RU2121291C1 - Device for measuring of electrodermal resistance - Google Patents
Device for measuring of electrodermal resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121291C1 RU2121291C1 RU96106319A RU96106319A RU2121291C1 RU 2121291 C1 RU2121291 C1 RU 2121291C1 RU 96106319 A RU96106319 A RU 96106319A RU 96106319 A RU96106319 A RU 96106319A RU 2121291 C1 RU2121291 C1 RU 2121291C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- output
- voltage
- input
- resistance
- Prior art date
Links
- 238000001467 acupuncture Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 21
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000000622 irritating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
1 Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения электрических параметров кожного покрова в точках акупунктуры, используемых для диагностических исследований методами электропунктуры. 1 The invention relates to medical equipment, and in particular to devices for measuring the electrical parameters of the skin at acupuncture points used for diagnostic studies by electropuncture methods.
Как известно, электрическое сопротивление кожного покрова изменяется в значительных пределах (от 10 кОм до десятков МОм) (Слынько П.П. Потоотделение и проницаемость кожи человека. Киев, Наукова думка, 1973, 255 с.). Электрокожное сопротивление (ЭКС) в точках акупунктуры (ТА) имеет относительно малое значение (10 - 300 кОм). Поэтому для получения высокой достоверности измерения ЭКС ТА используемые приборы должны обеспечивать регистрацию изменений ЭКС ТА в широком диапазоне для обеспечения поиска точек акупунктуры и точное измерение ЭКС в начале измерительного диапазона. При этом регистрацию и измерение электрокожного сопротивления целесообразно проводить на одном измерительном диапазоне, т.е. приборы данного класса должны обладать широким диапазоном измерения ЭКС. As is known, the electrical resistance of the skin varies significantly (from 10 kOhm to tens of MΩ) (Slynko PP, Perspiration and permeability of human skin. Kiev, Naukova Dumka, 1973, 255 pp.). Electrodermal resistance (EX) at acupuncture points (TA) has a relatively small value (10 - 300 kOhm). Therefore, in order to obtain a high reliability of measuring EX-TA, the instruments used must provide registration of changes in EX-TA in a wide range to ensure the search for acupuncture points and accurate measurement of EX at the beginning of the measuring range. In this case, it is advisable to register and measure the electric resistance on the same measuring range, i.e. devices of this class should have a wide range of measurement of EX.
Известно устройство для обнаружения биологически активных точек (авт.св. СССР N 228856, кл. A 61 B 10/00, 1963), содержащее щуп (измерительный электрод), пассивный (индифферентный) электрод, источник электропитания (управляемый источник напряжения) и индикатор (регистратор). A device for detecting biologically active points (ed. St. USSR N 228856, class A 61
В известном устройстве через ЭКС пропускается измерительный ток, значение которого определяется как выходным напряжением источника электропитания, так и суммарным сопротивлением кожного покрова в зонах расположения измерительного и индифферентного электродов, и регистрация электрокожного сопротивления осуществляется по значению измерительного тока. При этом в зависимости от ЭКС индифферентной зоны регистрация ЭКС под измерительным электродом осуществляется со значительной погрешностью, определяемой соотношением ЭКС измерительной и индифферентной точек. При этом в устройстве в зависимости от ЭКС измерительной точки изменяется мощность, подводимая к информационному сопротивлению, что дополнительно приводит к погрешностям от раздражающего действия измерительного тока на исследуемый кожный покров. В устройстве формируется нелинейная гиперболическая шкала измерения сопротивления, вид которой в значительной степени определяется ЭКС индифферентной зоны, что дополнительно увеличивает погрешности регистрации ЭКС. In the known device, an measuring current is passed through an EKS, the value of which is determined both by the output voltage of the power source and the total resistance of the skin in the areas where the measuring and indifferent electrodes are located, and the electrical skin resistance is recorded by the value of the measuring current. Moreover, depending on the ECS of the indifferent zone, the registration of the ECS under the measuring electrode is carried out with a significant error determined by the ratio of the ECS of the measuring and indifferent points. At the same time, depending on the ECS of the measuring point, the power supplied to the information resistance changes, which additionally leads to errors from the irritating effect of the measuring current on the studied skin. A nonlinear hyperbolic resistance measurement scale is formed in the device, the form of which is determined to a large extent by the ECS of the indifferent zone, which additionally increases the errors of registration of the ECS.
Таким образом, основным недостатком известного устройства-аналога является низкая точность измерения. Thus, the main disadvantage of the known analog device is the low measurement accuracy.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является устройство для поиска точек акупунктуры (авт. св. СССР N 1060185, кл. A 61 H 39/02, заявл. 11.08.82, опубл. 15.12.83), содержащее усилитель, к первому входу которого подключен измерительный электрод и первый выход управляемого резистора, вход которого соединен с выходом блока согласования, первый индифферентный электрод, подключенный ко входу повторителя напряжений, второй индифферентный электрод, соединенный с общей шиной, повторитель напряжения, вход которого соединен с первым пассивным электродом, первый электронный ключ, первый выход которого соединен с выходом повторителя напряжения и вторым входом усилителя, а второй выход - с вторым выходом управляемого резистора, второй усилитель, первый и второй регистраторы, последовательно соединенные второй электронный ключ, третий усилитель, первый блок памяти, компаратор, третий электронный ключ и второй блок памяти, а также мультивибратор, две схемы совпадений и триггер, вход которого подключен к выходу мультивибратора и первым входам схем совпадений, первый выход которого соединен с входом первого электронного ключа и вторым входом второй схемы совпадения, а второй выход - с вторым входом первой схемы совпадения, выход которой подключен ко входу второго электронного ключа, выход усилителя соединен с выходом второго электронного ключа и через второй усилитель со вторым входом компаратора, выход второго блока памяти соединен с входом блока согласования и вторым регистратором, выход второй схемы совпадения соединен с входом третьего электронного ключа, а первый регистратор - с выходом первого блока памяти. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed technical solution is a device for searching acupuncture points (ed. St. USSR N 1060185, class A 61 H 39/02, decl. 11.08.82, publ. 15.12.83), containing an amplifier, to the first input of which a measuring electrode is connected and the first output of a controlled resistor, the input of which is connected to the output of the matching unit, the first indifferent electrode connected to the input of the voltage follower, the second indifferent electrode connected to the common bus, the voltage follower the input of which is connected to the first passive electrode, the first electronic switch, the first output of which is connected to the output of the voltage follower and the second input of the amplifier, and the second output - to the second output of the controlled resistor, the second amplifier, the first and second recorders connected in series to the second electronic key , a third amplifier, a first memory unit, a comparator, a third electronic key and a second memory unit, as well as a multivibrator, two coincidence circuits and a trigger whose input is connected to the output of the multivibrator and the first the inputs of the matching circuits, the first output of which is connected to the input of the first electronic key and the second input of the second matching circuit, and the second output is connected to the second input of the first matching circuit, the output of which is connected to the input of the second electronic key, the output of the amplifier is connected to the output of the second electronic key and through the second amplifier with the second input of the comparator, the output of the second memory unit is connected to the input of the matching unit and the second registrar, the output of the second matching circuit is connected to the input of the third electronic key, and the first registrar - with the output of the first memory block.
Названное устройство выбрано в качестве прототипа заявленного устройства как совпадающее с ним по максимальному числу признаков. The named device is selected as a prototype of the claimed device as matching with it according to the maximum number of features.
В устройстве-прототипе, как и в устройстве-аналоге, через ЭКС точки акупунктуры пропускается электрический ток, и регистрация ЭКС осуществляется по значениям сопротивления управляемого резистора, изменяемого пропорционально электрокожному сопротивлению. При этом значение сопротивления управляемого резистора определяется по управляющему напряжению, подаваемому на вход согласующего устройства. В качестве управляемого резистора в устройстве используется полупроводниковый транзистор (биполярный или полевой), обладающий значительной нелинейностью изменения сопротивления от управляющего напряжения в широком диапазоне изменения сопротивлений. В результате этого даже при использовании специального линеаризирующего согласующего устройства возникают значительные трудности получения заданной характеристики управления сопротивлением, что необходимо для построения высокоточных измерительных устройств. Это снижает точность измерения электрокожного сопротивления при использовании устройства-прототипа, а также вводит значительные ограничения при создании нелинейной измерительной шкалы, необходимой для получения требуемого динамического диапазона измерения ЭКС. И для перекрытия необходимого диапазона регистрируемых значений ЭКС требуется использование нескольких диапазонов измерений. В результате этого не обеспечивается оперативная регистрация изменений электрокожного сопротивления (т.к. при измерении ЭКС необходимо проводить переключение диапазонов), а также увеличивается время диагностических исследований, что одновременно приводит к снижению достоверности и точности получаемых диагностических показателей. Кроме того, организация нескольких диапазонов измерений значительно усложняет регистрирующие звенья, повышает их стоимость, усложняет использование приборов и увеличивает время проводимых исследований. Необходимость переключения диапазонов измерения в процессе исследований приводит к появлению дополнительных погрешностей измерения, т.к. изменение режимов работы прибора должно проводиться с одновременным фиксированным расположением электрода в зоне измерения, осуществляемым исследователем. In the prototype device, as well as in the analogue device, an electric current is passed through the EX of the acupuncture point, and the registration of the EX is carried out according to the resistance values of the controlled resistor, which is changed in proportion to the electric skin resistance. In this case, the resistance value of the controlled resistor is determined by the control voltage supplied to the input of the matching device. A semiconductor transistor (bipolar or field) is used as a controlled resistor in the device, which has significant non-linearity in the change in resistance from the control voltage in a wide range of resistance changes. As a result of this, even when using a special linearizing matching device, considerable difficulties arise in obtaining a given resistance control characteristic, which is necessary for constructing high-precision measuring devices. This reduces the accuracy of measuring the electrical resistance when using the prototype device, and also introduces significant limitations when creating a non-linear measuring scale, necessary to obtain the required dynamic range for measuring ECS. And to overlap the required range of recorded values of the ECS requires the use of several measurement ranges. As a result of this, operational registration of changes in the electric skin resistance is not ensured (since when measuring the ECS, it is necessary to switch bands), and the time of diagnostic tests is also increased, which simultaneously leads to a decrease in the reliability and accuracy of the obtained diagnostic indicators. In addition, the organization of several measurement ranges significantly complicates the recording links, increases their cost, complicates the use of devices and increases the time of the research. The need to switch the measurement ranges in the research process leads to the appearance of additional measurement errors, because the change in the operating modes of the device should be carried out with a simultaneous fixed location of the electrode in the measurement zone, carried out by the researcher.
Аналогичная задача расширения диапазона регистрируемых значений электрокожного сопротивления на одном диапазоне измерения путем организации нелинейной шкалы измерения решается в различных приборах иностранных фирм. При этом требуемое нелинейное преобразование сигнала, как правило, осуществляется во входной цепи прибора с помощью нелинейных преобразователей. Так в приборах Р. Фоля (см. Voll R. Arbeitsrichlinien fur die Elektroakupunktur. - Hamburg, Blume, 1963) используются специальные формирующие диоды. Однако применение настоящих методов получения нелинейных измерительных шкал при разработке специализированных измерителей электрокожного сопротивления затруднено в значительной степени необходимостью применения нелинейных преобразователей с идентичными характеристиками, разброс которых достаточно велик, что вводит дополнительные сложности при изготовлении серийных экземпляров приборов, определяя сложность их настойки и регулировки, и как следствие этого значительное повышение их стоимости, а также погрешностей измерения ЭКС за счет различия параметров нелинейных преобразующих звеньев. Кроме того, в названных приборах значительное влияние на погрешности измерительного преобразования, как и в устройстве-аналоге, оказывает ЭКС индифферентной зоны, что приводит к изменению вида нелинейной характеристики преобразования и дополнительно снижает точность измерений ЭКС ТА. A similar task of expanding the range of recorded values of electric skin resistance in one measurement range by organizing a non-linear measurement scale is solved in various devices of foreign companies. In this case, the required non-linear signal conversion, as a rule, is carried out in the input circuit of the device using non-linear converters. So in R. Foll's devices (see Voll R. Arbeitsrichlinien fur die Elektroakupunktur. - Hamburg, Blume, 1963) special forming diodes are used. However, the application of these methods for obtaining non-linear measuring scales in the development of specialized meters of electric skin resistance is hindered to a large extent by the need to use non-linear transducers with identical characteristics, the spread of which is large enough, which introduces additional difficulties in the manufacture of serial copies of devices, determining the complexity of their tune and adjustment, and how the consequence of this is a significant increase in their cost, as well as inaccuracies in measuring EX and due to differences in the parameters of nonlinear converting units. In addition, in the aforementioned devices, the ECS of the indifferent zone has a significant effect on the errors of the measurement conversion, as in the analog device, which leads to a change in the form of the nonlinear conversion characteristics and further reduces the accuracy of the measurements of the ECS TA.
Таким образом, недостатки известных устройств определяются низкой точностью измерения и относительно небольшим допустимым диапазоном изменения ЭКС ТА на одном измерительном диапазоне. Thus, the disadvantages of the known devices are determined by the low accuracy of the measurement and the relatively small permissible range of variation of the EX-TA in one measuring range.
Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков. The aim of the invention is to remedy these shortcomings.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрокожного сопротивления, содержащее измерительный и два индифферентных электрода, дифференциальный усилитель и регистратор, дополнительно введен управляемый источник напряжения, первый выход которого соединен с измерительным электродом, а второй выход - с первым входом дифференциального усилителя и общей шиной устройства, вычитающее устройство, выход которого соединен с входом управляемого источника напряжения, первый вход соединен с источником эталонного напряжения, а второй вход - с регистратором и через амплитудный детектор - с выходом преобразователя ток - напряжение, входы которого соединены соответственно с первым индифферентным электродом и выходом дифференциального усилителя, второй вход дифференциального усилителя подключен ко второму индифферентному электроду. This goal is achieved by the fact that in the device for measuring electric resistance, containing a measuring and two indifferent electrodes, a differential amplifier and a recorder, an additional controlled voltage source is introduced, the first output of which is connected to the measuring electrode, and the second output to the first input of the differential amplifier and a common a device bus, a subtracting device, the output of which is connected to the input of a controlled voltage source, the first input is connected to a reference voltage source the second input, with the recorder and through the amplitude detector, with the output of the current-voltage converter, the inputs of which are connected respectively to the first indifferent electrode and the output of the differential amplifier, the second input of the differential amplifier is connected to the second indifferent electrode.
При таком выполнении устройства для измерения электрокожного сопротивления за счет введения управляемого источника напряжения, дифференциального усилителя, преобразователя ток - напряжение, амплитудного детектора, вычитающего устройства и источника эталонного напряжения обеспечивается изменение амплитуды выходного напряжения управляемого источника напряжения (при использовании устройства на переменном измерительном токе) или значения постоянного выходного напряжения (при работе устройства на постоянном измерительном токе) в зависимости от измеряемого электрокожного сопротивления, в результате чего формируется нелинейная зависимость регистрируемого значения ЭКС по значениям амплитуды (или постоянного напряжения) выходного напряжения преобразователя ток - напряжение. With this embodiment of the device for measuring electric resistance, by introducing a controlled voltage source, a differential amplifier, a current-voltage converter, an amplitude detector, a subtractor, and a reference voltage source, the amplitude of the output voltage of the controlled voltage source is changed (when using the device with alternating measuring current) or values of constant output voltage (when the device is operating at a constant measuring current) in isimosti the measured electric resistance, resulting in a nonlinear dependence on the detected value of the amplitude values of the pacemaker (or DC) current of the converter output voltage - the voltage.
Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - зависимость выходного напряжения устройства, пропорционального регистрируемым значениям ЭКС от электрокожного сопротивления Zx; на фиг. 3 - зависимость изменения мощности измерительного сигнала при изменении электрокожного сопротивления Zx.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device; in FIG. 2 - dependence of the output voltage of the device proportional to the recorded values of the EX on the electric resistance Z x ; in FIG. 3 - dependence of the change in the power of the measuring signal with a change in the electric skin resistance Z x .
Устройство содержит объект исследования 1 (участок кожного покрова), три электрода: измерительный 2 и индифферентные 3, 4, преобразователь 5 ток - напряжение, дифференциальный усилитель 6, амплитудный детектор 7, источник 8 эталонного напряжения, вычитающее устройство 9, регистратор 10 и управляемый источник 11 напряжения. The device contains an object of study 1 (skin site), three electrodes: measuring 2 and indifferent 3, 4, a current-voltage converter 5, a differential amplifier 6, an amplitude detector 7, a reference voltage source 8, a subtractor 9, a
Электроды 2 - 4 подключены к исследуемому кожному покрову, схема замещения которого представлена в виде узла 1, включающего в себя электрокожные сопротивления Zx, Z1 и Z2 в точках расположения электродов 2 - 4 соответственно.The electrodes 2 to 4 are connected to the studied skin, the equivalent circuit of which is presented in the form of a
Первый электрод 2 (измерительный) подключен к первому выходу управляемого источника 11 напряжения, второй электрод 3 (первый индифферентный) подключен к инвертирующегому входу дифференциального усилителя 6, третий электрод 4 (второй индифферентный) подключен к первому входу преобразователя 5 ток - напряжение, второй вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 6. Второй вход дифференциального усилителя 6 подключен ко второму выходу управляемого источника 11 напряжения, соединенному с общей шиной источника питания устройства, выход преобразователя 5 ток - напряжение через амплитудный детектор 7 соединен со входом регистратора 10 и первым входом вычитающего устройства 9, второй вход вычитающего устройства 9 подключен к выходу эталонного источника 8 напряжения, а выход вычитающего устройства 9 соединен со входом управляемого источника 11 напряжения. The first electrode 2 (measuring) is connected to the first output of the controlled voltage source 11, the second electrode 3 (first indifferent) is connected to the inverting input of the differential amplifier 6, the third electrode 4 (second indifferent) is connected to the first input of the current-voltage converter 5, the second input of which connected to the output of the differential amplifier 6. The second input of the differential amplifier 6 is connected to the second output of a controlled voltage source 11 connected to a common bus of the device power supply , 5 inverter output current - voltage through the amplitude detector 7 is connected to the input of
Преобразователь 5 ток - напряжение предназначен для выработки напряжения U1, пропорционального протекающему току в цепи между выходом дифференциального усилителя 6 и третьим электродом 4. Он выполнен на прецизионном резисторе и масштабном усилителе на микросхеме КР140УД1208.The current-voltage converter 5 is designed to generate a voltage U 1 proportional to the flowing current in the circuit between the output of the differential amplifier 6 and the third electrode 4. It is made on a precision resistor and a large-scale amplifier on the KR140UD1208 chip.
Дифференциальный усилитель 8 предназначен для поддержания равенства потенциалов второго электрода 3 и второго выхода управляемого источника 11 напряжения. Дифференциальный усилитель 6 выполнен на трех микросхемах типа КР140УД1208. Differential amplifier 8 is designed to maintain equal potentials of the second electrode 3 and the second output of the controlled voltage source 11. Differential amplifier 6 is made on three chips type KR140UD1208.
Источник 8 эталонного напряжения предназначен для выработки опорного напряжения U2, подаваемого на первый вход вычитающего устройства 9. Источник 8 выполнен на диоде КС162А и транзисторе КП103И-1.The source 8 of the reference voltage is designed to generate a reference voltage U 2 supplied to the first input of the subtracting device 9. The source 8 is made on a diode KS162A and a transistor KP103I-1.
Амплитудный детектор 7 предназначен для выработки напряжения U'1, пропорционального амплитуде выходного напряжения (при измерении на переменном измерительном токе) или постоянному выходному напряжению (при измерении на постоянном измерительном токе) преобразователя 5 ток - напряжение. Он выполнен на диоде КД522А и двух микросхемах КР140УД1208.The amplitude detector 7 is designed to generate a voltage U ' 1 proportional to the amplitude of the output voltage (when measured with an alternating measuring current) or a constant output voltage (when measured with a constant measuring current) of the current-voltage converter 5. It is made on the KD522A diode and two KR140UD1208 microcircuits.
Вычитающее устройство 9 предназначено для выработки напряжения U3, пропорционального разности напряжений (U2 - U1). Вычитающее устройство выполнено на микросхеме КР140УД1208.The subtractor 9 is designed to generate a voltage U 3 proportional to the voltage difference (U 2 - U 1 ). The subtracting device is made on a chip KR140UD1208.
Регистратор 10 предназначен для регистрации выходного напряжения амплитудного детектора 7, пропорционального электрокожной проводимости, или электрокожному сопротивлению. Регистратор 10 выполнен на микроамперметре М4248. The
Управляемый источник 11 напряжения предназначен для выработки напряжения питания измерительной цепи, пропорционального входному напряжению U3. В зависимости от режима работы устройства между выходами управляемого источника 11 напряжения может формироваться постоянное напряжение, пропорциональное входному напряжению U3 (при проведении измерений на постоянном токе), синусоидальное или импульсное напряжение с амплитудой, пропорциональный входному напряжению U3 (при измерении на переменном токе). Управляемый источник 11 напряжения состоит из генератора сигнала, выполненного на двух микросхемах типа КР140УД1208, и управляемого усилителя (усилителя с изменяемым пропорционально входному напряжению U3 коэффициентом усиления), выполненного на двух микросхемах КР140УД1208 и полевом транзисторе КАП302А.A controlled voltage source 11 is designed to generate a supply voltage of the measuring circuit proportional to the input voltage U 3 . Depending on the operating mode of the device, between the outputs of the controlled voltage source 11, a constant voltage proportional to the input voltage U 3 can be formed (when measuring with direct current), a sinusoidal or pulse voltage with an amplitude proportional to the input voltage U 3 (when measuring with alternating current) . The controlled voltage source 11 consists of a signal generator made on two chips of the KR140UD1208 type, and a controlled amplifier (an amplifier with a gain proportional to the input voltage U 3 ), made on two chips of KR140UD1208 and a KAP302A field-effect transistor.
Устройство для измерения электрокожного сопротивления работает следующим образом. A device for measuring electric resistance is as follows.
Индифферентные электроды 3, 4 фиксируются в индифферентной области кожного покрова 1, а измерительный электрод 2 прижимается контактной поверхностью к кожному покрову в исследуемой зоне точки акупунктуры. От управляемого источника 11 напряжения по цепи, образованной измерительным электродом 2 и электрокожными сопротивлениями Zx и Z2 к индифферентному электроду 3 течет некоторый заданный электрический ток I, который проходит через преобразователь 5 ток - напряжение на выход дифференциального усилителя 6 и далее на общую шину питания устройства. Через ЭКС Z1 ток практически равен нулю, т.к. входное сопротивление дифференциального усилителя 6 имеет большое значение (порядка 100 МОм и более). Протекающий ток создает падения напряжений на электрокожных сопротивлениях Zx и Z2. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя 6 прикладывается потенциал второго выхода управляемого источника 11 напряжения, равный потенциалу общей шины устройства. При этом электрокожные сопротивления Z1 и Z2 образуют с дифференциальным усилителем 6 масштабный усилитель, потенциалы неинвертирующего и инвертирующего входов которого практически равны между собой. А т.к. через сопротивление Z1 ток не протекает, то потенциал индифферентного электрода 3 будет всегда равен потенциалу второго выхода управляемого источника 11 напряжения.The indifferent electrodes 3, 4 are fixed in the indifferent region of the
В результате этого к измеряемому сопротивлению Zx всегда будет приложено напряжение U4, равное выходному напряжению управляемого источника 11 напряжения, а значение сопротивления Z2 и внутреннее сопротивление преобразователя 5 ток - напряжение не будут влиять на режим измерения.As a result of this, a voltage U 4 equal to the output voltage of the controlled voltage source 11 will always be applied to the measured resistance Z x , and the value of the resistance Z 2 and the internal resistance of the current-voltage converter 5 will not affect the measurement mode.
Выходное напряжение U4 управляемого источника 11 напряжения будет определяться напряжением U3, подаваемым на его вход
U4 = K1U3, (1)
где K1 коэффициент передачи управляемого источника 11 напряжения.The output voltage U 4 of the controlled voltage source 11 will be determined by the voltage U 3 supplied to its input
U 4 = K 1 U 3 , (1)
where K 1 is the transfer coefficient of the controlled voltage source 11.
Т. к. напряжение U4 приложено к измеряемому сопротивлению Zx, то через измеряемое сопротивление будет протекать ток I, равный
I = U4/Zx. (2)
Ток I будет замыкаться через сопротивление Z2 и преобразователь 5 ток - напряжение на общую шину устройства. В результате этого на выходе преобразователя 5 ток - напряжение пропорционально току I будет формироваться напряжение U1, равное
U1 = K2I, (3)
где K2 - коэффициент передачи преобразователя 5 ток - напряжение.Since the voltage U 4 is applied to the measured resistance Z x , then a current I equal to flowing through the measured resistance
I = U 4 / Z x . (2)
Current I will be closed through resistance Z 2 and the current-voltage converter 5 to the device common bus. As a result of this, at the output of the converter 5, the current - voltage is proportional to the current I, a voltage U 1 equal to
U 1 = K 2 I, (3)
where K 2 is the transfer coefficient of the converter 5 current is voltage.
На выходе амплитудного детектора 7 пропорционально значению напряжения U1 (амплитуде переменного напряжения при измерении на переменном токе или постоянному напряжению при измерении на постоянном токе) будет выделяться постоянное напряжение U'1
U'1 = K3K2I, (4)
где K3 - коэффициент передачи амплитудного детектора.The output of the amplitude detector 7 is proportional to the voltage value U 1 (the amplitude of the alternating voltage when measuring with alternating current or constant voltage when measuring with direct current) will be allocated constant voltage U ' 1
U ' 1 = K 3 K 2 I, (4)
where K 3 is the gain of the amplitude detector.
При этом на выходе вычитающего устройства 9 будет формироваться напряжение U3, равное
U3 = U2 - U'1. (5)
Напряжение U3, воздействует на вход управляемого источника 11 напряжения, изменяя его выходное напряжение U4. В результате этого после переходного процесса в зависимости от значения сопротивления Zx устанавливается определенное значение напряжения U4 и пропорциональное ему значение напряжения U'1, которое на основании выражений (1) - (5) можно представить
U'1 = K2K3I = K2K3(U4/Zx) = K1K2K3(U3/Zx);
Или
Заменяя в выражении (7) модуль ЭКС Zx на соответствующий модуль проводимости Yx =1/Zx получим выражение
Выражения (7), (8) являются функциями преобразования заявляемого устройства измерения электрокожного сопротивления.In this case, at the output of the subtractor 9, a voltage U 3 equal to
U 3 = U 2 - U ' 1 . (5)
The voltage U 3 acts on the input of the controlled voltage source 11, changing its output voltage U 4 . As a result of this, after the transition process, depending on the resistance value Z x , a certain voltage value U 4 and a voltage value U ' 1 proportional to it are established, which can be represented on the basis of expressions (1) - (5)
U ' 1 = K 2 K 3 I = K 2 K 3 (U 4 / Z x ) = K 1 K 2 K 3 (U 3 / Z x );
Or
Replacing in the expression (7) the EX module Z x with the corresponding conductivity module Y x = 1 / Z x we obtain the expression
Expressions (7), (8) are the conversion functions of the inventive device for measuring electric skin resistance.
Пропорционально напряжению U'1 с помощью регистратора 10 осуществляется отсчет регистрируемых значений электрокожного сопротивления или электрокожной проводимости.In proportion to the voltage U ' 1 , the recorded values of the electric skin resistance or electric skin conductivity are counted by means of a
Как видно из выражений (7), (8), функция преобразования является нелинейной, что обеспечивает формирование нелинейной измерительной шкалы. Причем вид нелинейного преобразования определяется значениями K1, K2, K3, U2, которые являются постоянными величинами, выбираемыми при проектировании устройства измерения.As can be seen from expressions (7), (8), the conversion function is non-linear, which ensures the formation of a non-linear measuring scale. Moreover, the type of non-linear transformation is determined by the values of K 1 , K 2 , K 3 , U 2 , which are constant values selected during the design of the measuring device.
На фиг. 2 приведены зависимости выходного напряжения U'1 устройства, пропорционального регистрируемым значениям ЭКС от измеряемого сопротивления Zx при разных значениях величин K1, K2, K3, U2, построенные на основании выражения (7) на PX IBM 486 с использованием программы "Mathcad. Plus 5" для четырех случаев:
1. K1 = K3 = 1; K2 = 2•105 B/A; U1 = 6 B - зависимость V1(Zx);
2. K1 = K3 = 1; K2 = 1,2•105 B/A; U1 = 6 B - зависимость V2(Zx);
3. K1 = K3 = 1; K2 = 8•104 B/A; U1 = 6 B - зависимость V3(Zx);
4. K1 = K3 = 1; K2 = 5•104 B/A; U1 = 6 B - зависимость V4(Zx).In FIG. Figure 2 shows the dependences of the output voltage U ' 1 of the device proportional to the recorded values of the EX on measured resistance Z x for different values of K 1 , K 2 , K 3 , U 2 constructed on the basis of expression (7) on the IBM 486 PX using the program " Mathcad. Plus 5 "for four cases:
1. K 1 = K 3 = 1; K 2 = 2 • 10 5 B / A; U 1 = 6 B - dependence V1 (Z x );
2. K 1 = K 3 = 1; K 2 = 1.2 • 10 5 B / A; U 1 = 6 B - dependence V2 (Z x );
3. K 1 = K 3 = 1; K 2 = 8 • 10 4 B / A; U 1 = 6 B - dependence V3 (Z x );
4. K 1 = K 3 = 1; K 2 = 5 • 10 4 B / A; U 1 = 6 B is the dependence of V4 (Z x ).
Как видно из фиг. 2, предложенное устройство обеспечивает формирование нелинейной шкалы измерения ЭКС, в результате чего осуществляется расширение диапазона регистрируемых значений ЭКС на одном измерительном диапазоне. Причем вид нелинейности измерительной шкалы определяется параметрами применяемых линейных звеньев и может быть значительно изменен в зависимости от поставленной задачи (в зависимости от диапазона значений ЭКС, в котором необходимо осуществлять измерения электрокожного сопротивления, а также диапазона ЭКС, в котором требуется проводить наблюдение за изменением сопротивления). As can be seen from FIG. 2, the proposed device provides the formation of a non-linear scale for measuring EX, which results in the expansion of the range of recorded values of EX for one measuring range. Moreover, the type of non-linearity of the measuring scale is determined by the parameters of the linear links used and can be significantly changed depending on the task (depending on the range of values of the EX, in which it is necessary to measure electric skin resistance, as well as the range of the EX, in which it is necessary to monitor the change in resistance) .
При выборе параметров устройства в соответствии с п. 4 (зависимость V4(Zx)) с помощью предлагаемого устройства можно проводить измерение электрокожного сопротивления с высокой точностью в диапазоне 10 - 300 кОм и проводить контроль за изменением электрокожного сопротивления при поиске точек акупунктуры в диапазоне 10 - 5000 кОм.When choosing the device parameters in accordance with paragraph 4 (dependence V4 (Z x )) using the proposed device, it is possible to measure the skin resistance with high accuracy in the range of 10 - 300 kOhm and monitor the change in skin resistance when searching for acupuncture points in the range of 10 - 5000 kOhm.
Кроме того, в предложенном устройстве при заданных значениях K1, K2, K3, U2 будет обеспечиваться формирование требуемой нелинейной характеристики преобразования (нелинейной шкалы, идеально повторяемой при изготовлении приборов, что очень важно для организации их массового производства).In addition, in the proposed device at given values of K 1 , K 2 , K 3 , U 2 will be provided the formation of the required non-linear conversion characteristics (non-linear scale, ideally repeated in the manufacture of devices, which is very important for the organization of their mass production).
Используя выражения (4), (7), можно выразить зависимость измерительного тока в устройстве от электрокожного сопротивления Zx
На основании выражения (9) можно получить выражение для мощности измерительного сигнала
Согласно выражению (10) на PX IBM 486 с использованием программы "Mathcad. Plus 5" для четырех случаев, соответствующих параметрам устройства (п. 1 - п. 4), построены зависимости мощности измерительного сигнала
Based on expression (9), we can obtain an expression for the power of the measuring signal
According to expression (10), on PX IBM 486 using the program "Mathcad. Plus 5" for four cases corresponding to the device parameters (p. 1 - p. 4), the dependences of the measuring signal power are constructed
В соответствии с вышеотмеченным при реализации названного устройства выбирают максимально допустимую мощность измерительного сигнала, и исходя из ее значения по виду требуемой нелинейности (в соответствии с фиг. 2) выбирают значения коэффициентов K1, K2, K3 и напряжения U2. После этого выбором соотношений (K1U2)2 и (K1K2K3) (в соответствии с выражением 11) обеспечивают минимальное изменение мощности измерительного сигнала для заданного диапазона измерения ЭКС.In accordance with the foregoing, when implementing the aforementioned device, the maximum allowable power of the measuring signal is selected, and based on its value by the type of required non-linearity (in accordance with Fig. 2), the values of the coefficients K 1 , K 2 , K 3 and voltage U 2 are selected. After that, by choosing the ratios (K 1 U 2 ) 2 and (K 1 K 2 K 3 ) (in accordance with expression 11), a minimum change in the power of the measuring signal for a given measuring range of the ECS is provided.
В разработанном приборе модели "АРАКС" максимальная мощность измерительного сигнала выбрана равной 10 мкВт, и коэффициенты K1 = 1, K3 = 1, K2 = 5•104, U2 = 3 В.In the developed device of the ARAKS model, the maximum power of the measuring signal was chosen equal to 10 μW, and the coefficients K 1 = 1, K 3 = 1, K 2 = 5 • 10 4 , U 2 = 3 V.
При этом в устройстве обеспечена возможность осуществления регистрации ЭКС в пределах 10 кОм - 5 МОм и измерение ЭКС в диапазоне 10 - 300 кОм при погрешности измерения, не превышающей 10%. At the same time, the device provides the possibility of registering the EKS in the range of 10 kΩ - 5 MΩ and measuring the EKS in the range of 10 - 300 kΩ with a measurement error not exceeding 10%.
Таким образом, в устройстве для измерения электрокожного сопротивления обеспечивается возможность регистрации ЭКС в широком диапазоне регистрируемых значений на одном измерительном диапазоне. Кроме того, устройство обеспечивает режим измерения ЭКС ТА при постоянной мощности измерительного сигнала, что в отличие от известных устройств позволяет расширить диапазон регистрируемых значений ЭКС на одном измерительном диапазоне не менее чем в 10 раз, при максимальной мощности измерительного сигнала, не превышающей используемую мощность в известных устройствах при оптимальном выборе параметров элементов заявленного устройства. Thus, in the device for measuring electric skin resistance, it is possible to register ECS in a wide range of recorded values on a single measuring range. In addition, the device provides a mode of measuring the EX-TA at a constant power of the measuring signal, which, unlike the known devices, allows expanding the range of recorded values of the EX on one measuring range by at least 10 times, with a maximum power of the measuring signal not exceeding the used power in known devices with the optimal selection of the parameters of the elements of the claimed device.
По сравнению с известными приборами, имеющими нелинейные преобразователи во входной цепи измерения (например, приборами Р.Фоля), заявленное устройство при аналогичных параметрах диапазона регистрируемых значений ЭКС обеспечивает измерение при максимальной мощности измерительного сигнала в диапазоне ЭКС 10 - 300 кОм в 10 раз меньшей, чем в известных устройствах. Кроме того, в отличие от известных устройств с нелинейными шкалами измерения предложенное устройство обеспечивает исключение погрешностей от ЭКС индифферентной зоны, а также высокую точность воспроизведения заданной нелинейности шкалы при использовании линейных преобразующих звеньев, что является основой для высокой повторяемости параметров приборов при их серийном производстве. Compared with known devices having non-linear converters in the input measurement circuit (for example, R. Foll devices), the claimed device with the same parameters of the range of recorded values of the ECS provides measurement at a maximum power of the measuring signal in the range of the EX 10-300 kOhm, 10 times less than in known devices. In addition, in contrast to the known devices with non-linear measurement scales, the proposed device provides the elimination of errors from the ECS of the indifferent zone, as well as high accuracy of reproducing the given non-linearity of the scale when using linear converting links, which is the basis for high repeatability of device parameters during their serial production.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96106319A RU2121291C1 (en) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | Device for measuring of electrodermal resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96106319A RU2121291C1 (en) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | Device for measuring of electrodermal resistance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96106319A RU96106319A (en) | 1998-06-10 |
| RU2121291C1 true RU2121291C1 (en) | 1998-11-10 |
Family
ID=20178780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96106319A RU2121291C1 (en) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | Device for measuring of electrodermal resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2121291C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2268643C2 (en) * | 2001-07-17 | 2006-01-27 | Воронежский институт высоких технологий | Method of measurement of electric-skin resistance of acupuncture points, device for realization (versions) |
| RU2730953C2 (en) * | 2018-10-25 | 2020-08-26 | Олег Иванович Лобачев | Device for measuring biological point activity |
-
1996
- 1996-03-26 RU RU96106319A patent/RU2121291C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU 228856 A (Чайкин М.К. и др.), 10.11.69, A 61 B 10/00. SU 1060185 A (Воронежский государственный педагогический институт), 15.12.93, A 61 H 39/02. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2268643C2 (en) * | 2001-07-17 | 2006-01-27 | Воронежский институт высоких технологий | Method of measurement of electric-skin resistance of acupuncture points, device for realization (versions) |
| RU2730953C2 (en) * | 2018-10-25 | 2020-08-26 | Олег Иванович Лобачев | Device for measuring biological point activity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3085566A (en) | Apparatus for measuring the electrical response of living tissue | |
| US4473796A (en) | Resistance and capacitance measuring device | |
| Aroom et al. | Bioimpedance analysis: a guide to simple design and implementation | |
| Golubkov et al. | Automated system for bioimpedance measuring | |
| US3508540A (en) | Apparatus for direct measurement of skin conductance | |
| Noveletto et al. | Analog front-end for the integrated circuit AD5933 used in electrical bioimpedance measurements | |
| Ahmad et al. | A portable low-voltage low-power ppm-level resistive sensor measurement system | |
| RU2121291C1 (en) | Device for measuring of electrodermal resistance | |
| Linthish et al. | Autonulling-based multichannel impedance measurement system for capacitive sensors | |
| Li et al. | A low-cost and accurate interface for four-electrode conductivity sensors | |
| US3448378A (en) | Impedance measuring instrument having a voltage divider comprising a pair of amplifiers | |
| Ehtesham et al. | Development of an automated precision direct current source for generation of pa currents based on capacitance charging method at csir-npl | |
| SU1759402A1 (en) | Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance | |
| RU2121294C1 (en) | Device for measuring of electrodermal resistance | |
| Ye et al. | A portable electrochemical impedance spectroscopy lab-on-chip system for biosensing applications | |
| RU2173537C2 (en) | Device for measuring electric skin resistance | |
| Ahmed et al. | Multi-frequency current source for varying loads in electrical impedance tomography systems | |
| Daire | An improved method for differential conductance measurements | |
| Healey et al. | Circuit architecture for electrical impedance spectroscopy instrumentation to address electrode impedance mismatch in clinical devices | |
| RU2104668C1 (en) | Bridged device for multipoint determination of characteristics of biological objects | |
| Dutta et al. | Study and Noise Analysis of a Linearizing Front-End Circuit for GMR Sensors | |
| Sohail et al. | Analysis of a Digitizer Circuit with T-Network for Low Resistance Measurement | |
| RU2207806C2 (en) | Device for setting diagnosis after folle approach | |
| RU2146877C1 (en) | Device for measurement of electric resistance of skin | |
| Torrents et al. | Increasing wheatstone bridge sensitivity |