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Reopletismografo su transistor. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / L'elettronica nella vita di tutti i giorni Quando si valuta lo stato del sistema cardiovascolare umano, la medicina e la biologia moderne utilizzano ampiamente la tecnica della cosiddetta reopletismografia dell'impedenza (registrazione dei cambiamenti nella conduttività elettrica del corpo umano). La reopletismografia è utilizzata nello studio della circolazione sia centrale che periferica. Il vantaggio di questo metodo è che lo studio stesso praticamente non cambia lo stato dell'oggetto in studio. La resistenza elettrica tra qualsiasi parte del corpo umano è una resistenza volumetrica complessa, di cui è mostrato un circuito equivalente semplificato per la corrente alternata in Fig. uno. La capacità Se-t si verifica tra le superfici degli elettrodi e dei tessuti adiacenti al lato interno della pelle. La pelle, in particolare l'epitelio, ha una resistività molto elevata ed è il dielettrico dei condensatori Se-t. I tessuti che giacciono sotto la pelle sono accettati condizionatamente come struttura omogenea. Sono presentati sotto forma di elementi St e Rt. Le capacità dei condensatori Se-t dipendono dalle proprietà dielettriche della pelle, dalle sue condizioni (ad esempio dall'umidità) e dall'area degli elettrodi applicati.
Il valore della capacità è determinato dal valore dell'effetto di polarizzazione, che diminuisce con l'aumentare della frequenza. A frequenze superiori a 80-100 kHz, il fenomeno di polarizzazione non viene praticamente osservato e la capacità dei condensatori St è piccola. Pertanto, possiamo supporre che la conduttività del tessuto nella regione di queste frequenze abbia solo una componente attiva. I valori assoluti della resistenza dei tessuti viventi sono instabili, ma dipendono da una serie di ragioni spesso difficili da tenere in considerazione. Di conseguenza, sono interessanti. non valori assoluti di resistenza, ma i suoi cambiamenti relativi da qualche livello iniziale. Allo stato attuale, si può considerare dimostrato che la conduttività elettrica del tessuto vivente è determinata principalmente dal grado del suo afflusso di sangue. Ciò è dovuto al fatto che il sangue (principalmente il suo plasma) ha una conduttività elettrica molto elevata. Pertanto, dalla conduttività elettrica del tessuto vivente alle alte frequenze, si può giudicare il riempimento del sangue di singoli organi o parti del corpo. La tecnica di ricerca è chiamata reopletismografia e talvolta solo reografia. Il dispositivo descritto di seguito, chiamato reopletismografo, è progettato per studiare i piccoli cambiamenti rapidi nella conduttività elettrica del tessuto vivente, riflettendo le fluttuazioni degli impulsi nel riempimento del sangue, nonché i cambiamenti lenti (da 0 Hz) nel riempimento del sangue, ad esempio durante la respirazione . Il reopletismografo è un prefisso portatile sui transistor per qualsiasi cardiografo (durante la registrazione delle oscillazioni degli impulsi di riempimento del sangue). Dall'uscita di questo collegamento, è possibile applicare tensione anche al registratore (ad esempio, H373). Frequenza operativa 150 kHz. Tensione di uscita di almeno 2 mV con una variazione di resistenza di 50 ohm. dello 0,1%. Gli intervalli di frequenza della tensione di uscita prelevata dall'uscita 1-4 sono 0,2-150 Hz e dall'uscita 2-3 0-150 Hz. Schema schematico Il principio di funzionamento del reopletismografo è illustrato da uno schema a blocchi (Fig. 2). L'area del tessuto vivente studiata è collegata ad uno dei bracci del ponte, alimentato da corrente alternata con una frequenza di 150 kHz. Il ponte è bilanciato in modo tale che la tensione RF sulla sua diagonale sia minima.
Le variazioni della conducibilità dell'oggetto in studio portano alla modulazione della tensione RF all'uscita del ponte secondo la legge delle variazioni della conducibilità elettrica dell'oggetto in studio. La tensione RF modulata viene amplificata e rilevata. Come risultato del rilevamento, viene rilasciata una tensione LF modulante, che viene alimentata al dispositivo di registrazione. Il diagramma schematico del reopletismografo è mostrato in fig. 3. Il generatore RF è realizzato su un transistor T1 secondo un circuito di feedback capacitivo. Il circuito oscillante è incluso nel circuito del collettore del transistor, la sua frequenza di risonanza è determinata dall'induttanza della bobina L1 e dalla capacità totale dei condensatori C2 - C3. La profondità del feedback positivo dipende dal rapporto tra le capacità dei condensatori C2-C3 e la resistenza del resistore R2. La base del transistor è collegata a terra da corrente alternata (attraverso il condensatore C1).
Il generatore, assemblato secondo questo schema, ha una stabilità alle alte frequenze, il design delle sue bobine ad anello è semplice e la regolazione non causa difficoltà, poiché non è necessario selezionare l'ordine in cui vengono accesi i conduttori della bobina. Dalla bobina L1 viene applicata la tensione ad alta frequenza al ponte di misura. A sinistra, in basso secondo lo schema, spalla del ponte, in serie con gli elementi C13R5-R7, mediante cavo schermato, si collega l'oggetto in studio (condizionalmente indicato nello schema “Paziente”), mediante potenziometro R4 ("Bilanciamento"), è possibile bilanciare il ponte in termini di componente attivo e utilizzando i condensatori C4-C11 - per il componente reattivo. In condizioni reali si osservano sempre sia le fluttuazioni rapide (a impulsi) della conducibilità elettrica sia quelle lente, causate, ad esempio, dalla respirazione. L'ampiezza delle oscillazioni lente, di regola, è molto maggiore dell'ampiezza delle oscillazioni degli impulsi. Se il ponte è finemente bilanciato, le lente variazioni di oscillazione possono portare a uno squilibrio, che a sua volta cambierà la fase della tensione di uscita. Pertanto, durante il bilanciamento, l'interruttore P2 è impostato in una posizione in cui il resistore R8 è in cortocircuito e l'indicatore di bilanciamento (microamperometro) è collegato all'uscita del rivelatore. I risultati della ricerca possono essere ottenuti in termini numerici. A tale scopo si accende un potenziometro in serie al “Paziente” (e talvolta in parallelo ad esso), variando la resistenza di cui viene calibrata la sensibilità dell'intero tratto del dispositivo. Molto spesso viene utilizzato il seguente metodo di calibrazione: quando la resistenza nel circuito "Paziente" cambia di 0,05 ohm, l'ampiezza di registrazione dovrebbe essere di 1 cm Per eliminare l'influenza della resistenza di contatto dei contatti, lo schema di calibrazione mostrato in Fig .3 viene utilizzato. Un resistore R5 è collegato in serie con il "Paziente", in parallelo al quale è collegato un resistore R1 con un interruttore Vk6i, la cui resistenza è 200 volte maggiore di R5. Allo stesso tempo, la loro resistenza totale è di 0,05 ohm inferiore a R5. Durante la calibrazione prima della registrazione di oscillazioni lente, un resistore R5 è collegato in parallelo con R7. Quindi la resistenza totale del circuito viene ridotta di 1 ohm. La tensione dal ponte viene fornita al follower dell'emettitore, assemblato sul transistor T2, e quindi a un amplificatore a due stadi, realizzato secondo lo schema cascode. Il carico dell'amplificatore è il circuito L3C17, sintonizzato su una frequenza di 150 kHz. Il rilevatore è realizzato sui diodi semiconduttori D1 - D2. Come risultato dell'utilizzo di un rilevatore a onda intera, l'attacco ha un'uscita simmetrica. Le costanti di tempo dei circuiti di scarica del rilevatore sono scelte in modo tale che, dopo il rilevamento, i componenti del segnale con frequenze fino a 150 Hz siano isolati. Sul lato a bassa frequenza, la costante di tempo è determinata dalle capacità dei condensatori di transizione C21 e C22 e dalla resistenza di ingresso degli stadi successivi. Con un'impedenza di ingresso di 1 MΩ, il limite di frequenza più basso è di circa 0,2 Hz ad un livello di - 3 dB. All'uscita del rivelatore è collegato un microamperometro, in base alla deviazione minima della freccia di cui il ponte è bilanciato prima di iniziare la misura. Costruzione e dettagli Il reopletismografo è realizzato in un involucro metallico rettangolare con dimensioni esterne di 50X120X180 mm. Tutte le sue parti, ad eccezione degli alimentatori, sono montate su circuiti stampati fissati al coperchio superiore, che è anche un pannello frontale. Sul pannello frontale sono presenti: un microamperometro, interruttori Vk1 - Vk3, interruttori P1, P2 e un connettore per il collegamento del cavo "Paziente". Il connettore per il collegamento del dispositivo ai dispositivi di registrazione si trova sul pannello posteriore. Tutte le parti del reopletismografo sono montate su due circuiti stampati. Su uno, posizionato in uno schermo di latta, è montato un generatore, sull'altro un amplificatore, un rilevatore e un ponte di misurazione. Il dispositivo utilizza transistor con V nell'intervallo 30-50. Le bobine ad anello sono realizzate su anime del tipo SB-2a, avvolte con filo PEV 0,1 e contengono: bobina L1-200 spire, bobina L2 - 80 spire, bobina L3 - 200 spire e bobina L4 - 100 spire. L'induttore Dr1 è avvolto su un anello di ferrite F-600, il cui diametro esterno è di 12 mm, e contiene 200 spire di filo PEV 0,1. Il resistore R4 deve essere un resistore a filo avvolto e il resistore R5 è composto da tre collegati in parallelo con resistenze di 27,27 e 91 Ohm. Qualsiasi microamperometro con una sensibilità di 50-200 µA può essere utilizzato come indicatore. I record dei campioni ottenuti con il reopletismografo descritto sono mostrati in fig. quattro.
Autori: V. Bolshov, V. Smirnov; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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