Анализ системы контроля за обработкой микрообъектов животных акустическими колебаниями

УДК 621.301.

Н. П. КУНДЕНКО, канд. техн. наук

Харьковский национальный университет сельского хозяйства (НТУСХ) им. П. Василенко, г. Харьков

АНАЛИЗ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗА ОБРАБОТКОЙ МИКРООБЪЕКТОВ ЖИВОТНЫХ АКУСТИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ

Проведено анализ основных параметров элементов системы измерения диэлектрической проницаемости растворов с микрообъектами сельскохозяйственных животных

Проведено аналіз основних параметрів елементів системи виміру діелектричної проникненостірозчинів з мікрооб'єктами сільськогосподарських тварин.

Постановка проблемы

При исследовании состояния биологических объектов, находящихся под воздействием различных физических факторов, немаловажное значение имеет выбор метода для контроля состояния биологических объектов в данное время. Взаимодействие физических факторов с биологическими системами связано с их физическими и химическими изменениями [4, 5].

Под этими изменениями следует понимать: нагрев биообъектов, разрыв химических связей, изменение окраски, изменение электрофизических свойств, биологическую реакцию на воздействие.

Таким образом, для измерения параметров биологических объектов можно применять следующие методы: световые, теплофизические, электрофизические, физико-химические. Из многочисленных методов измерения параметров биологических объектов внимания заслуживают диэлькометрические методы. Метод диэлектрометрии в настоящее время позволяет: определять параметры гидратного окружения биополимеров и их компонентов (количество воды, прочно связанной в структуре, количество воды, связанной на опушке макромолекулы); изучать изменения конформации при различных факторах воздействия (физиологически активных добавках, температуре и т. п.); идентифицировать функционально значимые изменения конформации при взаимодействиях макромолекул в модельных системах (например, фермент-субстратном связывании); исследовать функционально значимые изменения конформаций компонентов клеток в функционально активном состоянии (например, при лиганд-рецепторном взаимодействии); выявлять роль пространственной структуры в изучаемом биологическом процессе; находить специфические внутримолекулярные взаимодействия, приводящие к конкретным конформационным перестройкам; исследовать процессы функционирования биополимеров в тканях .

Цель статьи анализ основных параметров элементов системы измерения диэлектрической проницаемости растворов с микрообъектами сельскохозяйственных животных

Основная часть

В процессе контроля за обработкой микрообъектов животных акустическими колебаниями нами был выбран метод измерения сдвига резонансной частоты оптического резонатора (ОР) при помещении в его объем ячеек с различными образцами. Для этого использовался метод сравнения. При этом частота измерялась относительно реперной точки.

Функциональная схема системы измерения приведен на рис. 1, а общий вид на рис. 2.

В качестве репера будем использовать эталонный резонатор, в который помещается ячейка с исходным веществом. Применение эталонного резонатора позволяет также исключить влияние нестабильности частоты задающего генератора 1, в качестве которого используется ЛПД четырехмиллиметрового диапазона длин волн, на результаты измерений. А для измерения сдвигов резонансной частоты будем использовать частотно-модулированный (ЧМ) сигнал,

пропуск^ает^і^^іі через резонатор [1-3].

Частота генератора 1 -пжнт онрертраиватсря оп упннйнп—а закону в дпаоазпнн ±75

МГц с оп—пщсю варактпра 2, вкуюзнннпгп в цнос пбратнпй связп гнннратпра. Для этпгп на варактпр опдантся опуппбразнпн наоряжннпн. А зтпбмі опуузптс абсплютнмй масштаб застптм на ЛПД опдантся нщн —пдуупрующнн наоряжннпн застптпй Е = 60 МГц пт вшспкпзастптнпгп гнннратпра Г4-107. Дуя кпнтрпуя застптм этпгп гнннратпра в сан—у вкуюзнн унпвнрсауснмй —аупгабарптнмй зартптп—но Ч3-57. Это орпвпдпт к опявуннпю в сонктрн пзуузннпя ЛПД бпкпвма частот, птстпящпа на внупзпну Е пт ннсущнй. Всундствпн застптнпй —пдууяцпп спгнада гнннратпра 1 спгнау на взіаодн эталпннпгп рнзпнатпра буднт п—нтс впд трна узкпа опкпв, как опказанп на рпс. 2.

Дуя развязкп гнннратпра 1 с нагрузкпй в тракт СВЧ вкуюзнн вннтпус 5, п—нющпй оря—мн оптнрп 0,3 дБ п пбратнмн 29 дБ в опупсн частот 75±1,5 ГГц. Дуя кпнтрпуя застптм задающнго гнннратпра в сан—н орндар—птрнн дпопунптнуснмй канау, пбразпваннмй наоравунннм— птвнтвптнун— 6, п—нющп— онрнапднпн псуабуннпн 22 дБ в опупсн орпоусканпя вннтпуя, опуярпзацппнн^і— пз—нрптнуснм— аттннюаторо— 7, впунп—нрп— 8, днтнктпоп— 9, широкоnоуоснзш успуптнун— 10 (У3-29) п орциууографо— 11 (С1-75). В

четвертом плече направленного ответвителя установлена согласованная нагрузка 12. Сигнал с выхода направленного ответвителя поступает на двойной волноводный тройник 13, где разделяется пополам.

Рис. 2. Сигнал на выходе эталонного резонатора

Одна часть сигнала возбуждает эталонный резонатор, а другая - измерительный. Оба резонатора идентичны. Они образованы сферическими и плоскими зеркалами, апертуры которых равны 60 мм. Радиусы кривизны R сферических отражателей равны 110 мм. Диаметры круглых волноводов, расположенных в центрах плоских зеркал, равны 24 мм. Элементы связи обоих резонаторов представляют собой плавные переходы с пониженного сечения 3,6x0,14 мм на основное сечение волновода 3,6х1,8 мм. Расстояния, на котором они расположены относительно центров сферических зеркал, определяются максимальным значением напряженности электрического поля возбуждаемых в обоих резонаторах колебаний ТМ0137 и равны 9,4 мм.

Первоначально в оба резонатора на поршни в круглых волноводах помещаются измерительные ячейки 14, имеющие одни и те же геометрические размеры. В момент резонанса сигнал с выхода эталонного резонатора через поляризационный измерительный аттенюатор 7 поступает на детекторную секцию 9. Далее сигнал с выхода широкополосного усилителя 10 (У3-29) заводится на осциллограф 11. Аналогичным образом сигнал с выхода измерительного резонатора через поляризационный измерительный аттенюатор 7, детекторную секцию 9, широкополосный усилитель 10 (У3-29) также поступает на осциллограф 11. Путем механической перестройки одного из резонаторов добиваемся совпадения их резонансных частот. Благодаря этому мы исключаем всякие механические неточности, связанные с изготовлением резонаторов. В качестве следующего шага заменяем ячейку 14 в измерительном резонаторе на ячейку 15, вещество в которой имеет другие электрофизические параметры. Следовательно, резонансная частота измерительного ОР станет другой. И ее сдвиг относительно частоты эталонного резонатора можно оценить на экране осциллографа, поскольку мы знаем абсолютный масштаб частоты благодаря боковым меткам (см. рис. 2). Для более точного определения сдвига резонансной частоты измерительного ОР в схему включены дополнительные элементы. Диаграмма напряжений для соответствующих точек схемы (а, б, в, г, д), приведенной на рис. 1, показана на рис. 3.

Границы девиации несущей частоты ЛПД определяются резонансами эталонного резонатора (см. рис. 3а), которые возникают в тот момент, когда несущая или одна из боковых частот спектра ЛПД будут равны частоте его вынужденных колебаний /эт (см.

рис. 3б). Сигнал от эталонного резонатора поступает на варактор 2, что в итоге приводит к противоположному направлению изменения несущей частоты. Следовательно, величина

девиации частоты ЛПД равна частоте модуляции Е, поступающей от генератора высокочастотных сигналов Г4-107. В том случае, когда частота ЛПД проходит полосу пропускания измерительного резонатора, на усилитель 9 поступает сигнал, имеющий форму частотной характеристики резонатора (см. рис. 3в).

Рис. 3. Диаграммы напряжений для соответствующих точек блок-схемы,

приведенной на рис. 1.

Первая производная этого сигнала обращается в нуль в момент совпадения несущей частоты ЛПД с частотой вынужденных колебаний измерительного резонатора (см. рис.Зг). Поэтому в измерительную схему включено устройство дифференцирования частотной характеристики 16. Далее сигнал поступает на дискриминатор 17, в котором вырабатывается напряжение, пропорциональное расстоянию между репером и точкой, в которой изменяется знак первой производной частотной характеристики измерительного резонатора. Это напряжение и характеризует изменение резонансной частоты ОР с ячейкой 15. Все сигналы поступают на блок управления 18, к которому подключается персональный компьютер и генератор синхронизирующих импульсов 19.

Вывод

Для контроля за обработкой на микрообъектов КРС перед их криоконсервацией, которые обеспечивали бы устойчивость микрообъектов к низким температурам и повышали их оплодотваряемость после размораживания акустическими колебаниями, необходимо использовать метод измерения сдвига резонансной частоты оптического резонатора (ОР).

Спксокьитератфры

1. Вертий А. А. Экспериментальное исследование характеристик открытых резонаторов в цилиндрсческвхо/олвчкахЕА. А.Вертий, В. Н.Деикеч,Н. А.Понинко1идр.]ГГУкраит)кий фиеииескийжурнал. - 1978. - Т. 23, N° 10. - С. 1666-1672.

2. Андраров В. П. Вльаени еа эффектнвносьавозИеоадерамоткрыиого аеевеьтоии его аввьахтров р с^і^^ии волноводом/Андриеов В.П.(Кузьмичев И.К.-Харько в: Ин-т рад ио физики и электроники АН УССР, 1987. - 30 с. - (Препринт / АН УССР, Ин-т радиофизики и электрониаи; Е°С50).

В.БулгаччиБ. М.Меиодизмериния тффек-ивнос-и вртбуждения и вывода энергии в открытых иеаеиаеирах/ Б. М.БунгакоВ(М.П. Нвта.фв, В.Н. Саревахив // ПриТа;ы итехниии

экирврнменеа.о 1 еег.-№ф.и С.вв8- 120.

4.БексонохА. Е.Информтциореая медиииии/А.Е.Б)гсонов, Е^имвікоса. - ЬВг Пасус, 20 ЄЗ.обаВе

5.Каменгкае М. чу. Инфирмационная.иалогнр /М.А.Камгиоква.хМ.; Аиодемит, 200]. - 36^ с.

THE MONITORING SNSTEMANATASTS NEHTNP PRNCESSFNGOF MICRNONJECTS GF ANTMALS TYACOUSEIC FLUCTUATIOOS

N. P. KUNDENKO, Cand. Tech. Scie.

It is carried out the analysis of key parameters of elements of system of measurement of dielectric permeabilityof solotionswith microobjects ofagricultural animals

no ctynHjieB eefllкaнIo28.05 2ai2г.