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Reoplethysmograph an Transistoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Elektronik im Alltag Bei der Beurteilung des Zustands des menschlichen Herz-Kreislauf-Systems verwenden die moderne Medizin und Biologie häufig die Technik der sogenannten Impedanz-Reopletismographie (Registrierung von Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des menschlichen Körpers). Die Rheoplethysmographie wird zur Untersuchung sowohl der zentralen als auch der peripheren Zirkulation verwendet. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Untersuchung selbst den Zustand des Untersuchungsobjekts praktisch nicht verändert. Der elektrische Widerstand zwischen beliebigen Teilen des menschlichen Körpers ist ein komplexer volumetrischer Widerstand, dessen vereinfachtes Ersatzschaltbild für Wechselstrom in Abb. eines. Die Kapazität Se-t tritt zwischen den Oberflächen der Elektroden und den an die Innenseite der Haut angrenzenden Geweben auf. Die Haut, insbesondere das Epithel, hat einen sehr hohen spezifischen Widerstand und ist das Dielektrikum von Set-Kondensatoren. Die unter der Haut liegenden Gewebe werden bedingt als homogen in der Struktur akzeptiert. Sie werden in Form der Elemente St und Rt dargestellt. Die Kapazitäten der Se-t-Kondensatoren hängen von den dielektrischen Eigenschaften der Haut, ihrem Zustand (z. B. Feuchtigkeit) und der Fläche der aufgebrachten Elektroden ab.
Der Wert der Kapazität wird durch den Wert des Polarisationseffekts bestimmt, der mit zunehmender Frequenz abnimmt. Bei Frequenzen über 80–100 kHz wird das Polarisationsphänomen praktisch nicht beobachtet und die Kapazität der Kondensatoren St ist klein. Daher können wir davon ausgehen, dass die Leitfähigkeit des Gewebes im Bereich dieser Frequenzen nur einen aktiven Anteil hat. Die absoluten Werte des Widerstands von lebendem Gewebe sind instabil, hängen jedoch von einer Reihe von Gründen ab, die oft schwer zu berücksichtigen sind. Dementsprechend sind sie von Interesse. keine absoluten Widerstandswerte, sondern seine relativen Änderungen von einem Anfangsniveau. Gegenwärtig kann als erwiesen gelten, dass die elektrische Leitfähigkeit von lebendem Gewebe hauptsächlich durch den Grad seiner Durchblutung bestimmt wird. Dies liegt daran, dass Blut (hauptsächlich sein Plasma) eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Anhand der elektrischen Leitfähigkeit von lebendem Gewebe bei hohen Frequenzen kann man also die Blutfüllung einzelner Organe oder Körperteile beurteilen. Die Forschungstechnik heißt Rheopletismographie und manchmal nur Rheographie. Das nachfolgend beschriebene Gerät, Reoplethysmograph genannt, dient der Untersuchung schneller geringfügiger Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit von lebendem Gewebe, die Pulsschwankungen der Blutfüllung widerspiegeln, sowie langsamer (ab 0 Hz) Änderungen der Blutfüllung, beispielsweise während des Atmens . Reoplethysmograph ist ein tragbares Präfix für Transistoren für jeden Kardiographen (bei der Aufzeichnung von Pulsoszillationen der Blutfüllung). Vom Ausgang dieses Aufsatzes kann auch Spannung an den Schreiber angelegt werden (z. B. H373). Betriebsfrequenz 150 kHz. Die Ausgangsspannung beträgt mindestens 2 mV bei einer Widerstandsänderung von 50 Ohm. um 0,1 %. Die Frequenzbereiche der Ausgangsspannung am Ausgang 1-4 betragen 0,2-150 Hz und am Ausgang 2-3 0-150 Hz. Schematische Darstellung Das Funktionsprinzip des Reoplethysmographen wird durch ein Blockschaltbild veranschaulicht (Abb. 2). Der untersuchte Bereich des lebenden Gewebes ist mit einem der Brückenarme verbunden, der mit Wechselstrom mit einer Frequenz von 150 kHz gespeist wird. Die Brücke ist so abgeglichen, dass die HF-Spannung auf ihrer Diagonale minimal ist.
Änderungen der Leitfähigkeit des Untersuchungsobjekts führen zu einer Modulation der HF-Spannung am Ausgang der Brücke gemäß dem Gesetz der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Untersuchungsobjekts. Die modulierte HF-Spannung wird verstärkt und erfasst. Als Ergebnis der Detektion wird eine modulierende NF-Spannung freigesetzt, die dem Aufzeichnungsgerät zugeführt wird. Das schematische Diagramm des Reopletismographen ist in Abb. 3 dargestellt. 1. Der HF-Generator wird über einen Transistor T1 gemäß einer kapazitiven Rückkopplungsschaltung hergestellt. Der Schwingkreis ist im Kollektorkreis des Transistors enthalten, seine Resonanzfrequenz wird durch die Induktivität der Spule L2 und die Gesamtkapazität der Kondensatoren C3 - C2 bestimmt. Die Tiefe der positiven Rückkopplung hängt von dem Verhältnis der Kapazitäten der Kondensatoren C3-C2 und dem Widerstandswert des Widerstands R1 ab. Die Basis des Transistors ist durch Wechselstrom (über den Kondensator CXNUMX) geerdet.
Der nach diesem Schema zusammengebaute Generator hat eine hohe Frequenzstabilität, das Design seiner Schleifenspulen ist einfach und die Einstellung bereitet keine Schwierigkeiten, da die Reihenfolge, in der die Spulenleitungen eingeschaltet werden, nicht ausgewählt werden muss. Von Spule L1 wird Hochfrequenzspannung an die Messbrücke angelegt. In der linken, unteren, gemäß dem Schema, Schulter der Brücke, in Reihe mit den Elementen C13R5-R7, wird das zu untersuchende Objekt über ein abgeschirmtes Kabel angeschlossen (bedingt auf dem Diagramm "Patient" angegeben) Mit dem Potentiometer R4 ("Balance") können Sie die Brücke in Bezug auf die aktive Komponente und mit Verwendung der Kondensatoren C4-C11 - für die reaktive Komponente ausgleichen. Unter realen Bedingungen werden immer sowohl schnelle (Puls-)Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit als auch langsame, zB durch die Atmung verursachte, beobachtet. Die Amplitude von langsamen Schwingungen ist in der Regel viel größer als die Amplitude von Impulsschwingungen. Wenn die Brücke fein ausbalanciert ist, können langsame Schwingungsänderungen zu einer Unsymmetrie führen, die wiederum die Phase der Ausgangsspannung ändert. Daher wird der Schalter P2 während des Abgleichs auf eine Position eingestellt, in der der Widerstand R8 kurzgeschlossen ist, und die Abgleichanzeige (Mikroamperemeter) ist mit dem Detektorausgang verbunden. Die Forschungsergebnisse können in Zahlen ausgedrückt werden. Dazu wird in Reihe zum „Patienten“ (und teilweise parallel dazu) ein Potentiometer eingeschaltet, dessen Widerstandsänderung die Empfindlichkeit des gesamten Gerätetraktes kalibriert. Am häufigsten wird die folgende Kalibrierungsmethode verwendet: Wenn sich der Widerstand in der "Patienten" -Schaltung um 0,05 Ohm ändert, sollte die Aufzeichnungsamplitude 1 cm betragen. Um den Einfluss des Kontaktwiderstands der Kontakte auszuschließen, wird das in Abb .3 verwendet wird. Ein Widerstand R5 ist mit dem "Patienten" in Reihe geschaltet, parallel dazu ist ein Widerstand R1 mit einem Vk6i-Schalter geschaltet, dessen Widerstandswert 200-mal größer als R5 ist. Gleichzeitig ist ihr Gesamtwiderstand um 0,05 Ohm kleiner als R5. Beim Kalibrieren vor der Aufzeichnung langsamer Schwingungen wird ein Widerstand R5 parallel zu R7 geschaltet. Dann wird der Gesamtwiderstand der Schaltung um 1 Ohm reduziert. Die Spannung von der Brücke wird dem auf dem Transistor T2 montierten Emitterfolger und dann einem zweistufigen Verstärker zugeführt, der nach dem Kaskodenschema hergestellt ist. Die Verstärkerlast ist die L3C17-Schaltung, abgestimmt auf eine Frequenz von 150 kHz. Der Detektor basiert auf Halbleiterdioden D1 - D2. Durch die Verwendung eines Vollwellendetektors verfügt der Aufsatz über einen symmetrischen Ausgang. Die Zeitkonstanten der Entladekreise des Detektors werden so gewählt, dass nach der Detektion Signalanteile mit Frequenzen bis 150 Hz unterschieden werden. Auf der Seite niedrigerer Frequenzen wird die Zeitkonstante durch die Kapazitäten der Übergangskondensatoren C21 und C22 und die Eingangsimpedanz der nachfolgenden Stufen bestimmt. Bei Eingangsimpedanzen von 1 MΩ liegt die untere Grenzfrequenz bei etwa 0,2 Hz bei -3 dB. An den Ausgang des Detektors wird ein Mikroamperemeter angeschlossen, nach dessen minimaler Pfeilabweichung die Brücke vor Beginn der Messung abgeglichen wird. Aufbau und Details Der Reoplethysmograph ist in einem rechteckigen Metallgehäuse mit Außenabmessungen von 50 x 120 x 180 mm ausgeführt. Alle seine Teile, mit Ausnahme der Netzteile, sind auf Leiterplatten montiert, die an der oberen Abdeckung befestigt sind, die auch eine Frontplatte ist. Auf der Frontplatte befinden sich: ein Mikroamperemeter, Schalter Vk1 - Vk3, Schalter P1, P2 und ein Stecker zum Anschließen des "Patienten" -Kabels. Der Anschluss zum Anschließen des Geräts an Aufnahmegeräte befindet sich auf der Rückseite. Alle Teile des Reoplethysmographen sind auf zwei Platinen montiert. Auf dem einen, in einem Sieb aus Zinn, ist ein Generator montiert, auf dem anderen ein Verstärker, ein Detektor und eine Messbrücke. Das Gerät verwendet Transistoren mit V im Bereich von 30-50. Schleifenspulen werden auf Kernen des Typs SB-2a hergestellt, mit PEV 0,1-Draht gewickelt und enthalten: Spule L1 - 200 Windungen, Spule L2 - 80 Windungen, Spule L3 - 200 Windungen und Spule L4 - 100 Windungen. Der Induktor Dr1 ist auf einen F-600-Ferritring gewickelt, dessen Außendurchmesser 12 mm beträgt, und enthält 200 Windungen PEV 0,1-Draht. Der Widerstand R4 muss drahtgewickelt sein und der Widerstand R5 besteht aus drei parallel geschalteten Widerständen von 27,27 und 91 Ohm. Als Indikator können Sie jedes Mikroamperemeter verwenden, dessen Empfindlichkeit 50-200 μA beträgt. Beispielaufzeichnungen, die mit dem beschriebenen Rheoplethysmographen erhalten wurden, sind in Abb. 4 gezeigt. vier.
Autoren: W. Bolschow, W. Smirnow; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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