів автоматичного перемикача 6 та синхронного детектора 12. Пристрій працює таким чином. До поверхні давача 1 прикладають долоню обстежуваної людини. Па виході індукційного давача 1, виконаного у вигляді контурної рамки, наводиться слабка індукційна напруга, яка пропорційна випромінюванню людини. Вихідна напруга індукційного давача 1, симетрична щодо землі, надходить на входи диференційного розщеплювача 2 симетричної напруги, який виконаний на двох операційних підсилювачах 3 і 4 з від'ємним зворотним зв'язком по кожному інверсному входу. Це забезпечує високий вхідний опір диференційного розщеплювача 2 симетричної напруги і формування двох вихідних лінійних напруг із протилежними знаками. Якщо вихідну, симетричну щодо землі, напругу давача представити в комплексному виді 0 і , то комплексні несиметричні напруги на виходах диференційного розщеплювача матимуть вигляд: (1) (2) де ki=k2 - коефіцієнти передач каналів диференційного розщеплювача. Напруги (1) і (2) дуже малі (частки мікровольт) і за рівнем такі ж як і власні шуми широкосмугових підсилювачів 7 і 8. Тому на виході широкосмугового підсилювача 7 наявна сума комплексних напруг посиленої напруги U2 та власних шумів Омі широкосмугового підсилювача 7: 7929 (3) 10 присутня незмінна постійна складова напруги Ю присуі кз - коефіцієнт підсилення широкосмугового підсилювача 7. На виході широкосмугового підсилювача 8 напруга U5 в залежності від положення контактів автоматичного перемикача 6 приймає значення: (Ug + U-|o ) і складова з полярністю, що змінюється періодично з частотою перемикань автоматичного перемикача 6. Таким чином, з тимчасової послідовності напруг (8) і (9) можна виділити інформативну знакозмінну напругу прямокутної форми вибірковим підсилювачем 11, який налаштований на частоту перемикань автоматичного перемикача 6: U5=k4{U3+UN2), або (4) U5 = k 4 ( - U 3 + U[\j 2 ), (5) де кз=к4 - коефіцієнт підсилення широкосмугового підсилювача 8; - власні шуми широкосмугового підсилювача 8 у комплексному виді. Посилені напруги (3), (4) та (5) перемножуються в перемножувачі 9. Вихідна напруга перемножувача 9 при одному положенні автоматичного перемикача 6 має вигляд: U 6 = m U 4 U 5 = mk 3 k4(U 2 + U N 1 ) ( U 3 + U N 2 ) , (6) де m - масштабний коефіцієнт перемножувача 9. При іншому положенні автоматичного перемикача 6 одержуємо таку вихідну напругу перемножувача 9 U 6 =mU 4 U5 = m k 3 k 4 ( U 2 + U N 1 ) ( - U 3 + U N 2 ) , (7) Добуток напруг (6) і (7), який по черзі усереднюється фільтром 10 нижніх частої, містить корельовані та некорельовані між собою складові. Це призводить до утворення постійної складової напруги, так як середнє, значення добутку некорельованих напруг за достатньо великий час усереднення наближається до нуля, а добуток корельованих напруг дає постійну складову напруги. Індукційна напруга на виході давача є шумонодібною. тому що являє собою суперпозицію біострумів різної частоти. Ця напруга не корельована із шумами підсилювачів (U2U|sj2 = 0 , U 3 UN-| = ° )• Напруги 0 2 і 0 3 є корельованими, тому що формуються з одної шумоподібної напруги п-|. Крім того власні шуми смугових підсилювачів 7 і 8 мають корельовану і некорельовану складові. Усереднена напруга на виході фільтра нижніх частот 10: де I r + Ug (8) + U 9 + U-| о , U7 = О) - середній квадрат вихідної напруги ін дукційного давача 1; Ug - напруга зсуву нуля перемножувача 9; U-JO = mk3k4k5rUf\j-|UN2 " напруга, яка містить добуток корельованих власних складових шумів широкосмугових підсилювачів 7 і 8; г - коефіцієнт кореляції власних шумів широкосмугових підсилювачів 7 і 8; k - коефіцієнт передачі фільтру 10 нижніх частот. Таким чином, на виході фільтра нижніх частот де sign sin 27tFt - прямокутна напруга типу «меандр»; F - частота перемикань автоматичного перемикача 6; кб - коефіцієнт передачі вибіркового підсилювача 10; - низькочастотні шуми, що потрапляють в смугу пропускання вибірковою підсилювача 11. Ця напруга надходить на вхід синхронного детектора 12, який керується, як і автоматичний перемикач 6, мультивібратором 15. Випрямлена напруга надходить на другий фільтр 13 нижніх частот, де виділяється постійна складова напруги U1 3 (t) = (11) де k7 - коефіцієнт передачі фільтра 13 нижніх частот. Напруга, пропорційна середньому квадрату вихідної напруги індукційного давача 1(11), реєструється автоматичним потенціометром 14. Так як ця величина характеризує його потужність, то напруга, що реєструється автоматичним потенціометром 14, пропорційна енергії, яка випромінюється біологічним об'єктом незалежно від рівня, як корельованих, так і некорельованих, шумів смугових підсилювачів 7, 8 та інших елементів вимірювальної схеми. За рахунок виділення знакозмінної складової на тлі паразитних постійних складових напруги підвищується точність вимірювання випромінювання біологічного об'єкта. Приклад Дослідження запропонованої схеми показали можливість реєстрації слабких випромінювань від 13 14 2 біологічних об'єктів на рівні 10" -10' Вт/см у діапазоні частот 0,5-10МГц при коефіцієнті підсилення кожного із широкосмугових підсилювачів ЄОдБ. Вхідний диференційний розщеплювач симетричної напруги та інвертор виконані па операційних підсилювачах AD8131, а в якості перемножувача напруг використана множна мікросхема 525ПСЗ. Автоматичний перемикач виконаний на чотирьохканальному диференційному ключі КР590КН4. Частота перемикань мультивібратора вибрана порівняно низькою (25Гц) для забезпечення необхідного часу усереднювання першою фільтра нижніх частот, на таку частоту налаштований вибірковий підсилювач. Параметри другого фільтра нижніх частот забезпечують час усереднення напруги, що реєструють, до Зс, відносна похибка вимірювання потужності випромінювання не перевищує ±1,5%. Роздільна здатність пристрою склала 510"15В2/см2. В пристрої використаний автоматичний потенціометр типу "КСП 4". 7929 г — I l -о, r г M Сjі X у! в 10 і,. і—11 J I1" >! ^ —j .... > t — G Фіг. 1 7УУІ ФІГ. 2 Комп ютерна верстка Л Литвиненко Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Device for studying radiation emitted by biological object

Автори англійською

Skrypnyk Yurii Oleksiiovych, Kholodenko Veronika Mykolaivna

Назва патенту російською

Устройство для исследования излучения биологического объекта

Автори російською

Скрипник Юрий Алексеевич, Холоденко Вероника Николаевна

МПК / Мітки

МПК: A61B 5/05

Мітки: об'єкта, пристрій, біологічного, випромінювання, дослідження

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-7929-pristrijj-dlya-doslidzhennya-viprominyuvannya-biologichnogo-obehkta.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для дослідження випромінювання біологічного об’єкта</a>

Подібні патенти