RU2138984C1

RU2138984C1 - Extra weak radiation transducer

Info

Publication number: RU2138984C1
Application number: RU98105571A
Authority: RU
Inventors: Е.Г. Бондаренко; В.Н. Рыжевнин
Original assignee: Бондаренко Евгений Георгиевич; Рыжевнин Владимир Николаевич
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: measuring instruments. SUBSTANCE: transducer has casing accommodating sensing element with current leads connected to measuring device. Sensing element is coated with insulation layer. It consists of at least two active members fitted to each other tightly and made of materials capable of electronic conductance. In addition, layer of dielectric material is introduced between active members. Thickness of dielectric material layer does not exceed 0.15 mcm. One of active members is made of carbon-containing material. Graphite is used for this purpose. β-active substance represented by potassium metaindate InO₂ is introduced between layers of active members. EFFECT: improved sensitivity. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно сверхслабых электромагнитных излучений, и может быть использовано, например, для дистанционной регистрации и измерения излучений, генерируемых мозгом человека или различными физико-химическими системами. The invention relates to the field of measuring electrical quantities, namely ultra-weak electromagnetic radiation, and can be used, for example, for remote registration and measurement of radiation generated by the human brain or various physicochemical systems.

Известен пьезорезисторный датчик контактного сопротивления [1], содержащий заключенный в оболочку чувствительный элемент, расположенный между металлическими обкладками, к которым подсоединены выводные провода. Чувствительный элемент может быть выполнен из различных металлических и неметаллических полупроводниковых материалов или композиций, например пакета пластин из электропроводной бумаги. Работа датчика основана на явлении пьезорезистивного эффекта, заключающегося в изменении активного сопротивления чувствительного элемента при его механическом сжатии либо другом виде деформации. Known piezoresistive contact resistance sensor [1], containing enclosed in a sensitive element located between the metal plates to which the output wires are connected. The sensing element may be made of various metallic and non-metallic semiconductor materials or compositions, for example, a package of plates of electrically conductive paper. The operation of the sensor is based on the phenomenon of the piezoresistive effect, which consists in changing the active resistance of the sensitive element during its mechanical compression or other form of deformation.

Недостатком известного датчика является то, что он не может быть использован для регистрации и измерения любых внешних электромагнитных полей. A disadvantage of the known sensor is that it cannot be used to register and measure any external electromagnetic fields.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании высочувствительного датчика для бесконтактной, в том числе дистанционной, регистрации сверхслабых внешних полей, генерируемых мозгом человека, на основании которого могут быть созданы принципиально новые приборы различного назначения. The problem to which the invention is directed is to create a highly sensitive sensor for non-contact, including remote, registration of ultra-weak external fields generated by the human brain, on the basis of which fundamentally new devices for various purposes can be created.

Техническим результатом является повышение чувствительности датчика, что обеспечивает возможность бесконтактной, дистанционной регистрации сверхслабых внешних полей, в том числе таких, природа которых еще не известна. The technical result is to increase the sensitivity of the sensor, which makes it possible to contactless, remote registration of superweak external fields, including those whose nature is not yet known.

Сущность изобретения заключается в том, что в датчике, содержащем помещенный в корпус чувствительный элемент с токоподводами, подсоединенном к чувствительному устройству, чувствительный элемент состоит из не менее чем двух активных элементов, плотно прилегающих друг к другу и выполненных из материалов, обладающих электронной проводимостью и различной работой выхода электронов, при этом между активными элементами введены тонкие слои материала-диэлектрика, а сам чувствительный элемент покрыт слоем изоляции. Толщина слоя диэлектрика между активными элементами составляет не более 0,15 мкм. В частном случае выполнения один из активных элементов выполнен из углеродсодержащего материала, например графита. Кроме того, между слоями активных элементов введено β-активное вещество, например метаиндат калия. The essence of the invention lies in the fact that in a sensor containing a sensing element placed in the housing with current leads connected to the sensing device, the sensing element consists of at least two active elements that are tightly adjacent to each other and made of materials with electronic conductivity and different the electron work function, while thin layers of dielectric material are introduced between the active elements, and the sensitive element itself is covered with an insulation layer. The thickness of the dielectric layer between the active elements is not more than 0.15 microns. In the particular case of execution, one of the active elements is made of a carbon-containing material, for example graphite. In addition, a β-active substance, for example, potassium metaindate, is introduced between the layers of active elements.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства в разрезе. The invention is illustrated by graphic material, where in FIG. 1 shows a diagram of the proposed device in the context.

Датчик сверхслабых излучений содержит корпус 1, в котором помещен чувствительный элемент, состоящий из активного элемента 2, выполненного из ленты, сплетенной из графитового волокна, и плотно прилегающего к нему активного элемента 3, выполненного из алюминиевой фольги. (Сродство к электрону у графита равно 1,27, а у алюминия - 0,5, что обеспечивает большое различие в работе выхода электронов. [2]). На поверхности фольги имеется специально обработанный слой оксида алюминия 4 толщиной 0,10 мкм, обладающего диэлектрическими и полупроводниковыми свойствами. На активных элементах 2 и 3 закреплены токоподводы 5. В зону контакта между активными элементами введено β-активное вещество б, например метаиндат калия (KlnO₂).The ultra-weak radiation sensor comprises a housing 1, in which a sensing element is placed, consisting of an active element 2 made of a tape woven from graphite fiber and a tight-fitting active element 3 made of aluminum foil. (The electron affinity of graphite is 1.27, and that of aluminum is 0.5, which provides a large difference in the work function of the electrons. [2]). On the surface of the foil there is a specially treated layer of alumina 4 with a thickness of 0.10 μm, which has dielectric and semiconductor properties. Current leads 5 are attached to active elements 2 and 3. A β-active substance b, for example, potassium metaindate (KlnO ₂ ), is introduced into the contact zone between the active elements.

Чувствительный элемент покрыт слоем изоляции 7 (поролоном) и подсоединен к регистрирующей системе (на схеме не показана). The sensitive element is coated with an insulation layer 7 (foam rubber) and connected to a recording system (not shown in the diagram).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Испытания проводились в АООТ "ИНТЕЛТЕХ" (г. Санкт-Петербург). The tests were carried out in AOOT "INTELTECH" (St. Petersburg).

Предлагаемое устройство использовалось для регистрации излучения, генерируемого человеком при изменении эмоционального состояния или в процессе интеллектуальной деятельности. The proposed device was used to register radiation generated by a person with a change in emotional state or in the process of intellectual activity.

С целью исключения влияния электромагнитных излучений (ЭМИ) все испытания проводились в экранированной комнате с коэффициентом ослабления ЭМИ не менее 80 дБ по напряжению в диапазоне частот от 0,01 МГц до 300 МГц. Датчик подключали посредством токоподводов 5 через мостовую схему к аналого-цифровому преобразователю ПЭВМ Power Macintosh 6100/60. Сигналы, излучаемые мозгом человека в процессе изменения эмоционального состояния, складываются с электрическим потенциалом на границе раздела проводников 2 и 3, что приводит к изменению концентрации носителей тока в приконтактном слое, а следовательно, к изменению электрического сопротивления чувствительного элемента. Благодаря наличию в зоне контакта проводников 2 и 3 специально обработанного слоя 4 - оксида алюминия происходит преобразование высокочастотных, модулированных излучением мозга человека колебаний с выделением низкочастотного сигнала. Присутствие в зоне контакта элементов 2 и 3 β-активного соединения калия 6 в процессе β-распада приводит к увеличению количества электронов с одинаковым спиновым состоянием, что усиливает чувствительность датчика к излучению мозга человека. Слой изоляции 7 из поролона отделяет электропроводные элементы 2 и 3 от корпуса 1 датчика. In order to exclude the influence of electromagnetic radiation (EMP), all tests were carried out in a shielded room with an EMP attenuation coefficient of at least 80 dB in voltage in the frequency range from 0.01 MHz to 300 MHz. The sensor was connected via current leads 5 through a bridge circuit to the analog-to-digital converter of the Power Macintosh 6100/60 PC. The signals emitted by the human brain in the process of changing the emotional state add up with electric potential at the interface of conductors 2 and 3, which leads to a change in the concentration of current carriers in the contact layer, and therefore to a change in the electrical resistance of the sensing element. Due to the presence in the contact zone of conductors 2 and 3 of a specially treated layer 4 - aluminum oxide, high-frequency oscillations modulated by the radiation of the human brain are converted with the release of a low-frequency signal. The presence in the contact zone of elements 2 and 3 of a β-active potassium compound 6 during β-decay leads to an increase in the number of electrons with the same spin state, which increases the sensitivity of the sensor to radiation from the human brain. An insulation layer 7 of foam separates the conductive elements 2 and 3 from the sensor housing 1.

Испытуемая сидела в одном метре от корпуса 1 датчика. Остальные участники испытаний находились на расстоянии не менее двух метров от датчика. Запись сигнала от датчика на ПЭВМ проводилась при частоте выборки сигнала 44000 раз в секунду, длительность записи регистрограммы составляла 30 секунд. В качестве теста испытуемой было предложено первые несколько секунд (для адаптации) быть в спокойном состоянии, затем последовательно вспомнить какую-нибудь хорошую, а затем плохую ситуацию (или наоборот), вызывавшую сильные положительные или отрицательные эмоции. Длительность каждого действия и последовательность воспоминаний определяли сами испытуемые, не сообщая остальным участникам испытаний. Сигналы мозга испытуемой, регистрируемые датчиком при изменении эмоционального состояния, обрабатывались по специальной программе и выводились в режиме реального времени на экран монитора для визуального анализа. The test subject sat one meter from the sensor housing 1. The remaining test participants were at least two meters from the sensor. The signal from the sensor was recorded on a personal computer at a signal sampling frequency of 44,000 times per second, the duration of the recording of the register was 30 seconds. As a test, the subject was offered the first few seconds (for adaptation) to be in a calm state, then consistently recall some good and then bad situation (or vice versa) that caused strong positive or negative emotions. The duration of each action and the sequence of memories were determined by the subjects themselves, without informing the rest of the participants in the tests. The subject's brain signals recorded by the sensor when the emotional state changed were processed according to a special program and displayed in real time on the monitor screen for visual analysis.

На фиг. 2 показана регистрограмма, где от начала опыта до 11-й секунды испытуемая находилась в спокойном состоянии, от 11 до 20-й испытуемая думала об отрицательной ситуации, а от 21-й секунды до конца опыта - о положительной ситуации. На фиг. 2 видно, что в указанных временных отрезках характеры сигналов заметно отличаются один от другого не только по амплитуде, но и по виду мощных непериодических импульсов в каждой ситуации. Эти импульсы представляют собой пакеты, состоящие в свою очередь из пачек других импульсов. In FIG. Figure 2 shows the register program, where, from the beginning of the experiment to the 11th second, the subject was in a calm state, from 11 to the 20th, the subject thought of a negative situation, and from the 21st second to the end of the experiment, a positive situation. In FIG. 2 it can be seen that in the indicated time intervals the character of the signals noticeably differs from one another not only in amplitude, but also in the form of powerful non-periodic pulses in each situation. These pulses are packets, which in turn consist of packs of other pulses.

На фиг. 3 показан пакет импульсов из периода "отрицательных" мыслей, а на фиг. 4 - пакет импульсов из периода "положительных" мыслей при временном масштабе 0,002 сек. Видно, что эти пакеты имеют различную структуру. Кроме того, видно, что амплитуда излучения мозга при отрицательном эмоциональном состоянии намного больше амплитуды излучения мозга при положительном эмоциональном состоянии. Результаты испытаний с различными испытуемыми показали хорошую воспроизводимость не только при регистрации различного эмоционального состояния, но и при различной интеллектуальной деятельности человека. In FIG. 3 shows a packet of impulses from the period of “negative” thoughts, and in FIG. 4 - a packet of impulses from the period of "positive" thoughts at a time scale of 0.002 seconds. It can be seen that these packages have a different structure. In addition, it is seen that the amplitude of the radiation of the brain in a negative emotional state is much larger than the amplitude of the radiation of the brain in a positive emotional state. Test results with various subjects showed good reproducibility not only when registering various emotional states, but also with different intellectual activities of a person.

Источники информации
1. Кацнельсон А. Ш. Датчики контактного сопротивления. М., Энергоатомиздат, 1985, стр. 7 (прототип).Sources of information
1. Katsnelson A. Sh. Contact resistance sensors. M., Energoatomizdat, 1985, p. 7 (prototype).

2. Энергия разрыва химических связей, потенциалы ионизации и сродство к электрону. Справочник. М., Наука, 1974, стр. 290-292. 2. The energy of breaking chemical bonds, ionization potentials and electron affinity. Directory. M., Science, 1974, pp. 290-292.

Claims

1. A super-weak radiation sensor comprising a sensitive element with current leads placed in a housing connected to a measuring device, characterized in that the sensitive element consists of at least two active elements that are tightly adjacent to each other and are made of materials having electronic conductivity and different the electron work function, the sensitive element being covered with a layer of insulation.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that a layer of dielectric material is introduced between the active elements, the thickness of which is not more than 0.15 μm.

3. The sensor according to claim 1, characterized in that one of the active elements is made of carbon-containing material.

4. The sensor according to claim 3, characterized in that graphite is used as the carbon-containing material.

5. The sensor according to claim 1, characterized in that a β-active substance is introduced between the layers of active elements.

6. The sensor according to claim 5, characterized in that the potassium metaindate Kl _n O _{2 is} used as the β-active substance.