Спосіб оцінки комфортності матеріалів для одягу

Спосіб оцінки комфортності матеріалів для одягу, який полягає в тому, що приводять у контакт вимірювальний електрод з біологічно активною точкою на руці або нозі людини, охоплюють опорним електродом нижню частину вибраної кінцівки, знімають відносно опорного електрода шумову напругу біологічно активної точки, підсилюють її, вимірюють постійну складову напруги, пропорційну дисперсії шумової напруги у вибраній 3 26268 4 ромагнітна складова комфортності одягу, а точристики цих шумів. Виділення зі спектра електричність виміру градієнтів температури і вологості них шумів за допомогою резонансних ланцюгів низька через малу чутливість підігрівних термопар шумових струмів дробового характеру дає можлидо коливань вологості. Спосіб не враховує вплив вість як би заглянути усередину організму людини матеріалів одягу на психоемоційний стан людини, і виміряти інтенсивність клітинних струмів за рівщо є найважливішого складового відчуття комфонем флуктуації їхніх середніх значень. Перетвортності одягу. рення виділених дробових шумових струмів у проВідомий також спосіб оцінки комфортності мапорційні напруги дозволяє підсилювати їх теріалів для одягу [див. Скрипник Ю.О., Супрун типовими підсилювачами, яким властиві власні Н.П., Холоденко В.М. Електрофізіологічні методи шуми, які часто порівнянні з вимірюваними шумаоцінки комфортності одягу. Повід. 2 // Вісник ми. Перемноження посилених напруг і наступне КНУТД. - 2005, - №5. – С.152-159], який полягає в інтегрування добутку посилених напруг придушує тому, що приводять у контакт вимірювальний елевплив власних шумів підсилювачів і дозволяє одектрод з біологічно активною точкою на руці або ржати постійну складову напруги, пропорційну нозі людини, охоплюють опорним електродом нитільки кореляційному моменту порівнюваних шужню частину вибраної кінцівки, знімають відносно мових напруг. Обчислення коефіцієнта кореляції опорного електрода шумову напругу біологічно дозволяє оцінити ступінь статистичного зв'язку активної точки, підсилюють її, вимірюють постійну шумів вибраних біологічно активних точок. По складову напруги, пропорційну дисперсії шумової отриманому коефіцієнту кореляції можна судити напруги у вибраній смузі частот та визначають про ступінь синхронізації клітинних струмів у ткакомфортність матеріалу для одягу. Крім того, вінинах і органах людини. Оцінка комфортності мадомий спосіб включає операцію визначення електеріалів для одягу по ступені синхронізації клітинтрошкіряного опору в біологічно активних точках них струмів дозволяє об'єктивно враховувати тіла людини, по якому і оцінюють вплив різних ткавплив тканин різної структури і складу на стан люнин на стан організму. дини без проведення тривалих клінічних досліВ основу корисної моделі покладена задача джень. створити такий спосіб оцінки комфортності матеріНа кресленні представлена функціональна алів для одягу, в якому шляхом введення нових схема, за допомогою якої реалізується пропоноваоперацій забезпечувалось би підвищення достовіний спосіб. рності оцінки комфортності матеріалів для одягу До вимірювальних електродів 1 і 2 схеми чепо енергетичному і психоемоційному стану органірез конденсатори 3 і 4 підключені первинні обмотзму людини без проведення клінічних досліджень. ки підвищувальних трансформаторів 5 і 6. ВторинПоставлена задача вирішується тим, що в ні обмотки цих трансформаторів з'єднані із спосіб оцінки комфортності матеріалів для одягу, входами підсилювачів напруги 7 і 8, виходи яких який полягає в тому, що приводять у контакт виміз'єднані із входами множного блоку 9. До виходу рювальний електрод з біологічно активною точкою множного блоку підключені послідовно з'єднані на руці або нозі людини, охоплюють опорним елеінтегратор 10, аналого-цифровий перетворювач 11 ктродом нижню частину вибраної кінцівки, знімаі цифровий індикатор 12. ють відносно опорного електрода шумову напругу До складу схеми також входить опорний елекбіологічно активної точки, підсилюють її, вимірютрод 13, з'єднаний із загальною заземленою шиють постійну складову напруги, пропорційну дисною 14. Позицією 15 позначений шкірний покрив персії шумової напруги у вибраній смузі частот та людини, з яким контактують зазначені електроди. визначають комфортність матеріалу для одягу, Зі шкірним покривом безпосередньо взаємодіє згідно з корисною моделлю, приводять у контакт досліджуваний матеріал 16. другий вимірювальний електрод з іншою вибраСутність пропонованого способу полягає в наною біологічно активною точкою та вимірюють ступному. другу постійну складову напруги, виділяють за Вплив зовнішніх факторів на людину, включадопомогою двох резонансних ланцюгів, налагоючи реакцію його організму на склад і властивості джених на частоту релаксації іонних носіїв клітинматеріалу одягу, проявляється в зміні інтенсивноних струмів, дробові шумові струми порівнюваних сті мікрострумів на клітинному рівні. Ці струми є біологічно активних точок, перетворюють виділені наслідком переносу електричних зарядів іонами дробові шумові струми в шумові напруги, які підряду розчинних речовин (кальцію, калію та ін.) силюють двома незалежними підсилювачами начерез мембрани клітин, що забезпечує необхідний пруг, перемножують підсилені напруги, інтегрують електричний потенціал мембран у процесі метаперемножені напруги і вимірюють третю постійну болізму клітин організму. Негативні впливи на люскладову напруги, а комфортність матеріалів для дину відбиваються на значеннях цих струмів, елеодягу визначають по відношенню третьої постійної ктричному потенціалі мембран клітин і знижують складової напруги до середньо-пропорційного біоенергетичний потенціал організму, що погіршує значення першої і другої постійних складових насамопочуття і відчуття комфорту. пруг. Однак, контролювати стан організму безпосеВведення в спосіб оцінки комфортності матередньо за рівнем клітинних струмів практично неріалів для одягу операції по розміщенню другого можливо без хірургічного втручання в тканини і вимірювального електрода на іншій вибраній біооргани людини. Але, з огляду на те, що іонний логічно активній точці дозволяє поряд з виміром струм має дискретну структуру, внаслідок чого дисперсії електричних шумів кожної з порівнювачисло іонів, що проходять через мембрани клітин них точок визначити взаємні статистичні характев одиницю часу, флуктує, можливе і дистанційне 5 26268 6 індукційне зняття інформації про значення клітин1 C1 = 2 . (5) ного струму. Для цього вимірювальні електроди 1 і w0L1 2 розташовують в вибраних біологічно активних При виконанні співвідношення (5) на первинточках {БАТ1 і БАТ2) на не покритих тканиною 16 них обмотках трансформаторів 5 і 6 виникають ділянках шкіри людини 15. Звичайно зручно вибирезонансні напруги, пропорційні шумовим струрати БАТ на кінцівках - руках, ногах або на голові, мам, що резонують, порівнюваних БАТ. які як правило оголені. Як відомо, БАТ мають виПредставимо шумові напруги U1(t) й U2(t) на соку електропровідність у порівнянні із сусідніми первинних обмотках трансформаторів 5 і 6 у комділянками шкіри, що дозволяє фіксувати флуктуаплексному вигляді: ції іонного струму у вигляді шумового струму у & & вимірювальних електродах. При цьому розкид U1 = S1DI1, миттєвих значень (флуктуацій) струму і підкоря& = S DI , & U2 2 2 ється гауссовому закону розподілу & & де DI1 й D I 2 - комплексні амплітуди флуктуа(i - I0 ) 2 1 2s2 , (1) W (i) = exp ції іонних струмів; S1=S2 - крутість резонансного s 2p перетворення струму в напругу. де I0 - середнє значення флуктуючого струму; Середній квадрат шумового струму DI 2 або s 2 - дисперсія флуктуації струму. Такий розподіл властивий електричним шумам дробового характеру, що породжується флуктуаціями руху іонних носіїв електричних зарядів. Енергетичний спектр S( w ) дробового шуму, як відомо, визначається формулою Шоттки: S( w) = 2eI 0G2 , (2) -19 2 де е - заряд електрона (1,6×10 Кл); Г - коефіцієнт депресії, що характеризує вплив просторового заряду іонної атмосфери, яка оточує електрично заряджену мембрану клітини. На частотах, коли період релаксації іонів стає порівнянний із часом проходження іонами внутрішньоклітинного простору, вираз (2) необхідно доповнити коефіцієнтом частотної депресії М2( w t0 ), де t0 - час життя зарядженого іона. Значення t0 має порядок 10-3...10-1с залежно від рухливості іонів, тому енергетичний спектр флуктуації іонного струму залежить від частоти: (3) S( w) = 2eI0 G2M2 ( w t0 ), а його максимум лежить в діапазоні звукових частот. Вираз (3) вказує на те, що спектр іонного шуму нерівномірний і максимум його має місце в області частот релаксації іонних носіїв струму ( w t0 =1). Тому виділення слабких шумових струмів раціонально проводити за допомогою резонансних ланцюгів, настроєних на частоту релаксації. Для цього вимірювальний електрод 1 через конденсатор 3, а вимірювальний електрод 2 через конденсатор 4 з'єднують із первинними обмотками підвищувальних трансформаторів 5 і 6. Ємності конденсаторів 3 і 4 вибирають однаковими з умови послідовного резонансу з індуктивностями первинних обмоток трансформаторів 5 і 6: 1 jw0L 1 + = 0, (4) jw0 C1 де w 0 - кругова частота послідовного резонансу; L1=L2 - індуктивності первинних обмоток трансформаторів 5 і 6; С1= С2 - ємність конденсаторів 3 і 4. При рівності комплексних опорів обмотки трансформатора і конденсатора на частоті резонансу маємо: його дисперсія s 2 визначається його енергетичним спектром (3) у смузі частот D w , що залежить від добротності резонансного ланцюга: 2 (8) DI = s 2 = 2eI 0G 2M 2 ( w t0 )Dw. На підставі співвідношення (8) можна затверджувати, що шумові резонансні напруги, які виникають на обмотках трансформаторів 5 і 6 і пропорційні резонансним шумовим струмам в БАТ1 і БАТ2, відбивають середні значення клітинних струмів I01 i I 02 . Тому перехід від виміру середніх значень струмів до їхніх випадкових відхилень від середніх значень виключає необхідність безпосереднього виміру внутрішніх струмів організму людини на клітинному рівні. Контроль за станом організму можна проводити по зовнішнім змінним (флуктуаційним) струмам, що індуктуються у БАТ шкірного покриву людини. Напруги (6) і (7) навіть при резонансному підсиленні флуктуаційного струму досить малі (частки мікровольт), тому що середнє значення клітинних струмів не перевищує сотень або навіть десятків наноампер. Тому напруги на вторинних обмотках трансформаторів 5 і 6 порівнянні із власними шумами електричних підсилювачів напруги 7 і 8. З урахуванням власних шумів підсилювачів напруги 7 і 8 підсилені шумові напруги на їхніх виходах можна представити у вигляді суми комплексних напруг: & & & U3 = k 1k 3 (U1 + UШ1), ( 9) & = k k (U + U ), & & U (10) 4 2 4 2 Ш2 де k1-k2 - коефіцієнти трансформації підвищувальних трансформаторів 5 і 6; k3=k4 - коефіцієнти підсилення підсилювачів & & напруги 7 і 8; UШ1 і UШ2 - комплексні напруги власних шумів підсилювачів напруги 7 і 8. Посилені шумові напруги (9) і (10) перемножуються в множному блоці 9, а їхній добуток усереднюється в інтеграторі 10. Усереднена напруга являє собою скалярний добуток двох комплексних напруг: & & & (11) U = mU U , 5 3 4 де m - масштабний коефіцієнт множного перетворення. Підставляючи у вираз (11) напруги (9) і (10) і 7 26268 8 перемножуючи їх, одержуємо: Відповідно до цього 2 & & & & & & & & & ÷ 2 2 2 & & (14) U5 = mk 1 k 2 æ U1U2 + U1UШ2 + U1UШ1 + UШ1UШ2 ö. (12) U1U2 = R U1 U2 + RS1 DI1 DI 2 , 3ç 2 2 è ø де R - коефіцієнт кореляції (ступінь синхроніВласні шуми двох незалежних підсилювачів зації) флуктуючих клітинних струмів (дробових напруги 7 і 8, як відомо, між собою некорельовані. 2 Тому їхній добуток при досить великому часі усешумів); DI1 i DI 2 - дисперсії дробових шумових 2 & & реднення дорівнює нулю ( U U = 0 ). Напруги струмів БАТ і БАТ . Ш1 Ш2 1 & & вимірюваних шумів ( U1 i U2 ) також некорельовані із шумами власних підсилювачів напруги 7 і 8, то& & му їх добутки також дорівнюють нулю ( U U = 0 і 1 Ш2 & & & & U2UШ1 = 0 ). Шумові напруги U1 i U2 у певній мірі між собою корельовані внаслідок синхронізації внутрішньоклітинних процесів, що протікають у єдиному організмі людини. З урахуванням сказаного постійна складова напруги на виході інтегратора & & & U = mk2k 2U U > 0, (13) 6 1 3 1 2 Усереднений добуток двох комплексних шумових корельованих напруг пропорційний середньоквадратичним значенням цих напруг і коефіцієнту кореляції, що відбиває тісноту зв'язку (ступінь синхронізації) двох випадкових процесів (дробових шумів) двох біологічних активних точок. N12 = U'5 = mk 2k2 U2, 1 1 3 2 свою ( ) 2 U1 = S1 DI мовому 2 U1 2 ( ) 2 S1 DI 2 2 U6 = mk 1 k 2R DI1 DI 2 . 3 2 чергу (18) квадрат шумової напруги з урахуванням (8) пропорційний шуструму 2 2 2 2 2S1 e G1 M 1 ( wt0 )DwI 01. Постійна складова квадратованої напруги U'5 перетворюється за допомогою аналого-цифрового перетворювача 11 у цифровий сигнал, що надходить на цифровий індикатор 12. При цьому на цифровий N12 N1N 2 = (15) Якщо в отриманий вираз підставити значення дисперсій шумових струмів відповідно до (8), то 2 2 U6 = mk1 k2S1 Re G1G2M1( w t0 )Dw I01I02 . 3 (16) де Г1, Г2, М1( w t0 ), М2( w t0 ) - середньоквадратичні значення коефіцієнтів просторової і частотної депресії шумових струмів в БАТ1 і БАТ2; I01 i I 02 - середні значення клітинних струмів, що визначають шуми БАТ1 і БАТ2. Постійна напруга (16) за допомогою аналогоцифрового перетворювача 11 перетворюється в цифровий код, що виводиться на цифровий індикатор 12. За показниками індикатора 12 визначають значення постійної напруги I I U6 2 2 = 2mk1 k 2S1 Re G1G2 M1( wt0 )M 2 ( wt0 )Dw 01 02 , 3 q q де q - одиниця молодшого розряду аналогоцифрового перетворювача 11; N12 - цифрове значення вимірюваної постійної напруги. З метою одержання числового значення коефіцієнта кореляції R проводяться додаткові виміри дисперсії дробових шумів у кожній з порівнюваних точок БАТ1 і БАТ2. Для цього електрод 2 з'єднують із електродом 1, яким торкаються БАТ1. У цьому випадку відповідно до виразу (12) усереднена напруга на виході інтегратора 10 пропорційна середньому квадрату шумової напруги, тобто відбиває її дисперсію: У 2 Підставивши добуток (14) у вираз (13), одержимо (17) індикатор 12 виводиться код: I 01 (19) . q де Dw - смуга частот, обумовлена добротністю резонансного ланцюга; N1 - цифрове значення обмірюваної напруги. Далі електрод 1 з'єднують із електродом 2, яким торкаються БАТ2. У цьому випадку напруга на виході інтегратора 10 стає пропорційною дисперсії шумової напруги в БАТ 2: (20) U' '5 = mk 2k 2 U2 , 2 3 2 2 2 2 2 2 N1 = 2mk1 k 3 S1 eG1 M1 (w t0 )Dw Покази цифрового індикатора 12 змінюються до значення I02 (21) . q Комфортність матеріалів для одягу оцінюють по ступеню синхронізації дробових шумів у порівнюваних біологічно активних точках, яка пропорційна коефіцієнту кореляції цих шумів. Коефіцієнт кореляції підраховується за формулою 2 2 2mk1 k 2 S1 Re G1G2 M1( wt0 )M 2 ( wt0 )Dw 3 2 2 2 2 N2 = 2mk1 k 3 S1 eG2 M 2 ( w t0 )Dw 2 I01I02 q I01 I02 2 2 2 2 2 2 2 2mk1 k 2S1 eG1 M1 ( wt0 ) Dw 2mk 1 k2 S1 eG2 M 2 ( wt0 )Dw 3 3 2 q q =R (22) 9 26268 де N12 - цифрове значення постійної складової напруги при порівнянні дробових шумів двох біологічно активних точок; N1, N2 - цифрові значення постійних складових напруг, пропорційних дисперсіям дробових шумів у кожній з порівнюваних біологічно активних точок. За числовим значенням коефіцієнта кореляції R між різними БАТ можна об'єктивно судити про фізичний і емоційний стан людини, що здійснює дослідне носіння одягу з досліджуваних матеріалів. Сприятливий вплив матеріалу одягу приводить до збільшення коефіцієнта кореляції R в порівнянні з початковим значенням цього коефіцієнта. Навпаки негативний вплив матеріалів, особливо синтетичними або оброблених агресивними барвниками, позначається в зниженні коефіцієнта кореляції. Таким чином, запропонований спосіб забезпечує більш достовірну оцінку комфортності матеріалів для одягу без проведення клінічних досліджень і зовсім нешкідливий для організму людини. Комп’ютерна верстка О. Рябко 10 Дослідження показали, що зростання первісного значення коефіцієнта кореляції з 0,6...0,7 одиниць до 0,75...0,8 свідчить про високу якість матеріалів, використовуваних для виготовлення одягу. Це як правило тканини з натуральних волокон (бавовна, льон, вовна та ін.). Зменшення коефіцієнта кореляції до 0,5...0,55 вже свідчить про шкідливий вплив матеріалів на організм. Це властиво найчастіше синтетичним матеріалам (капрону, лавсану та ін.)- Одержати коефіцієнт кореляції більше 0,8...0,85 практично неможливо через вплив теплових шумів у БАТ організму, які викликаються флуктуаціями електронів на молекулярному рівні. Теплові шуми різних БАТ між собою не корельовані і не впливають на коефіцієнт кореляції дробових шумів. У той же час теплові шуми збільшують дисперсію сумарних шумів у кожній з порівнюваних БАТ, що приводить до зниження коефіцієнта кореляції, що обчислюється по запропонованій формулі. Підписне Тираж 26 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