Лабораторні роботи другого модуля

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

Моделювання пасивних електричних властивостей

тканин організму

Мета роботи:

1. Вивчити закони роботи ланцюгів змінного струму, що містять індуктивні, ємнісні та активні опори.

2. Уміти пояснювати причини наявності ву тканині опору, ємності.

3. Досліджувати залежність імпедансу від частоти для запропонованих еквівалентних електричних схем тканини. Порівняти отримані результати з експериментальними даними для живої тканини.

4.1 Короткі теоретичні відомості

Вимірювання повного опору (імпедансу) тканин відносно змінного електричного струму має велике практичне значення для діагностики та науково-медичних досліджень. На вимірюванні імпедансу заснований метод імпедансної реоплетїзмографії (реографії). Це метод реєстрації зміни повного електричного опору досліджуваної ділянки тіла або органу. Імпеданс залежить від кровонаповнення судин. Метод знаходить широке застосування при масових обстеженнях різних контингентів практично здорових людей з метою оцінки функціонального стану серцево-судинної системи і виявлення прихованої патології, як один з методів експрес-діагностики в екстремальних ситуаціях, а також в дослідженнях, пов'язаних з космічною медициною, трансплантаційною хірургією і т.п.

Тканини організму складаються із структурних елементів — клітин, що омиваються тканинною рідиною. Такий елемент складається з двох середовищ: струмопровідна тканинна рідина і цитоплазма клітин, що розділені погано провідним шаром (клітинні мембрани). У тканинах зустрічаються і макроскопічні утворення, що складаються з різних з’єднувальних оболонок та перегородок, тобто погані провідники, по обидві сторони яких знаходяться тканини, що добре проводять струм. Все це додає тканинам організму ємнісних властивостей, наявність яких елементарно підтверджується вимірюванням тангенса кута зрушення фаз між струмом і напругою. Індуктивні властивості тканин не виявлені. Загальний опір і загальна місткість ділянки тканин організму залежать від стану тканин: ступеню кровонаповнення, швидкості кровотоку, набряклості і т.ін. При змінному струмі зі збільшенням частоти повний опір (імпеданс) тканин організму знижується за рахунок зменшення опору, місткості.

Найбільш прості еквівалентні електричні схеми, що моделюють електричні властивості ділянки тканини наведені на (мал. 6.23).

Малюнок 6.23- Еквівалентні електричні схеми

4.2 Опис лабораторної установки

Для виконання роботи необхідна наступна апаратура:

1) Електричні схеми для отримання залежності імпедансу від частоти.

2. Генератор синусоїдальних коливань (ЗГ-33) з діапазоном частот 10-20.000 Гц.

3. Електронний осцилограф ЕО-7 для вимірювання амплітуди напруги на кожній зі схем а); б); в).

Малюнок 6.24- Схеми підключення ланцюгів

1.3 Порядок виконання роботи

Завдання 1. Зібрати електричну схему та визначити залежність імпедансу у діапазоні частот від 20 до 10 000 Гц (Мал. 6.24., 6.25.).

До генератора ЗГ-33 послідовно з кожною зі схем а); б); в) підключається додатковий опір . Використовуючи закон Ома для ділянки ланцюга, можна записати:

Оскільки струм однаковий, тобто одержимо, що:

,

де - амплітудне значення струму, що протікає через досліджуваний ланцюг а), б), в);

- амплітудне значення струму через додатковий опір ;

Z - імпеданс досліджуваного ланцюга.

Малюнок 6.25- Схеми дослідження імпедансу

Для виконання завдання:

1. З'єднати вихідну клему (1) генератора ЗГ-33 з клемою (1) на лівій стороні панелі макету.

2. Вихідну клему (2) генератора ЗГ-ЗЗ з'єднати з клемою (2) на лівій стороні панелі макету.

3. Клему (3) на правій стороні панелі макету з'єднати з клемою "земля" осцилографа (вхід У). Клему (1) на правій стороні макету з'єднати з клемою "У" осцилографа.

4. Включити генератор ЗГ-ЗЗ. Перемикач П на макеті встановити у положення 1.

5. Налагодити осцилограф так, щоб на екрані уміщалися 1—2 періоди досліджуваної напруги і крива була нерухома. За допомогою ручок ослаблення і посилення "Входу У" осцилографа одержати на екрані криву, подвійна амплітуда якої не перевищувала б половини діаметру екрану.

6. Записати у таблицю величину падіння напруги на схемі а) () у поділках сітки осцилографа при частотахv = 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 5000; 10 000 Гц.

7. На "Вхід У" осцилографа подати напругу від клеми (2) додаткового опору. Ручки ослаблення і посилення входу "У" не чіпати!

8. Записати у таблицю величину падіння напруги ні () у поділках сітки осцилографа на аналогічних частотахv = 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 5000; 10 000 Гц.

Вимірювання провести для кожного положення перемикача П "I", "II", "III", результати записати в аналогічні таблиці:

а) "I"

v, Гц	20	50	100	200	500	1000	5000	10000
, поділ
, поділ
Z, кОм

б) "II"

v, Гц	20	50	100	200	500	1000	5000	10000
, поділ
, поділ
Z, кОм

в) "III"

v, Гц	20	50	100	200	500	1000	5000	10000
, поділ
, поділ
Z, кОм

9. За наслідками вимірювань побудувати три графіки залежності Z = Z (v), де v відкладати у логарифмічному масштабі.

Малюнок 6.26- Залежність імпедансу живої тканини від частоти

Перемальовувати мал.6.26 у зошит.

Порівняти одержані криві з кривою залежності імпедансу ділянки живої тканини від частоти (мал. 6.26).

Зробити висновок, яка з розглянутих електричних схем найкращє моделює характер залежності електричних властивостей живої тканини від частоти.

Завдання 2. Спостерігати зрушення фаз між струмом та напругою на електричній моделі живої тканини.

У цьому випадку на обидві пари пластин вертикального і горизонтального відхилень подати синусоїдальні коливання при вимкненій розгортці по схемі мал. 6.27.

Малюнок 6.27- Схема вимірювання зрушення фаз

Для виконання завдання:

1. Перемикач П поставити у положення III, (тобто підключити схему) і розімкнути ключ К. На вхід "У" подати величину напруги, відповідну довжині вертикальної лінії 60 мм. Довжину лінії можна регулювати ручками посилення входу "У" і ступінчастого ослаблення на осцилографі!

На ЗГ-33 виставити частоту 200 Гц. Розгортку осцилографа вимкнути!

2. Замкнути ключ, перемикач П поставити у положення "вимк.". На горизонтально відхилені пластини подати ту ж напругу із ЗГ-33, що і на вхід "У". Регулюючи ручкою посилення входу "X", одержати на екрані осцилографа горизонтальну лінію завдовжки 60 мм.

3. Замкнути ключ і поставити перемикач П у положення III, одержати на екрані осцилографа еліпс.

Замалювати еліпс у робочому зошиті. Зробити висновок про наявність зрушення фаз між струмом і напругою на моделі ділянки живої тканини.

4.4 Зміст звіту

1. Мета роботи.

2. Схеми вимірювання.

3. Результати вимірювань представити у вигляді таблиці.

4. Побудувати графіки.

5. Висновки.