Технические науки /6.Электротехника и радиоэлектроника.

К.т.н. Орлов А.В., д.т.н. Галиев А.Л.

Филиал Уфимского государственного авиационного технического университета в г. Стерлитамак, Россия

Исследование формирователя двуполярных

импульсов ИГЗМ

В настоящее время актуальны вопросы медицинского контроля за состоянием человека, состоянием его здоровья, своевременного выявления патологических изменений, прогнозирования развития патологических процессов и реабилитации человека в процессе выздоровления. Системы контроля состояния работающего человека используются и в сфере производства, где позволяют контролировать уровень работоспособности и утомления, а также позволяют правильно организовывать режим труда и отдыха.

При проведении медицинских и биологических исследований используется большой арсенал методов и технических средств, предназначенных для регистрации и анализа физиологических процессов, протекающих в организме, а также для измерения различных медико-биологических показателей. Наиболее популярными и широко распространенными являются электрофизиологические методы медико-биологических исследований. Их популярность объясняется широкими диагностическими возможностями, простотой и доступностью технических средств, используемых для выполнения исследований [1].

Регистрируя изменения электрического сопротивления тканей, диэлектрической проницаемости биотканей можно судить о процессах центрального и периферического кровообращения, измерять частоту сердечных сокращений, давление крови, скорость кровотока, оценить окислительно-восстановительные процессы. Повысить достоверность и воспроизводимость результатов подобных исследований позволяют измерительные генераторы заданной мощности (ИГЗМ) [2].

В данной статье приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований экономичного формирователя двуполярных импульсов ИГЗМ, который обеспечивает постоянство мощности и энергии воздействия на объект исследования (ОИ). Устройство и принцип работы формирователя были изложены в работах [3] и [4].

Для проведения экспериментальных исследований была разработана принципиальная схемы формирователя, которая представлена на рис. 1. В разработанной схеме формирователя импульсов ИГЗМ на объект исследования производится со сменой полярностей напряжения, т.е. двуполярными импульсами. В случае необходимости воздействие на ОИ может осуществляться импульсами только положительной полярности путем добавления в схему полупроводникового диода.

Рис. 1. Схема формирователя импульсов ИГЗМ с постоянной энергией и мощностью импульсов воздействия для интегрального исполнения

Экспериментальные исследования показали, что энергия импульсов возрастает пропорционально квадрату напряжения питания (рис. 2, а), а в зависимости от емкости эталонного конденсатора – наблюдается линейное увеличение (рис. 2, б), что соответствует расчетным значениям. При повышении порогового напряжения наблюдалось увеличение разности энергий импульсов положительной и отрицательной полярностей, что объясняется неполным зарядом эталонного конденсатора C_Э до уровня выходного напряжения дифференциального усилителя.

а) б) в)

Рис. 2. Расчетные и экспериментальные зависимости энергий импульсов положительной (кривая 1) и отрицательной (кривая 2) полярностей

от Е_п (а), С_Э (б) и U_пор (в)

В ходе экспериментальных исследований формирователя двуполярных импульсов было выявлено, что изменения порогового напряжения в пределах от 0,1 B до 1,5 B и сопротивления ОИ в диапазоне от 10 кОм до 1 МОм не оказывают существенного влияния на среднюю мощность (рис. 3, а) и энергию (рис. 3, б) импульсов воздействия. Для повышения мощности и энергии импульсов рекомендуется либо увеличить напряжение питания схемы, либо использовать эталонный конденсатор с большей емкостью.

а) б)

Рис. 3. Влияние величины сопротивления ОИ и порогового напряжения компаратора на среднюю мощность (а) и энергию импульсов (б)

Так как реальные объекты исследования обладают кроме активной, также емкостной и индуктивной составляющими, был выполнен ряд экспериментов с нагрузкой различного характера – активно-емкостной и активно-индуктивной. В эксперименте емкостная нагрузка (10-200 пФ) подсоединялась параллельно активному сопротивлению, индуктивная (10-70 мкГн) – последовательно.

В ходе эксперимента было выяснено, что в схеме высокоэкономичного формирователя импульсов ИГЗМ емкостные и индуктивные составляющие приводят к небольшой задержке прохождения сигнала, что в свою очередь приводит к незначительному изменению периода следования импульсов (не более 1,5%). Также обнаружилось, что влияние индуктивной и емкостной составляющих проявляется в изменении фронтов импульсов: емкость сглаживает, индуктивность – наоборот. Этот факт визуально был зарегистрирован с помощью осциллографа, но количественно оценить не удалось, т.к. изменения были весьма незначительные. Т. к. в реальных ОИ могут быть как емкостные, так и индуктивные составляющие, то их влияние на форму сигнала и на значение вводимой мощности практически компенсируются друг другом.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований подтверждают основные выводы и положения, полученные при теоретическом анализе. Расчетные и экспериментальные кривые совпадают в пределах погрешности эксперимента (не более 5%).

Список литературы

1. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П., Филист С.А. Проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий: Монография / Курская городская типография. Курск, 1999. 537с.

2. Гусев В.Г. Получение информации о параметрах и характеристиках организма и физические методы воздействия на него: Учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2004. – 597 с.

3. Орлов А.В., Галиев А.Л. Экономичный формирователь двуполярных импульсов постоянной мощности и энергии //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009. –№11. – С. 53-55.

4. Галиев А.Л., Орлов А.В., Юмагулов Н.И. Система автокоррекции длительности импульсов в генераторе заданной мощности // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2010. –№6. – С. 52-55.