Устройство для регистрации газоразрядного свечения биологических объектов

 

Изобретение относится к физиологии и медицине и может быть использовано для исследования характеристик различных участков кожного покрова человека или животных. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений. Устройство содержит разрядную камеру 1, представляющую собой диэлектрическую пластину, снабженную микроканалами 2 в зоне размещения исследуемого объекта 3. Камера расположена на прозрачной пластине 4, к которой прикреплен электрод 5, соединенный с генератором 6. Соосно с электродом 5 расположен световод 7, соединенный с регистрирующим прибором 8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 61 В 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4736898/14 (22) 11.07.89 (46) 23.07.91. Бюл. N. 27 (71) Центр научно-технического творчества молодежи "Квант" (72) К,Г.Коротков и Н.Д.Кожевников (53) 615.475(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 601651, кл. G 03 В 41/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГАЗОРАЗРЯДНОГО СВЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к физиологии и медицине и может быть использовано для

„„5iJ„„1664286 А1 исследования характеристик различных участков кожного покрова человека или животных. Цель изобретения — уменьшение погрешности измерений. Устройство содержит разрядную камеру 1, представляющую собой диэлектрическую пластину, снабженную микроканалами 2 в зоне размещения исследуемого обьекта 3. Камера расположена на прозрачной пластине

4, к которой прикреплен электрод 5. соединенный с генератором 6. Соосно с электродом 5 расположен световод 7. соединенный с регистрирующим прибором

8. 2 ил.

1664286

Изобретение относится к физиологии и медицине и может быть использовано для исследования характеристик различных участков кожного покрова человека или животных.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений, На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — то же, вариант.

Устройство содержит разрядную камеру 1, представляющую собой диэлектрическую пластину. содержащую микроканалы

2, выполненные в зоне размещения исследуемого объекта 3. Камера 1 расположена на прозрачной пластине 4, к противоположной стороне которой прикреплен электрод

5, прозрачный для излучения разряда или имеющий прозрачные элементы, в частности отверстия, электрод соединен с генератором 6 напряжения. Световод 7 соединен с регистрирующим блоком 8 и расположен соосно со светопропускающим элементом в электроде.

Толщина разрядной камеры, т.е. длина микроканала, определяется условием перехода лавинного разряда в стримерную форму, отличающуюся большими таками до сотен миллиампер. Воздействие такого тока на биологический объект даже в течение микросекундного импульса может вызвать неприятные физиологические ощущения, Поэтому необходимо обеспечить условия, при которых разряд устойчиво существует в лавинной форме. Это условие определяется равенством электрического поля головки лавины Er, приложенному электрическому полю Eo.

2 (1)

47К огО где е — заряд электрона:

d — путь, пройденный лавиной; > — электрическая nîc Toÿ Híàÿ;

-rD — ди зионный радиус (rD= /ч- );

D — коэффициент диффузии;

v- " дрейфовая скорость электрона;

v- = е Л Еоlптчтепл, (2)

D 1/3 ЛЧтттепл, (3) где Л вЂ” длина свободного пробега электрона; чтепл — энергия теплового движения электрона.

С учетом (2), (3) формулу (1) можно переписать в виде е exp(a с1) v4 4dD (4) - о 8 d Отепл.

При условии Er = Eo выражение (4) приводит к уравнению для критической длины

5 лавины;

8 4ЛЕо — О р0тепл = ехр(а dkp) (5)

3 е

Для нормальных атмосферных условий

Отепл 2,5 В, подставляя в (5) числовые зна10 чения констант и выраженная бкр. в метрах, а,, м, получают

-1

10 d„. = ехр (а d р). (6)

Таким образом, бкр зависит от величины а, которая является универсальной функцией отношения электрического поля к давлению: Е/р. При атмосферном давлении воздуха для напряженности поля порядка

10 В/м это выражение приводит к значени- .

6 ям d p порядка единиц миллиметров. В предлагаемом устройствв толщина разрядной камеры выбрана 1 мм.

Прозрачная пластина 4 выполняет роль диэлектрического барьера, препятствующего переходу разряда в искровую форму, толщина ее определяется величиной пробивного напряжения для данного материала с учетом того, что к ней может быть приложейо напряжение амплитудой

Urdg

30 где Ur — амплитуда напряжения генератора; бт, ds — толщина пластин 1 и 5: 5 — относительная диэлектрическая проницаемость материала пластины 5.

При es = 1 м ет= =- 3 — 5, ds< d>, это выражение приводится к виду Us 0 0г, где

ds выражено в миллиметрах. При Ur < 10 кВ, как видно иэ этого выражения, ds может быть сделано порядка 0,1 мм, что уменьшает падение напряжения на этой пластине и. соответственно, позволяет более оптимально использовать напряжение. Материалом может служить стекло, кварц, слюда и т.п.

Устройство работает следующим образом.

Используемый объект располагают на поверхности разрядной камеры 1 так, чтобы он перекрывал выходные отверстия микроканалов 2. Под действием высокого напряжения от генератора 6, приложенного к электроду 5, в микроканалах 2 развиваются газовые разряды. свечение которых по световоду 7 подается на регистрирующий прибор 8 и характеризует состояние объекта.

Рассмотрим возможность осуществления отдельных элементов устройства.

1664286

10

25

Разрядная камера 1 может быть изготовлена иэ любого диэлектрического материала, стойкого к действию высокого напряжения и механически прочного. Например, эбонит, тефлон, капролон. Толщина пластины, как отмечено. не превышает не.скольких миллиметров. При уменьшении толщины менее 0,5 мм падает величина сигнала, при увеличении (более 3 мм) растет воздействующий электрический ток, поэтому оптимальная величина в каждом кон кретном случае оп редел яется хара ктеристиками регистрирующей аппаратуры и свойствами объекта 3.

Площадь, занимаемая микроканалами

2, определяется исследуемой. площадью объекта 3 таким образом. чтобы обьект полностью перекрывал отверстия каналов, В противном случае может возникать паразитная засветка ФЭУ. Диаметр микроканала 0,1 — 0,5 мм, что определяется диаметром головки единичного разряда. Плотность их расположения определяется конструктивными соображениями и составляет 25-80 каналов на см . Характер расположения каг налов произвольный.

Использование микроканалов устраняет необходимость подачи инертного газа, однако в случае выделения обьектом какихто летучих фракций, пластина 1 может заменяться на новую после каждой серии измерений. что обеспечивает стабильный состав газа в микроканалах 2.

Металлический электрод 5 может быть выполнен любого размера, формы и материала; он должен создавать электрическое поле в объеме микроканалов и в то же время пропускать излучение разряда. минимум которого приходится на диапазон 250 — 500 нм.

Электрод может быть выполнен в виде прозрачного токопроводящего покрытия. в виде сетки, в виде металлической конструкции с отверстием для излучения. Выбор конкретного варианта определяется исследуемым объектом и эксплуатационными соображениями.

Разрядная камера 1 выполнена из стеклотекстолита толщиной 0.8 мм размером

20х20 мм. В центре на площадке 10х10 мм сделано 25 отверстий Ф 0,5 мм. Пластина 4 выполнена из стекла 18х18х0,2 мм. Световод 7 марки ОС-БХ-1, металлический кожух головки световода использован в качестве электрода 5, Устройство помещено в светонепроницаемый диэлектрический корпус 9 из эбонита. служащий одновременно для фиксации пальца. Генератор 6 один из полюсов которого присоединен к клемме, другой полюс эаземлен.. собран по схеме ударного возбуждения, выдает биполярные треугольные импульсы напряжения амплитудой 1 — 10 кВ длительностью на полувысоте . 10 мкс. Импульс свечения поступает на

ФЭУ-76 с блоком питания, сигнал с ФЭУ через усилитель и схему запоминания поступает на вольметр В7-27А

Лабораторные испытания макета устройства показали, что при работе с реперным металлическим объектом относительная погрешность измерений не превышает «+ 5, а среднее значение от раза к разу воспроизводится с точностью не менее 5%.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известным: не требует подвода газа, использует меньшие амплитуды. напряжения. технологически проще. т,е. конструкция его более проста, в то же время погрешность измерений уменьшена как за счет снижения флюктуаций сигнала. так и за счет отсутствия мениска на поверхности обьекта.

Формула изобретения

Устройство для регистрации газораэрядного свечения биологических обьектов, содержащее генератор напряжения, соединенный с электродом, размещенным на прозрачной пластине, с противоположной стороны которой установлена разрядная камера из диэлектрика и световод, соединенный с регистрирующим блоком, о т л и ч а ющ е е с я тем. что. с целью уменьшения погрешности измерений. разрядная камера выполнена в виде пластины, снабженной сквозными микроканалами в зоне размещения исследуемого объекта, причем толщина

dm разрядной камеры выбирается из соотношениЯ ехР (а dm) =106dm. где а первый коэффициент ионизации Таунсенда.

1664286

Фиа2

Редактор M.Áëàíàð

Заказ 2339 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101

1

Составитель А.Махотин

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова