Измерване на постоянен ток на съпротивлението на човешката кожа

Определяне на зависимостта на устойчивостта на кожата от външни влияния. Изследване на методи за измерване на съпротивление. Схеми за свързване на електроди при измерване на съпротивлението на човешкото тяло. Описание на блокове и софтуер на измервателното устройство.

измерване

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формуляра по-долу

Студенти, аспиранти, млади учени, използващи базата от знания в своето обучение и работа, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

Новосибирски държавен технически университет

Отдел за системи за събиране и обработка на данни

по дисциплината "Системи за събиране и обработка на данни"

Измерване на постоянен ток на съпротивлението на човешката кожа

1. Зависимост на устойчивостта на кожата от външни влияния

2. Техники за измерване на устойчивостта на кожата

3. Схеми за свързване на електроди при измерване на съпротивлението на човешкото тяло

4. Изисквания към разработеното устройство

5. Блок-схема на устройството, което се разработва

6. Характеристики на блоковете на измервателното устройство

7. Инструментен софтуер

Списък на използваната литература

При електрофизиологичните изследвания голямо внимание се отделя на изучаването на електрическите явления в живия организъм, които се проявяват, по-специално, в промяната в така наречените пасивни електрически свойства на биологичните тъкани: импеданс, проводимост, капацитет, диелектрична константа. Всички функционални и патологични промени в изследваните системи и органи засягат параметрите на електрическите сигнали, които са резултат от електрофизиологичните изследвания. [1] измерване на съпротивление кожен електрод

Електрическото съпротивление на различните тъкани на човешкото тяло не е еднакво: кожата, костите, мастната тъкан, сухожилията и хрущялите имат относително висока устойчивост, докато мускулната тъкан, кръвта, лимфата и особено гръбначният мозък и мозъкът са малки. В сравнение с други тъкани, кожата има много високо съпротивление, което е основният фактор, определящ устойчивостта на човешкото тяло като цяло. [2]

Структурата на кожата има сложна структура, в която могат да се разграничат два основни слоя: епидермисът и дермата, всеки от които от своя страна се състои от няколко слоя. Основният принос за електрическото съпротивление на кожата има външният слой на епидермиса - роговият слой.

Съпротивлението на кожата, следователно, на тялото като цяло, рязко намалява, когато роговият му слой е повреден, наличието на влага на повърхността му, интензивно изпотяване и замърсяване.

В инженерно-психологическите и медико-биологичните изследвания, особено при оценка на нивото на психоемоционално напрежение на оператор (пациент), широко се използват електрофизиологични показатели за състоянието на човека. По този начин галваничният кожен отговор (GSR) се използва широко за изследване на автономната нервна система, определяне на характеристиките на психофизиологичните реакции и изучаване на личностните черти. [3]

1. Зависимост на устойчивостта на кожата от външни фактори

В хода на многобройни изследвания беше разкрито, че стационарната потенциална разлика на кожата е равна на 10-20 mV на разстояние 1 cm между електродите. При дразнене могат да се наблюдават колебания до 100 mV или повече. Съпротивлението "плава" в зависимост от времето на деня и от състоянието на човешкото тяло (изтощение, умора, ситост, стрес). Установено е, че устойчивостта на кожата варира от 10 KOhm до 2 MOhm. Така че, според данните на Уолтър, SC на лицето и гърба на ръката е в диапазона от 10 до 20 Kohms, кожата на бедрото е 2 MΩ, дланите и ходилата са от 200 KΩ до 2 MΩ. Според Е. Н. Брюкин електрическото съпротивление на кожата (ESR) в различни части на тялото варира от 0,08 до 2,5 MΩ. RI Utyamyshev смята, че SC варира от 2 до 200 KΩ. Съпротивлението на човешкото тяло е постоянно и варира от 5 kΩ до 12,5 kΩ; рядко е малко по-висока или по-ниска. [4]

Също така е важно влиянието на различни външни фактори върху промяната в стойността на кожната устойчивост и следователно върху въвеждането на допълнителни грешки в резултата от измерването.

Увреждане на роговия слой - порязвания, драскотини, ожулвания и други микротравми могат да намалят съпротивлението на човешкото тяло до стойност, близка до стойността на вътрешното му съпротивление (500-700 Ома), което със сигурност увеличава риска от шок за човек.

Овлажняването на кожата намалява нейната устойчивост, дори ако влагата има високо съпротивление. Така например, овлажняването на сухи ръце с силно подсолена вода намалява съпротивлението на тялото с 30-50%, а с дестилирана вода - с 15-35%. Това се обяснява с факта, че влагата върху кожата разтваря минералите и мастните киселини на нейната повърхност, отделяни от тялото заедно с потта и себума и става по-електропроводима. При продължително овлажняване на кожата външният й слой се разхлабва, наситен с влага, в резултат на което нейната устойчивост е почти напълно загубена. По този начин работата с влажни ръце или при условия, които причиняват влага на всякакви участъци от кожата, създава предпоставките за труден резултат в случай на излагане на човек на стрес.

Замърсяването на кожата с различни вещества, особено тези с висока проводимост (метален или въглищен прах, котлен камък и др.), Е придружено от намаляване на нейната устойчивост, подобно на това, което се наблюдава при повърхностно овлажняване на кожата. В допълнение, проводящите вещества, прониквайки в отделителните канали на потните и мастните жлези, създават дълготрайни проводими канали в кожата, рязко намалявайки нейното съпротивление. По този начин металните стругари, миньори и други специалисти, чиито ръце са замърсени с проводими вещества, са изложени на по-голям риск от токов удар, отколкото тези, работещи с чисти ръце.

Влияние на мястото на приложение на електродите върху съпротивлението на човешкото тяло

Мястото на приложение на електродите има ефект, тъй като устойчивостта на кожата на един и същ човек не е еднаква в различните части на тялото. В допълнение, вътрешното съпротивление също е различно (макар и в незначителни граници) поради промяна в дължината на текущия път през вътрешните тъкани на тялото. Разликата в стойностите на устойчивостта на кожата в различни области на тялото се дължи на редица фактори, включително:

а) различна дебелина на роговия слой;

б) неравномерно разпределение на потните жлези по телесната повърхност;

в) неравномерната степен на кръвоносни съдове, изпълващи кожата.

Най-малко съпротива притежава кожата на лицето, шията, ръцете в областта над дланите и особено на страната, обърната към тялото, подмишниците и гърба на ръката.

В Института по неврология на Академията на медицинските науки на СССР като норма се приемат следните показатели за ESC (в килооми); чело - 10, шия - 35, длан - 20, корем - 525, бедро - 525, колене - 400. [4]

Влиянието на текущата стойност върху съпротивлението на човешкото тяло

Увеличаването на тока, преминаващ през човешкото тяло, е придружено от увеличаване на локалното нагряване на кожата и дразнещ ефект върху тъканите. Това от своя страна предизвиква рефлексивен отговор, т.е. чрез централната нервна система, бърза реакция на тялото под формата на вазодилатация на кожата и, следователно, увеличаване на нейното кръвоснабдяване и увеличаване на изпотяването, което води до намаляване на устойчивостта на кожата на това място.

Зависимост на съпротивлението на човешкото тяло от стойността на приложеното напрежение.

Намаляването на zh с увеличаване на приложеното напрежение възниква главно поради намаляване на съпротивлението на кожата и се обяснява с увеличаване на тока, преминаващ през кожата и разрушаването на роговия слой под въздействието на приложеното напрежение.

Разрушаването на роговия слой е възможно, ако интензивността на електрическото поле, възникнало в него, надвишава неговата интензивност на разрушаване, която, както показват експериментите, е равна на 500-2000 V/mm. Тъй като съпротивлението на роговия слой рязко преобладава над съпротивлението на останалата част от токовата верига в човешкото тяло, с известно приближение може да се приеме, че напрежението, подавано към човешкото тяло, е почти изцяло приложено към роговия слой (по-точно, към два слоя, свързани последователно). С това предположение не е трудно да се определи напрежението, което, когато се прилага към човешкото тяло, причинява разрушаване на роговия слой, т.е. напрежение на пробив Upr, V,

Където dр е дебелината на роговия слой, mm.

И така, с dp = 0,05 mm и Епр = 500-2000 V/mm получаваме: Upr = 50 - 200 V.

Следователно, разрушаването на роговия слой е възможно при напрежение около 50V и повече. Изследванията подкрепят това предположение. По-специално експериментите, проведени върху човешки трупове, показват, че напрежение от около 200 V винаги причинява разрушаване на външния слой на кожата.

Влияние на вида и честотата на тока върху съпротивлението на човешкото тяло

Експериментите показват, че устойчивостта на човешкото тяло на постоянен ток е по-голяма, отколкото на променлив ток на която и да е честота. При f = 0 съпротивлението има най-голяма стойност, с увеличаване на честотата zh намалява (поради намаляване на капацитивното съпротивление) и в границата става равно на вътрешното съпротивление на тялото RB.

Зависимост на съпротивлението на човешкото тяло от областта на електродите

Площта на електродите S има пряк ефект върху общото съпротивление на човешкото тяло: колкото повече S, толкова по-малко zh. 3 потвърждава тази връзка. В същото време показва, че с увеличаване на честотата зависимостта на zh от S намалява и при честота 10 - 20 kHz влиянието на зоната на електрода се губи напълно. От изразите за изчисляване на zh се вижда също, че при високи честоти, например 10 - 20 kHz, първият член под корена придобива стойност, близка до нула, azh става равна на RB.

Влияние на продължителността на текущия поток върху съпротивлението на тялото

Продължителността на текущия поток оказва значително влияние върху съпротивлението на кожата и следователно, като цяло, поради увеличаването на кръвоснабдяването на кожните участъци под електродите, изпотяването и др., Експериментите показват, че при ниски напрежения (до 20 - 30 V) за 1 - 2 минути съпротивлението обикновено намалява с 10 - 40% (средно с 25%), а понякога и повече. С увеличаване на напрежението и, следователно, с увеличаване на тока през човешкото тяло, съпротивлението на тялото намалява по-бързо, което очевидно се обяснява с по-интензивния ефект на по-високия ток върху кожата. [пет]

Така например, измерванията, направени в Съединените щати по време на едно електрическо изпълнение, показват, че съпротивлението на човешкото тяло, равно на 800 ома в момента на включване под напрежение 1600 V, намалява след 50 s до 516 ома, че е с 35%. [4]

Влияние на параметрите на околната среда върху устойчивостта на човешката кожа

Физическите раздразнения, които възникват неочаквано за човек: болезнени (инжекции и удари), звук, светлина и др. - могат да причинят намаляване на съпротивлението на тялото с 20 - 50% за няколко минути.

Намаляването или увеличаването на парциалното налягане на кислорода във въздуха в сравнение с нормата, съответно, намалява или увеличава съпротивлението на човешкото тяло. Следователно, в затворени помещения, където парциалното налягане на кислорода обикновено е по-ниско, рискът от токов удар, при равни други условия, е по-висок, отколкото на открито.

Повишената температура на околния въздух (30 - 45 0 С) или топлинното облъчване на човек причиняват леко намаляване на стойността на общото съпротивление на човешкото тяло, дори ако човекът е в тези условия за кратко време ( няколко минути) и няма повишено изпотяване. Една от причините за това може да е увеличаването на снабдяването на кръвоносните съдове на кожата в резултат на тяхното разширяване, което е реакцията на тялото на излагане на топлина.

Влиянието на различни външни фактори внася допълнителни грешки при измерването на съпротивлението на тялото. Необходимо е да се елиминират възможно най-много външни фактори, влияещи върху състоянието на кожата на пациента (температура, влажност, увреждане и замърсяване на роговия слой); оптимално изберете амплитудните характеристики на измервателните токове, продължителността на изследването, изберете формата и размера на електродите.

2. Техники за измерване на устойчивостта на кожата

Възможно е ясно да се разграничат два метода за регистриране на галванични кожни реакции: според Тарханов (регистрация на електрически потенциали на кожата) и според Ферет (регистрация на електрическо съпротивление на кожата). И двата метода, като показатели за състоянието на организма, дават идентични резултати, само латентният период на промени в кожната устойчивост е малко по-висок, отколкото при промяна на кожния потенциал.

Методи за изследване на електрическата активност на кожата.