Пристрій для вимірювання декремента електрошкірного опору

Пристрій для вимірювання декремента електрошкірного опору, що містить вимірювальний електрод з малою площею контакта, опорний електрод з великою площею контакта, з'єднаний із загальною заземленою шиною, автоматичний керований перемикач, вхід якого з'єднаний з виходом мультивібратора, два смугових високочастотних підсилювачі, виходами з'єднані з входами перемножувача, вихід якого підключений до фільтра нижніх частот, який відрізняє ться тим, що в нього додатково введені другий вимірювальний електрод з малою площею контакта, другий авто U 2 (19) 1 3 33011 лових шумів пропорційна опору ділянки, з якої знімається тепловий шум. Відомий пристрій для вимірювання декремента електрошкіряного опору [див. Патент України №53107А, МПК А61Н 39/00, 2003 p.], що містить вимірювальний і опорний електроди, які контактують зі шкірою пацієнта, диференціальний підсилювач, входи якого з'єднані з електродами, автоматичний перемикач, керований мультивібратором, вузькосмугові підсилювачі шумових напруг, балансовий змішувач, синхронний детектор і вольтметр. Покази вольтметра в цьому пристрої пропорційні квадрату теплових шумів ТА, з якою контактує вимірювальний електрод. Квадрат напруги теплових шумів відповідно до формули Найквиста пропорційний електричному опору, тому вимірювана напруга пропорційна ЕШО ТА. Недоліком пристрою є залежність результату виміру від температури ТА, тому що рівень теплового шуму однаковою мірою залежить як від опору, так і від температури ТА, що вносить велику похибку у результат виміру. Крім того треба вимірювати ЕШО поза ТА і обробляти результати двох вимірів. Відомий також пристрій для вимірювання декремента електрошкіряного опору [див. Деклараційний патент на корисну модель №6650, МПК А61В5/05, 2005 p.], що містить вимірювальний електрод з малою площею контакту, опорний електрод з великою площею контакту, з'єднаний із загальною заземленою шиною, автоматичний керований перемикач, вхід якого з'єднаний з виходом мультивібратора, два смугових високочастотних підсилювача, перемножувач, входами з'єднаний з виходами смугових високочастотних підсилювачів, а виходом підключений до фільтра нижніх частот. Крім того пристрій містить диференціальний розщеплювач, повторювач напруги, перетворювач струму в напругу, вхідний і вихідний мультиплексори, вибірковий підсилювач, синхронний детектор, аналого-цифровий перетворювач і мікроЕОМ. У відомому пристрої завдяки цифровій пам'яті і мікроЕОМ послідовно виконується два виміри, завдяки чому виключається вплив температури ТА на її ЕШО за рахунок виконання операцій поділу двох ци фрових кодів і добування з результату квадратного кореня. Однак нестабільність параметрів перетворювача шумового струму в напругу і неідентичність характеристик перетворювачів струму і напруги не забезпечують високу точність виміру. Крім того відомим пристроєм вимірюють абсолютне значення ЕШО і не передбачена можливість виміру ЕШО біля межи ТА для визначення декремента. В основу корисної моделі покладена задача створити такий пристрій для вимірювання декремента ЕШО, у якому шляхом введення нових елементів і зв'язків забезпечувався би прямий вимір декремента ЕШО біля меж точок акупунктури з підвищеною точністю, що дозволить із більшою вірогідністю оцінювати стан здоров'я людини без шкідливого впливу електричного струму на організм. Поставлена задача вирішується тим, що в 4 пристрій для вимірювання декремента електрошкіряного опору, що містить вимірювальний електрод з малою площею контакту, опорний електрод з великою площею контакту, з'єднаний із загальною заземленою шиною, автоматичний керований перемикач, вхід якого з'єднаний з виходом мультивібратора, два смугових високочастотних підсилювача, виходами з'єднані з входами перемножувала, вихід якого підключений до фільтра нижніх частот, згідно з корисною моделлю, в нього додатково введені другий вимірювальний електрод з малою площею контакту, др угий автоматичний керований перемикач, послідовно з’єднані підсилювач відеоімпульсів, логарифмічний перетворювач і згладжуючий резистор, два накопичувальних конденсатори, послідовно з'єднані між собою, диференціальний вольтметр, при цьому першій і другий вимірювальні електроди з малою площею контакту з'єднані з входами першого автоматичного керованого перемикача, вихід якого з'єднаний з високопотенційними входами смугових високочастотних підсилювачів, низькопотенційні входи яких з'єднані з загальною заземленою шиною, вихід фільтра нижніх частот підключений до підсилювача відеоімпульсів, згладжуючий резистор з'єднаний з входом другого автоматичного керованого перемикача, керуючий вхід якого з'єднаний з керуючим входом першого автоматичного керованого перемикача, а виходи - з накопичувальними конденсаторами, паралельно яким підключений диференціальний вольтметр, при цьому середня точка їх з'єднання приєднана до загальної заземленої шини. Введення в схему пристрою для виміру декремента електрошкіряного опору другого вимірювального електрода, другого автоматичного керованого перемикача, підсилювача відеоімпульсів, логарифмічного перетворювача, згладжуючого резистора, двох накопичувальних конденсаторів і диференціального вольтметра, включених зазначеним образом, дозволяє по черзі знімати інформацію про рівень теплових шумів як у самій точці акупунктури, так і поза нею. При цьому одночасне посилення напруги теплових шумів у заданій смузі пропущення двома однаковими підсилювачами з наступним її перемножуванням забезпечує формування постійної складової напруги, пропорційної електрошкіряному опору в кожній з порівнюваних точок на шкірному покрові людини незалежно від рівня власних шумів підсилювачів. Подальше посилення вихідного сигналу перемножувача у формі прямокутних відеоімпульсів і їхнє логарифмування дозволяє виділити інформацію про відношення порівнюваних опорів у логарифмічній формі. Для цього напруги відеоімпульсів роздільно запам'ятовують за допомогою двох накопичувальних конденсаторів, які комутуються другим автоматичним керованим перемикачем, а різницю запам'ятованих напруг вимірюють за допомогою диференціального вольтметра. Результат виміру відбиває декремент електрошкіряного опору біля меж точок акупунктури, виражений у логарифмічних одиницях, і незалежний від температури тіла людини і мінливості параметрів вимірювальної схеми порівняння, що дозволяє з високою вірогід 5 33011 ністю оцінювати стан здоров'я людини без шкідливого впливу електричного струму на його організм. На кресленні представлена функціональна електрична схема пристрою для вимірювання декремента електрошкіряного опору. Пристрій містить вимірювальні електроди 1 і 2 з малою площею контакту, опорний електрод 3 з великою площею контакту, з'єднаний із загальною заземленою шиною 4. Вимірювальні електроди 1, 2 з'єднані із входами автоматичного керованого перемикача 5, вихід якого з'єднаний з високопотенційними входами смугових високочастотних підсилювачів 6 і 7, низькопотенційні входи яких підключені до загальної заземленої шини 4. Перемножувач 8 своїми входами з'єднаний з виходами смугових високочастотних підсилювачів 6, 7, а до його виходу підключені послідовно з'єднані фільтр 9 нижніх частот, підсилювач відеоімпульсів 10, логарифмічний перетворювач 11 і згладжуючий резистор 12. Останній з'єднаний із входом другого автоматичного керованого перемикача 13, виходи якого з'єднані з послідовно з'єднаними накопичувальними конденсаторами 14 і 15, паралельно яким включений диференціальний вольтметр 16. Середня точка з'єднання 17 накопичувальних конденсаторів з'єднана із загальною заземлювальною шиною 4, а керуючі входи першого і другого автоматичних керованих перемикачів 5,13 з'єднані з виходом мультивібратора 18. Позицією 19 на кресленні позначена область точки акупунктури, яка розташована на шкірному покрові 20. Пристрій для вимірювання декремента електрошкіряного опору працює таким чином. На шкіряному покрові 20 обстежуваної людини в обрану точку акупунктури 19 накладають вимірювальний електрод 1 з малою площею контакту. Поза зоною ТА, але поблизу її, розміщають другий вимірювальний електрод 2 з малою площею контакту. Опорний електрод 3 з великою площею контакту розміщають на руці або нозі обстежуваного, залежно від розташування обраної ТА. Між вимірювальним електродом 1 і опорним електродом 3 діє електрична шумова напруга від теплових флуктуацій елементарних носіїв струму (електронів, іонів, диполів). Найбільший внесок у шумову напругу вносить високоомна ділянка електричного кола, яким є епідерміс. Якщо зневажити опором підшкірних тканин і опором шкіри в області контакту з опорним електродом, то середній квадрат напруги (дисперсія) теплового шуму 2 U1 = 4kT1DfR 1, (1) де k - постійна Больцмана; Т1 - термодинамічна температура; Df - смуга частот, у якій виміряється тепловий шум; R1 - електрошкіряний опір ТА. Аналогічна шумова напруга діє між вимірювальним електродом 2 і опорним електродом 3, дисперсія якої 2 U2 = 4kT2DfR 2, (2) де Т2 і R 2 температура і електрошкіряний опір біля межи ТА. Шумові напруги з дисперсіями (1) і (2) через автоматичний керований перемикач 5 по черзі 6 впливають на потенційні входи смугових високочастотних підсилювачів 6 і 7 щодо загальної заземленої шини 4. Смуга пропущення Df підсилювачів 6 і 7 вибирається в області високочастотних теплових флуктуацій (0,5... 1 МГц), що виключає вплив низькочастотного флікер-шуму ТА і промислових перешкод. Підсилені шумові напруги перемножуються в перемножувачі 8, а напруга пропорційна добутку усереднюється фільтром 9 нижніх частот. У результаті перемножування і усереднення шумових напруг утворюється постійна складова напруги, значення якої пропорційно середньому квадрату вимірюваної шумової напруги, тобто її дисперсії. При одному положенні автоматичного керованого перемикача 5 на виході фільтра 9 нижніх частот формується постійна напруга 2 2 U3 = K1 S1K 2U1 , (3) а при іншому положенні автоматичного перемикача 5 - напруга 2 U4 = K 2S1K 2 U2 , (4) 1 де К1 - коефіцієнт підсилення смугових високочастотних підсилювачів 6 і 7; S1 - крутість множного перетворення перемножувача 8; К2 - коефіцієнт передачі фільтра 9 нижніх частот. Власні шуми двох незалежних підсилювачів 6 і 7 між собою некорельовані, тому у виразах (3) і (4) відсутні їхні складові. Останнє обумовлено тим, що добуток напруг некорельованих шумів при досить великому усередненні прагне до нуля. При періодичних перемиканнях автоматичного керованого перемикача 5, що управляється прямокутними імпульсами мультивібратора 18, вихідна напруга фільтра 9 нижніх частот стрибкоподібно змінюється від значення (3) до значення (4) і навпаки. Тому вихідна напруга фільтра 9 нижніх частот являє собою послідовність прямокутних відеоімпульсів з амплітудами (3) і (4). Ця послідовність імпульсів підсилюється підсилювачем відеоімпульсів 10 і піддається логарифмічному перетворенню в логарифматорі 11. У результаті логарифмічного перетворення амплітуди відеоімпульсів приймають значення: U5 = S2lnK3U3, (5) U6 = S2lnK3U4, (6) де К3 - коефіцієнт підсилення підсилювача відеоімпульсів 10; S2 - крутість логарифмічного перетворення логарифматора 11. Далі імпульси з амплітудами (5) і (6) через згладжуючий резистор 12 надходять на вхід другого автоматичного керованого перемикача 13, що працює синхронно з автоматичним керованим перемикачем 5, тому що управляється тим же мультивібратором 18. У результаті імпульси з амплітудою (5) надходять на накопичувальний конденсатор 14 і заряджають його. Відповідно імпульси з амплітудою (6) надходять на накопичувальний конденсатор 15 і теж заряджають його. Роздільне накопичення зарядів конденсаторами 14 і 15 забезпечується тим, що середня точка їхнього послідовного з'єднання 17 заземлена і тим само 7 33011 з'єднана з загальною шиною 4. Згладжуючий резистор 12 утворює з накопичувальними конденсаторами 14 і 15 інтегруючі ланцюги, які з імпульсних послідовностей (5) і (6) виділяють постійні складові напруг: U7 = K4U5 = K4S 2lnK3U3, (7) U8 = K4U6 = K4S 2lnK3U4, (8) де К4 - коефіцієнт передачі (усереднення) інтегруючи х ланцюжків. Різниця постійних складових напруг (6) і (7) вимірюється диференціальним вольтметром 16 U9 = U8 - U7 = K 4S2(lnK3U4 - lnK3U3). (9) З огляду на те, що різниця логарифмів дорівнює логарифму відношення, U U9 = K 4S2 ln 4 . (10) U3 Підставивши у вираз (10) значення напруг U 4 і U3 з (4) і (3), а так само значення дисперсій (2) і (1), остаточно одержимо TR U10 = K 4S2 ln 2 2 (11) T1R1 Температура в зоні ТА і температура поблизу цієї зони практично однакові, тому можна вважати Т2 = T1 . У цьому випадку вимірювана напруга R U10 = K 4S2 ln 2 (12) R1 З виразу (12) слідує, що вимірювана напруга пропорційна логарифму відношення опорів поза зоною ТА і у самій зоні ТА і декремента може бути виражений у логарифмічних одиницях (децибелах або неперах). При цьому результат виміру не залежить не тільки від температур, але і від мінли 8 вості коефіцієнтів підсилення активних елементів схеми (К1, К3) і коефіцієнтів перетворення пасивних елементів (К2, S1). Таким чином, використання запропонованого пристрою для вимірювання декремента електрошкіряного опору в діагностичній техніці дозволяє: - оцінювати перепад (декремента) опорів на поверхні шкіри людини між високим опором епідермісу на більшій його частині до малого опору в його аномальних зонах, які пов'язані з акупунктурними впливами; - використовува ти для одержання інформації про значення декремента електрошкіряного опору замість зовнішньої електричної напруги внутрішні флуктуації електричних зарядів, інтенсивність яких пропорційна опору і температурі, що забезпечує повну безпеку діагностичних і лікувальних процедур; - підвищити точність вимірювання декремента електрошкіряного опору шля хом почергового періодичного перетворення двох шумових напруг одноканальною схемою порівняння з логарифматором, завдяки чому виключається вплив нестабільності параметрів елементів схеми порівняння і її власних шумів; - забезпечити відлік декремента електрошкіряного опору в логарифмічних одиницях при більших нерівностях опорів у точках акупунктури і поза ними, що істотно розширює динамічний діапазон порівнюваних опорів і забезпечує наочність і порівнянність результатів діагностики на всьому шкірному покрові. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 33011 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601