УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
DEVICE FOR CONTROL OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF BIOLOGICAL OBJECTS

Устройство для контроля электропроводности биологических объектов относится к измерительной технике и может быть использовано для определения уровня проводимости электрического тока биологическими тканями человека и животных, а также растениями.
Известно устройство для контроля электропроводности биологических тканей и жидкостей, включающее первый электрод и второй электрод, подключенные к блоку контроля электропроводности, содержащему источник питания (авторское свидетельство SU 1116373). Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостаток этого устройства заключается в том, что оно имеет низкие функциональные возможности, связанные с недостаточным объемом средств объективного контроля, что препятствует использованию устройства, например, людьми с нарушением функции органов зрения, и с необходимостью использования измерительной камеры, что не позволяет проводить контроль электропроводности биологических объектов in situ.
Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля электропроводности биологических объектов, включающем первый электрод и второй электрод, подключенных к блоку контроля электропроводности, содержащему источник питания, блок контроля электропроводности включает модуль преобразования электрического сигнала в звуковой, к которому подключено устройство воспроизведения звука.
Существует вариант, в котором первый электрод и второй электрод выполнены соответственно из первого фрагмента и второго фрагмента, причем первый фрагмент и второй фрагмент представляют собой токопроводящую ткань и содержат соответственно первый элемент крепления и второй элемент крепления.
Существует вариант, в котором первый электрод и второй электрод, каждый выполнен в виде плоского элемента с острийными выступами.
Существует вариант, в котором первый электрод и второй электрод выполнены из токопроводящего пластика.
Существует вариант, в котором первый электрод и второй электрод, каждый выполнен в виде металлической шайбы, обмотанной токопроводящей нитью.
Существует вариант, в котором первый электрод и второй электрод, каждый выполнен в виде плоской токопроводящей пластины, защищенной со всех сторон мягкой влагопроницаемой тканью.
Существует вариант, в котором второй электрод выполнен в виде элемента, изменяющего свое электрическое сопротивление при механическом воздействии и изготовленный из фрагмента токопроводящей резины.
Существует вариант, в котором устройство дополнительно содержит третий электрод, четвертый электрод, пятый электрод, шестой электрод, седьмой электрод и восьмой электрод, при этом третий электрод через первый корректирующий резистор подключен ко второму электроду, четвертый электрод через второй корректирующий резистор подключен ко второму электроду, пятый электрод через третий корректирующий резистор подключен ко второму электроду, шестой электрод через четвертый корректирующий резистор подключен ко второму электроду, седьмой электрод через пятый корректирующий резистор подключен ко второму электроду, а восьмой электрод через шестой корректирующий резистор подключен ко второму электроду.
На фиг. 1 изображена схема устройства в общем виде.
На фиг. 2 изображен вариант выполнения электродов из токопроводящей ткани.
На фиг. 3 изображен вариант выполнения электродов с острийными выступами.
На фиг. 4 изображен вариант выполнения электродов из металлических шайб, обмотанных токопроводящей нитью.
На фиг. 5 изображен вариант выполнения электродов из токопроводящих пластин, защищенных со всех сторон мягкой влагопроницаемой тканью.
На фиг. 6 изображен вариант выполнения электродов из токопроводящей резины.
На фиг. 7 изображен вариант устройства с восемью электродами.
Устройство для контроля электропроводности биологических объектов включает первый электрод 1 (фиг. 1) и второй электрод 2, подключенные к блоку контроля электропроводности 3, содержащему источник питания 4. Блок контроля электропроводности 3 включает модуль преобразования электрического сигнала в звуковой 5, к которому подключено устройство воспроизведения звука 6. В качестве источника питания 4 можно использовать элемент питания с номинальным напряжением от 1,5 до 5 Вольт. В качестве модуля преобразования электрического сигнала в звуковой 5 можно использовать электрическую схему, в которой частота звукового сигнала на выходе зависит от величины электрического сопротивления в диапазоне 50 кОм - 5 МОм, подключаемого на входе. В качестве устройства воспроизведения звука 6 можно использовать либо непосредственно усилитель низкой частоты (УНЧ), с подключенным к нему громкоговорителем, наушниками или пьезоизлучателем, либо устройство, включающее воспроизведение звука определенной частоты или определенного музыкального фрагмента или произведения, записанного на цифровом носителе, например SD карте, и входящем в состав устройства воспроизведения звука 6, в зависимости от частоты входного сигнала. Частота входного сигнала может быть в диапазоне от 20 Гц до 22000 Гц.
Существует вариант, в котором первый электрод 1 (фиг. 2) и второй электрод 2 выполнены соответственно из первого фрагмента 7 и второго фрагмента 8. В одном случае первый фрагмент 7 и второй фрагмент 8 представляют собой токопроводящую ткань, которая может быть свернута в трубку, и содержат соответственно первый элемент крепления 9 и второй элемент крепления 10. Первый элемент крепления 9 и второй элемент крепления 10 в этом случае могут быть выполнены в виде ленты Velcro, и могут закрепляться на пальцах человека, контроль электропроводности которого производится, например, во время бега или физических упражнений. В другом варианте первый фрагмент 7 и второй фрагмент 8 представляют собой токопроводящую ткань в виде элементов имеющих прямоугольные или квадратные формы (не показаны). Первый элемент крепления 9 и второй элемент крепления 10 в этом случае могут быть выполнены в виде ленты Velcro, и могут закрепляться на одежде, прилегающей к телу человека, контроль электропроводности которого производится, например, во время бега или физических упражнений.
Существует вариант, в котором первый электрод 1 и второй электрод 2, каждый выполнен в виде плоского элемента 11 с острийными выступами 12 (фиг. 3). Плоские элементы 11 могут иметь диаметр 10-50 мм и быть выполненными из металла, например из алюминия, или другого материала с высокой электропроводимостью. Острийные выступы 12 могут иметь высоту 2-30 мм, быть выполненными из металла, например из алюминия, или другого материала с высокой электропроводимостью и обеспечивать хороший электрический контакт при вставлении электродов 1 и 2 в биологический объект, например во фрукт или овощ, электропроводность которого контролируется.
Существует вариант, в котором первый электрод 1 и второй электрод 2 выполнены из токопроводящего пластика. В качестве токопроводящего пластика можно использовать токопроводящий ABS-пластик, применяемый для печати на 3D принтере.
Существует вариант, в котором первый электрод 1 (фиг. 4) и второй электрод 2, каждый выполнен в виде металлической шайбы 13, обмотанной токопроводящей нитью 14. В качестве металлической шайбы 13 можно использовать стандартное метизное изделие из стали 12Х18Н10Т с внутренним диаметром 2-10 мм и внешним диаметром 5-20 мм. В качестве токопроводящей нити 14 можно использовать жгут из проводящих волокон из нержавеющей стали. Количество витков токопроводящей нити 14 на металлической шайбе 13 должно быть не менее трех.
Существует вариант, в котором первый электрод 1 (фиг. 5) и второй электрод 2, каждый выполнен в виде плоской токопроводящей пластины 15, защищенной со всех сторон мягкой влагопроницаемой тканью 16. Токопроводящая пластина 15 может иметь размеры 20 мм × 20 мм и быть выполнена из фольги или тонкого листа металла, например меди. В качестве влагопроницаемой ткани 16 можно использовать медицинскую марлю. Влагопроницаемая ткань 16 может быть наклеена на токопроводящие пластины 15 влагостойким клеем, например Тайтбондом, либо сшита по периметру.
Существует вариант, в котором второй электрод 2 (фиг. 6) выполнен в виде элемента 17, изменяющего свое электрическое сопротивление при механическом воздействии и изготовленный из фрагмента токопроводящей резины. Элемент 17 может представлять собой цилиндрический продолговатый фрагмент диаметром 2 мм и длиной 15-50 см. В качестве токопроводящей резины можно использовать термостойкую резину марки Темп-120.
Существует вариант, в котором устройство дополнительно содержит третий электрод 20 (фиг. 7), четвертый электрод 21, пятый электрод 22, шестой электрод 23, седьмой электрод 24 и восьмой электрод 25. При этом третий электрод 20 через первый корректирующий резистор 26 подключен ко второму электроду 2. Четвертый электрод 21 через второй корректирующий резистор 27 подключен ко второму электроду 2. Пятый электрод 22 через третий корректирующий резистор 28 подключен ко второму электроду 2. Шестой электрод 23 через четвертый корректирующий резистор 29 подключен ко второму электроду 2. Седьмой электрод 24 через пятый корректирующий резистор 30 подключен ко второму электроду 2. Восьмой электрод 25 через шестой корректирующий резистор 31 подключен ко второму электроду 2. Электроды 2, 20, 21, 22, 23, 24 и 25 могут быть выполнены в виде клавиш или кнопок из материала с высокой электропроводностью, например алюминия, и установленных в корпусе (не показано). Величина сопротивления резисторов 26, 27, 28, 29, 30 и 31 может быть в диапазоне от 10 Ом до 20 мОм и подбирается таким образом, чтобы при прикосновении к определенному электроду воспроизводилась звуковая частота, соответствующая частоте нотного звукоряда.
Устройство работает следующим образом: при контакте электродов 1 и 2 с биологическим объектом, модуль преобразования электрического сигнала в звуковой 5 генерирует электрический сигнал, частота которого зависит от величины контролируемой электропроводности. Этот электрический сигнал поступает на устройство воспроизведения звука 6, которое либо непосредственно воспроизводит соответствующую звуковую частоту через громкоговоритель, пьезоизлучатель или наушники, либо включает воспроизведение звука определенной частоты или определенного музыкального фрагмента или произведения.
То, что в устройстве для контроля электропроводности биологических объектов, включающем первый электрод 1 и второй электрод 2, подключенные к блоку контроля электропроводности 3, содержащему источник питания 4, блок контроля электропроводности 3 включает модуль преобразования электрического сигнала в звуковой 5, к которому подключено устройство воспроизведения звука 6 приводит к тому, что контроль электропроводности биологического объекта производится без необходимости визуального наблюдения за показаниями цифровых или стрелочных измерительных приборов, а также к обеспечению возможности получения звукового сигнала определенной частоты или воспроизведения определенного музыкального фрагмента или произведения в зависимости от величины электропроводности контролируемого биологического объекта. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства и его применению людьми с нарушением функции органов зрения; в ситуациях, когда ограничена или отсутствует возможность визуального контроля показаний стрелочных или цифровых измерительных приборов; в сфере сельского хозяйства и биоакустике.
То, что первый электрод 1 и второй электрод 2 выполнены соответственно из первого фрагмента 7 и второго фрагмента 8, причем первый фрагмент 7 и второй фрагмент 8 представляют собой токопроводящую ткань и содержат соответственно первый элемент крепления 9 и второй элемент крепления 10 приводит к тому, что обеспечивается возможность закрепления электродов на пальцах человека или на одежде, прилегающей к телу человека, и соответственно, возможность звукового контроля интенсивности потоотделения, например, во время бега или физических упражнений. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства.
То, что первый электрод 1 и второй электрод 2, каждый выполнен в виде плоского элемента 11 с острийными выступами 12 приводит к тому, что электроды могут быть вставлены легко и без значительных нарушений поверхности, например, в овощ, фрукт или другое растение. При этом устройство по настоящему изобретению может использоваться либо для звукового контроля в реальном времени стадии роста или спелости, которым соответствуют определенные значения электропроводности растения; либо для воздействия на контролируемый биологический объект на определенной стадии его роста звуком соответствующей частоты или соответствующим музыкальным фрагментом или произведением. Например, на ранних стадиях роста растения устройство воспроизведения звука включает классическую музыку, а на более поздних - тяжелый рок. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства.
То, что первый электрод 1 и второй электрод 2 выполнены из токопроводящего пластика приводит к тому, что электроды могут быть распечатаны на 3D принтере, иметь минимальные размеры и конфигурацию практически любой сложности. Это позволяет увеличить диапазон контролируемых биологических объектов, в частности, растений и животных, и приводит к расширению функциональных возможностей устройства.
То, что первый электрод 1 и второй электрод 2, каждый выполнен в виде металлической шайбы 13, обмотанной токопроводящей нитью 14 приводит к тому, что площадь и надежность контакта при касании электродов, например подушечками пальцев, возрастает. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства за счет повышения удобства эксплуатации.
То, что первый электрод 1 и второй электрод 2, каждый выполнен в виде плоской токопроводящей пластины 15, защищенной со всех сторон мягкой влагопроницаемой тканью 16 приводит к тому, что электроды могут быть помещены на дно детской коляски или кроватки, и устройство по настоящему изобретению может быть использовано для звуковой сигнализации степени влажности ткани, на которой находится тело младенца. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства.
То, что второй электрод 2 выполнен в виде элемента 17, изменяющего свое электрическое сопротивление при механическом воздействии и изготовленный из фрагмента токопроводящей резины приводит к тому, что подсоединенный к электроду 1 и к элементу 17 биологический объект, например овощ или фрукт, который свободно вертикально свисает под собственным весом на элементе 17, подвергаясь процессу сушки, изменяет свою электропроводность и свой вес и из-за потери воды, при этом происходит сжатие токопроводящей резины, и соответственно изменение электрического сопротивления цепи «биологический объект - элемент 17». Благодаря этому появляется возможность контроля процесса сушки биологического объекта, как по изменению его вертикального положения, так и по звуку, излучаемому устройством воспроизведения звука 6. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства.
То, что устройство дополнительно содержит третий электрод 20, четвертый электрод 21, пятый электрод 22, шестой электрод 23, седьмой электрод 24 и восьмой электрод 25, при этом третий электрод 20 через первый корректирующий резистор 26 подключен ко второму электроду 2, четвертый электрод 21 через второй корректирующий резистор 27 подключен ко второму электроду 2, пятый электрод 22 через третий корректирующий резистор 28 подключен ко второму электроду 2, шестой электрод 23 через четвертый корректирующий резистор 29 подключен ко второму электроду 2, седьмой электрод 24 через пятый корректирующий резистор 30 подключен ко второму электроду 2, а восьмой электрод 25 через шестой корректирующий резистор 31 подключен ко второму электроду 2 приводит к тому, что, учитывая, что величина сопротивления резисторов подбирается таким образом, чтобы при прикосновении к определенному электроду воспроизводилась звуковая частота, соответствующая частоте нотного звукоряда, а сами электроды могут маркироваться, например определенным цветом, устройство по настоящему изобретению может представлять собой музыкальный инструмент, на котором человек, не знающий нотной грамоты, например ребенок возраста 2-3 лет, способен сыграть мелодию, имея перед собой лишь схему-последовательность соответствующих цветов. Это приводит к расширению функциональных возможностей устройства за счет добавления к нему обучающей функции.