Молодежная научная весна 20. Часть 4

Как следует из сравнения рис. 3а, 3б, число спектральных составляющих, на основе которых строится выходной сигнал, влияет на качество воспроизведения последнего.

Рис. 3а. График спектра при значении m = 13 (число гармоник)

Рис. 3б. График спектра при значении m = 3 (число гармоник)

После сравнения экспериментальных и теоретических результатов было установлено совпадение выходного сигнала на экране осциллографа с аналогичным параметром, воспроизведенным с помощью программной среды mathcad.

Таким образом, с помощью моделей, подобных рассмотренной в данной работе, возможно проведение анализа физических свойств различных полупроводниковых и диэлектрических твердотельных соединений. На основании всего вышеизложенного можно сделать предположение о перспективности этого метода при исследовании физических свойств различных материалов.

161

Список литературы

1.Бакалов В. П., Дмитриков В. Ф., Крук Б. И. Основы теории цепей: учебник / В. П. Бакалов, В. Ф. Дмитриков, Б. И. Крук. М.: Горячая линия, 2007. 591 с.

2.СвешниковИ. В.,СтепановН. П.,ДружининА. П.,ВиблыйС. Г.  Электрофизические исследования материалов, перспективных для создания термоэлектрических охладителей для пищевой промышленности // Взаимодействие науки, бизнеса и общества как фактор развития регионов: материалы межрегиональной научно-практической конференции / Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования Центросоюза Российской Федерации Сибирский университет потребительской кооперации Забайкальский институт предпринимательства. Чита : ЗИП СибУПК, 2019. Ч. 1. С. 50–53.

3.Грабко Г. И., Соловьева О. А. Методы анализа и обработки негармонических сигналов: учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения специальности 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов всех специальностей, бакалавров направления 11.03.02

Инфокоммуникационные технологии и системы связи / Г. И. Грабко,

О. А. Соловьева. Чита: ЗабИЖТ.

4.Ферросилиций // Большая Советская Энциклопедия / гл. ред. А. М. Прохоров. 3-е изд. М. : Советская Энциклопедия, 1977. Т. 27. Ульяновск; Франкфорт. С. 320.

Научный руководитель – Г. И. Грабко, канд. физ.-мат. наук, доценткафедрыфизикиитехникисвязиЗабайкальскогогосударственного университета.

А. А. Антонова,

студентка гр. ИДб-16, энергетический факультет ЗабГУ

Ультразвуковой прибор для диагностики поражения слуха

Слух позволяет человеку воспринимать окружающий мир и занимает особое место среди пяти чувств, при помощи которых человеквоспринимаетокружающиймир,обеспечиваетчеловеку разборчивую речь и полноценное общение. Нарушение слуха – актуальная проблема нашего времени, возникающая у пожилых лиц, молодежи и даже у новорожденных. Своевременное выявление патологии и изучение ее причин, симптомов и мер профи-

162

лактики позволяют избежать развития серьезного осложнения – тотальной глухоты.

По данным ВОЗ количество лиц в мире с нарушениями слуха более 40 дБ на лучше слышащее ухо составляет порядка 300 млн. человек. Согласно выборочной статистике предполагается, что в России в настоящее время зарегистрировано более 13 млн человек с социально значимыми нарушениями слуха, в том числе более 1 млн детей и подростков.

Диагностика нарушения слуха включает множество способов и тестов, целью которых является определение причины патологии и выяснение уровня поражения слухового анализатора. Специалистамивобластирасстройстваслухаявляютсяоториноларингологи, сурдологи и аудиологи.

С внедрением в практику метода ультразвукового исследования функции слухового анализатора появились дополнительные возможности в области дифференциальной отологической диагностики. Фундаментальные исследования в этом направлении были проведены Б. М. Сагаловичем и его школой (Б. М. Сагалович, К. П. Покрывалова). В этих исследованиях было показано, что человек отчетливо воспринимает ультразвук в диапазоне 21–225 кГц; слуховое ощущение оценивается как очень высокий тон слышимого спектра. Восприятие ультразвука происходит в улитке, однако оно возможно главным образом при кост- но-тканевом проведении звуковой энергии.

Ультразвук частотой до 138 кГц хорошо проводится через мягкие ткани шеи, но для восприятия ультразвука большой частоты необходим плотный контакт излучателя с костной поверхностью черепа – центром лба при исследовании феномена латерализации или с областью сосцевидного отростка при раздельном определении порогов восприятия ультразвука. Особенностью ультразвука является то, что он не маскируется тонами слышимого спектра частот и практически не дифференцируется по частоте во всем исследуемом диапазоне, однако он хорошо дифференцируется по силе и немногим отличается по этому свойству от обычных звуков.

Прибор для диагностики поражения слуха предназначен для диагностики различных поражений слуха и может использоваться в больницах и клиниках, а также в научно-исследователь- ских медицинских учреждениях. Прибор состоит из корпуса и

163

верхнейкрышки,выполненныхизАБС-пластика.Содержитуль- тразвуковойдатчик,которыйприсоединенккорпусуустройства,

иподключен к основной плате, управление которой идет с микроконтроллера. На корпусе имеются семисегментные индикаторы для отображения результатов.

На корпусе находятся 4 кнопки: кнопка включения/выключения, кнопки увеличения и уменьшения мощности ультразвука

икнопка изменения скорости нарастания мощности.

При подаче электропитания на прибор, на выходе его формируютсяпачкирадиоимпульсовсчастотой100кГц,длительностью t 1 = 0,8 с и периодом следования t2 = 1,6 с. Таким образом, рабочий цикл и пауза длятся по 0,8 с.

Во время рабочего цикла (выдача ультразвуковой частоты наизлучатель)измикропроцессоранаусилительсдискретнорегулируемымкоэффициентомусиленияпоступаюткоды,соответствующие уровню мощности, введенному кнопками уменьшения и увеличения мощности. Однако при прижатии излучателя к различнымучасткамтелачеловекаменяетсякомплексноесопротивление пьезоэлектрического излучателя, что приводит к изменению мощности излучения при одинаковом сигнале на выходе прибора, поскольку происходит изменение тока нагрузки. Поэтому в процессе работы требуется корректировка выходной мощности. Коррекция мощности производится с частотой 250 Гц. Режим «ПАУЗА» задается микропроцессором путем загрузки в усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления кода, соответствующего минимальному коэффициенту усиления Кус=0. Во время паузы микропроцессор вычисляет начальные текущие напряжения смещения детекторов для компенсации температурного дрейфа детекторов.

Во время рабочего цикла микропроцессор также производит самоконтроль прибора с излучателем. В случае отсутствия тока в излучателе на индикаторы выводится знак «О» («ОБРЫВ»).Вслучаекороткогозамыканиявизлучателенаиндикаторы выводится знак «З» («ЗАМЫКАНИЕ»). В этом случае работа прибораблокируетсясцельюнедопущениявыходаизстрояусилителя мощности. После устранения причин короткого замыкания или обрыва прибор готов к работе.

Введение ультразвука пациенту оператором осуществляется посредством пьезоэлектрического излучателя, поверхность

164

которого прижимается к заушной или лобовой части головы черезтонкуюпленкувазелиновогомасла.Воздействиеультразвука воспринимается пациентом благодаря наличию костной проводимости.

При постепенном увеличении интенсивности ультразвука достигается значение мощности излучения, при котором пациент начинает воспринимать ультразвук как слышимый сигнал. Этопозволяетопределитьдифференциальныйпорогвосприятия ультразвука и соответственно определить степень атрофии слухового нерва, т. е. диагностировать степень потери нейросенсорной чувствительности.

Приэтомнадпороговыйуровеньультразвуканеиспользуетсяиотрицательныевоздействияультразвуканачеловекапрактически исключаются.

Схема работы предлагаемого устройства представлена на рисунке.

Рисунок. Схема устройства

Представленный прибор отличается своей простотой в использовании и надежностью, что позволяет обеспечить повышение достоверности диагностики различных поражений слуха за счет добавления или сопоставления результатов исследования восприятия пациентом ультразвука. В предлагаемом устройстве используется 100 % модуляция звука, при этом при определении

165

дифференциальных порогов восприятия силы звука мощность ультразвука изменяется от нуля до порогового значения, что существенно уменьшает опасность побочных отрицательных воздействий на пациента.

Список литературы

1.Вартанян И. А. Коснуться невидимого, услышать неслышимое / И. А. Вартанян, Е. М. Цирульников. Л.: Наука, 1985. 152 с.

2.ФедороваВ. Н. Медицинскаяибиологическаяфизика.Курслекций с задачами: учеб. пособие / В. Н. Федорова, Е. В. Фаустов. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. 592 с.

3.Бекренев Н. В. Ультразвуковые процесс и аппараты в биологии

имедицине : учеб. пособие для студентов специальности 190500 / Н. В. Бекренев [и др.] ; под ред. В. Н. Лясникова. М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. агентство по образованию, Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. 120 с.

Научныйруководитель–М. И. Охрименко,ст.преподавателька- федры автоматизации производственных процессов Забайкальского государственного университета.

В. А. Звягина,

студент гр. ИДб-16, энергетический факультет ЗабГУ

Методика исследования спектральной характеристики фоторезистора

Фотометрический метод анализа ‒ один из самых старых и распространенных методов физико-химического анализа. Его распространениюспособствовалисравнительнаяпростотанеобходимого оборудования, особенно для визуальных методов, высокая чувствительность и возможность применения для определения почти всех элементов периодической системы и большого количества органических веществ. Открытие все новых и новых реагентов, образующих окрашенные соединения с неорганическими ионами и органическими веществами, делает в настоящее время применение этого метода почти неограниченным.

Фотометрический метод анализа может применяться для большогодиапазонаопределяемыхконцентраций.Егоиспользу-

166

ют как для определения основных компонентов различных сложныхтехническихобъектовссодержаниемдо20–30 %опре- деляемого компонента, так и для определения микропримесей в этих объектах при содержании их до 10–3–10–4 %.

Воснове фотоэлектрического метода анализа лежит явление фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта). Фотоэффектом называется явление отрыва электронов от атомов веществ под действием светового потока. Если электроны отрываются от поверхности тела, то фотоэффект называется внешним. Если же электроны отрываются от внутренних атомов тела, то фотоэффект называется внутренним, или объемным.

Прибор, в котором световая энергия преобразуется в электрическую, называется фотоэлементом. По принципу устройства фотоэлементы делятся на: фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом и фотоэлементы с запирающим слоем.

Каждый фотоэлемент характеризуется:

1. Спектральной характеристикой, представляющей собой кривую зависимости силы фототока от длины волны света, падающего на фотоэлемент

2. Чувствительностью, которая выражается силой тока в микроамперах (10–6 А), возникающей в фотоэлементе при падении на него светового потока в 1 люмен.

Мною предлагается прибор, в котором применяется фотоэлемент с внутренним фотоэффектом, а именно фоторезистор, в котором используется явление фотопроводимости ‒ изменение электрической проводимости полупроводника при его освещении. Преимуществом данного прибора является большая чувствительность при малых освещенностях, что позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. Структурная схема устройства изображена на рисунке.

Вкачестве блока питания используется импульсный блок напряжением U = 5 В, с максимальным выходным током 500 мА

ивходным напряжением Uвх = 220В,50 Гц.

Светоизлучателем в данном приборе является трехцветный светодиод RGB типа. В основе идеи создания трехцветного светодиодалежит оптический эффект получения разнообразных оттенков путем смешивания 3-х базовых цветов. В качестве базовых

167

цветов обычно используются красный (R), зеленый (G) и синий

(B). Конструктивно трехцветный светодиод представляет собой три цветных светодиода, смонтированных в общем корпусе.

ВосновестабилизаторапримененинтегральныйрегулируемыйстабилизаторнапряженияитокаLM317.Основноеназначение ‒ это стабилизация положительного напряжения. Он подходит для проектирования несложных регулируемых источников и блоков питания, для электронной аппаратуры, с различными выходными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданным напряжением и током нагрузки. Регулировка происходит линейным способом.

Рисунок. Структурная схема прибора

Фотоприемником выступает фоторезистор, как элемент, обладающий высокой чувствительностью. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. На основании материалов, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом.

Спектральная характеристика – это зависимость относительной (т. е. нормированной по максимуму) чувствительности (тока) фоторезистора от длины волны излучения при фиксированных напряжении на фоторезисторе и силе светового потока.

Методика исследования спектральной характеристики фоторезистора на данном приборе заключается в измерении светового потока, возникающего при падении напряжения на светодиоде.

От источника питания, через блок переключателей и регулятор интенсивности подходит ток к светоизлучателю (RGB светодиод). Блок переключателей позволяет выбрать длину волны излучения. Меняя напряжение на светодиоде, с помощью регулятора интенсивности, можно получить разный по интенсивности световой поток. Полученный световой поток испускается в светонепроницаемую трубку, на противоположной стороне которой установлен фоточувствительный приемник, а именно фоторези-

168

стор. Сопротивление фоторезистора меняется (уменьшается или увеличивается),взависимостиотсветовогопотокаидлиныволны светового потока. Фоторезистор подключен к сети питания и к измерительномуконтуручерезрезистор,номиналом10кОм.Вроли измерительного контура выступает миллиамперметр, показания которого пропорциональны сопротивлению фотоприемника.

В результате измерения тока с помощью миллиамперметра, знаязаданноенапряжение,можнорассчитатьсопротивлениефоторезистора, при определенной интенсивности и длине волны. Также можно построить 2 графика:

−график чувствительности фоторезистора на разных длинах волны;

−графикзависимостисопротивленияфоторезистораотинтенсивности (яркости) светового потока на определенной длине волны (цвета).

Таким образом, представленный прибор служит для исследования спектральной характеристики фоторезистора, и может применяться в качестве лабораторной установки в учебном процессе.

Список литературы

Коренман И. М. Фотометрический анализ. Методы определения органических веществ. М.: Химия, 1970. 342 с.

Научный руководитель – С. Я. Березин д-р. техн. наук, профессор кафедры автоматизации производственных процессов Забайкальского государственного университета.

Я. Т. Ринчинова,

студентка гр. ИДб-16, энергетический факультет ЗабГУ

А. Э. Перминова,

студентка гр. ИДб-16, энергетический факультет ЗабГУ

Устройство управления физиологическим состоянием на основе биологической обратной связи

Современная жизнь характеризуется чрезвычайной потребностью в адаптации человека из-за влияния быстро изменяющихся социальных и технологических условий. Изменяющиеся

169

условия жизни служат причиной стрессов. Одной из актуальных проблем в настоящее время является постоянное воздействие различных стрессовых факторов на человека, но большинство людей не умеют с ними справляться. Неспособность или неумение совладать со стрессом является основой для расстройства здоровья или, по крайней мере, ухудшения жизни в различных сферах.

Поэтому мониторинг состояния самочувствия считается наиважнейшей задачей, которой занимается прогрессивная биоинженерия. Существует большое количество способов мониторирования состояния самочувствия. В повседневной жизни огромную известность приобрели так называемые фитнес-при- боры. Основное их предназначение – контроль состояния человека во время спортивных занятий.

Нами были проведены исследования по анализу существу- ющихприборовдляфитнесэкспресс-контроля.Наибольшийин- терес представляют устройства на основе биологической обратной связи (БОС), т. е. такие устройства, работа которых направлена на активизацию внутренних резервов организма, развитие самоконтроля и саморегуляции важных физиологических функций организма путем формирования на уровне головного мозга программы их физиологически адекватного управления.

Подобные устройства обеспечивают: реализацию методик обучениянавыкамсаморегуляции;проведениеоздоровительных и реабилитационных процедур на основе БОС-тренинга с целью повышения устойчивости пациента к стрессогенным факторам; немедикаментозное восстановление нарушенных функций; улучшение нервной регуляции при различных заболеваниях, фобиях, патологических состояниях и зависимостях; формирование необходимого психофизиологического статуса у спортсменов и лиц напряженных профессий.

Существуют несколько приборов на основе БОС. Например аппарат «Реакор-Т». Он обеспечивает реализацию различных методик функционального биоуправления процедур БОС-тре- нинга: по параметрам ритмов ЭЭГ-сигналов; частоте сердечных сокращений, параметрам кровообращения. Еще одно устройство, работающее на основе БОС: беспроводной комплекс БОС Нейротех Колибри психоэмоциональной коррекции. Беспроводной комплекс БОС представляет собой комплект из четырех

170