SU1671267A1

SU1671267A1 - Device for measuring electrical conductivity of biologic liquids

Info

Publication number: SU1671267A1
Application number: SU884608006A
Authority: SU
Inventors: Александр Павлович Александров; Лев Славич Кравченко
Original assignee: Научно-Производственное Объединение "Метрология"
Priority date: 1988-11-23
Filing date: 1988-11-23
Publication date: 1991-08-23

Abstract

Изобретение относитс к биологии и может быть использовано, например, в животноводстве дл измерени электропроводности цервикального секрета животных, а также в медицине дл ранней диагностики беременности или дл определени фазы полового цикла. Цель изобретени - повышение точности измерений и уменьшение трудоемкости процедуры. Дл достижени указанной цели рабочий конец датчика 4 снабжен измерительной чейкой, внутри которой установлены измерительные 3, 5 и сигнальные 9 электроды, причем внутренн полость чейки соединена с насосом 13, снабженным приводом, сопр женным с управл ющим органом выключател . Сигнальный электрод 5 подключен к блоку автоматического управлени узлом измерени электропроводности, состо щего , например, из порогового элемента 10, вход которого подключен к сигнальному электроду 9, а выход через таймер 11 соединен с управл ющим входом реле 8, например, геркона, соедин ющего выход операционного усилител 6 с входом выпр мител 14. Измерительна чейка датчика 4 выполнена в виде цилиндрической полости определенного диаметра, открытой на рабочем конце датчика, внутри которой установлены на равных рассто ни х один от другого и от рабочего конца датчика электроды 3, 5 , 9, причем вход порогового элемента 10 подсоединен к электроду 9, наиболее удаленному от рабочего конца датчика 4. Электроды 3, 5, 9 выполнены в виде шайб с отверсти ми, образующие которых совпадают с образующими внутренней полости чейки, соединенной каналом с камерой воздушного насоса. Насос 13 выполнен в виде патрубка с гибкой мембраной, св занной штоком с рычагом, сопр женным с управл ющим органом включател . 2 з.п.ф-лы, 2 ил.The invention relates to biology and can be used, for example, in animal husbandry to measure the electrical conductivity of cervical secretions of animals, as well as in medicine for the early diagnosis of pregnancy or to determine the phase of the sexual cycle. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy and reduce the complexity of the procedure. To achieve this goal, the working end of sensor 4 is provided with a measuring cell, inside which measuring 3, 5 and signal 9 electrodes are installed, the inner cavity of the cell being connected to a pump 13 equipped with a drive coupled to a switch control unit. The signal electrode 5 is connected to an automatic control unit of an electrical conductivity measuring unit consisting, for example, of a threshold element 10, whose input is connected to a signal electrode 9, and the output is connected via a timer 11 to a control input of a relay 8, for example, a reed switch connecting output the operational amplifier 6 with the input of the rectifier 14. The measuring cell of the sensor 4 is made in the form of a cylindrical cavity of a certain diameter, open at the working end of the sensor, inside which are installed at equal distances one from each other electrodes 3, 5, 9, and the input of the threshold element 10 is connected to electrode 9, which is farthest from the working end of sensor 4. Electrodes 3, 5, 9 are made in the form of washers with holes, the forming of which coincide with the generators internal cavity of the cell connected by a channel with the chamber of the air pump. The pump 13 is made in the form of a nozzle with a flexible diaphragm connected by a rod with a lever coupled to the control unit of the switch. 2 hp ff, 2 ill.

Description

Изобретение относитс к биологии и может быть использовано, например, в животноводстве дл измерени электропроводности цервикального секрета рогатого скота с целью определени по величине электропроводности оптимального времени осеменени , а также в медицине дл ранней диагностики беременности или дл определени фазы полового цикла .The invention relates to biology and can be used, for example, in animal husbandry to measure the electrical conductivity of cattle cervical secretions in order to determine the optimal time of insemination by the magnitude of electrical conductivity, as well as in medicine for early diagnosis of pregnancy or for determining the phase of the sexual cycle.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений и уменьшение трудоемкости процедуры.The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements and reduce the complexity of the procedure.

На фиг. 1 представлена структурна схема предложенного устройства; на фиг.2 - конструкци датчика с подсоединенным к нему механическим воздушным насосом.FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; Fig. 2 shows a sensor structure with a mechanical air pump connected thereto.

Устройство содержит генератор 1 переменного напр жени со стабилизированным напр жением, выход которого через кнопочный выключатель 2 Измерение подключен к среднему (общему) электроду 3 датчика 4; нижний (измерительный) электрод 5 подсоединен к входу усилител , выполненного в виде операционного усилител 6, один из входов которого соединен сопротивлением обратной св зи 7 с его выходом , второй вход усилител подсоединен к общей шине, а выход - к геркону 8; верхний (сигнальный) электрод 9 датчика 4 подсоединен к входу порогового элемента 10, выход которого через таймер 11 соединен с управл ющим входом реле (геркона) 8; механический или электромеханический привод 12, сопр женный с выключателем 2, подсоединен к насосу 13, соединенному с полостью измерительной чейки датчика 4; геркон соедин ет выход усилител с выпр мителем 14, последовательно соединенным с АЦП 15 и цифровым индикатором 16.The device contains an alternating voltage alternator with stabilized voltage, the output of which is via a push-button switch 2. The measurement is connected to the middle (common) electrode 3 of the sensor 4; the lower (measuring) electrode 5 is connected to the input of an amplifier made in the form of an operational amplifier 6, one of the inputs of which is connected by feedback resistance 7 to its output, the second input of the amplifier is connected to a common bus, and the output is to a reed switch 8; the upper (signal) electrode 9 of the sensor 4 is connected to the input of the threshold element 10, the output of which is connected via a timer 11 to the control input of the relay (reed switch) 8; a mechanical or electromechanical actuator 12 coupled to a switch 2 is connected to a pump 13 connected to the cavity of the measuring cell of the sensor 4; The reed switch connects the output of the amplifier with a rectifier 14, connected in series with the A / D converter 15 and the digital indicator 16.

Стержень 17 датчика выполнен из электроизолирующего материала. Электроды 3, 5 и 9 в измерительной чейке датчика 4 соединительными проводами 18 через разъем 19 подключены к корпусу прибора и к измерительному узлу. Насос 20 функционирует через канал 21 (полностью) в стержне датчика, патрубок 22 соедин етс с насосом 20, содержащим мембрану 23, подсоединенный к ней шток 24 и рычаг 25 (типа спускового курка), сопр женный с кнопочным включателем 2.The sensor rod 17 is made of electrically insulating material. The electrodes 3, 5 and 9 in the measuring cell of the sensor 4 connecting wires 18 through the connector 19 are connected to the instrument housing and to the measuring node. The pump 20 operates through a duct 21 (completely) in the sensor rod, the nozzle 22 is connected to a pump 20 containing a membrane 23, a rod 24 connected to it and a lever 25 (a trigger type) coupled to a button switch 2.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Рабочий конец датчика 4 приводитс в соприкосновение со слизистой поверхностью органов животного, на которой содержитс цервикальный секрет, после чего оператор воздействует на шток 24, который приводит в действие насос 20. содержащий внутри измерительной чейки датчика 4 разр жение, при этом рычаг 25 воздействует на шток 24, который раст гивает мембрану 23, создава разр жение внутри патрубка 22, и одновременно включает кнопочный выключатель 2, который подключа- .ет выход генератора 1 к электроду 3. Вследствие разр жени в полости чейкиThe working end of sensor 4 is brought into contact with the mucous surface of the organs of the animal, which contains cervical secretions, after which the operator acts on the rod 24, which actuates the pump 20. containing a discharge inside the measuring cell of the sensor 4, while the lever 25 acts on the rod 24, which expands the membrane 23, creating a discharge inside the nozzle 22, and simultaneously switches on the pushbutton switch 2, which connects the output of the generator 1 to the electrode 3. Due to the discharge in the cavity of the cell

цервикальный секрет засасываетс внутрь чейкой и замыкает межэлектродные промежутки . В момент замыкани межэлектродного промежутка 3-9 на входе порогового элемента 10 по витс электрический сигнал, под воздействием которого пороговый элемент 10 сработает и включит таймер 11, который на определенное врем замкнет контакты геркона 8, тем самым окончательно замкнетс измерительна цепь (генератор 1 - датчик 4 - операционный усилитель 6 - с сопротивлением обратной св зи 7 и далее) и по уровню проводимости межэлектродного промежутка (3-5) в цепи узла обработки электрическихthe cervical secretion is sucked inside the cell and closes the interelectrode gaps. At the moment of closing the interelectrode gap 3-9 at the input of the threshold element 10, an electrical signal occurs, under the influence of which the threshold element 10 operates and switches on timer 11, which for a certain time will close the contacts of the reed switch 8, thereby finally closing the measuring circuit (generator 1 - sensor 4 - operational amplifier 6 - with feedback resistance 7 and further) and on the level of conductivity of the interelectrode gap (3-5) in the circuit of the electrical processing unit

сигналов будет измерена величина электропроводности секрета, котора после длительной обработки индицируетс , например, в цифровом виде, индикатором 16 в единицах электропроводности (симене ).the signals will measure the conductivity of the secretion, which, after long processing, is indicated, for example, in digital form, by an indicator 16 in units of conductivity (c).

Так как измерение электропроводности производитс только в момент соприкосновени секрета с верхним (сигнальным) электродом 9, то этим обеспечиваютс стабильные услови перемыкани секретом измерительного межэлектродного промежутка 3-5, не завис щие от силы прижати датчика к слизистой поверхности, исключаютс ситуации неполного замыкани электродного промежутка 3-5, сохран етс посто нным объем измер емой жидкости, благодар чему и достигаетс высока точность и уменьшение трудоемкости измерений .Since the measurement of electrical conductivity is made only at the moment of contact of the secret with the upper (signal) electrode 9, this ensures stable conditions for the bridge to be crossed by the secret of the measuring electrode gap 3-5, independent of the force of pressing the sensor to the mucous surface, the situation of incomplete closing of the electrode gap 3 is excluded -5, the volume of the liquid to be measured is kept constant, due to which both high accuracy and a reduction in the laboriousness of the measurements are achieved.

При работе с крупным рогатым скотом длину датчика выбирают около 500 мм, диаметр стержн 5-7 мм, внутренний диаметрWhen working with cattle, sensor length is about 500 mm, rod diameter is 5-7 mm, internal diameter

измерительной чейки на рабочем конце датчика 1,5-3.0 мм, что обеспечивает хорошее проникновение цервикального секрета в чейку при небольших разр жени х. Первый (нижний) электрод датчика можетthe measuring cell at the working end of the sensor is 1.5-3.0 mm, which ensures good penetration of the cervical secretion into the cell at low discharges. The first (bottom) electrode of the sensor can

быть установлен на рассто нии 1-2 мм от торца датчика, рассто ни между электродами , выполненными, например, в виде круглых металлических шайб с круглыми же отверсти ми, около 1 мм; толщина электродов около 1 мм.be installed at a distance of 1-2 mm from the end of the sensor, the distance between the electrodes, made, for example, in the form of round metal washers with round holes, about 1 mm; electrode thickness about 1 mm.

Объем под диафрагмой, с помощью которой создаетс разр жение в канале, определ етс размерами рабочего участка канала, в котором установлены электроды, и может составл ть около 1 см3 Следует отметить, что система понижени давлени в измерительной чейке датчика может быть выполнена различным образом, в том числе и на основе электромеханического привода, например, в виде двухканального кнопочного включател (второй канал предназначен дл включени измерительной схемы) и соленоида, сердечником которого вл етс шток, прикрепленный к диафрагме воздушного насоса.The volume under the diaphragm with which the discharge is created in the channel is determined by the size of the working section of the channel in which the electrodes are installed, and can be about 1 cm3. It should be noted that the pressure reduction system in the sensor cell can be made in various ways. including on the basis of an electromechanical actuator, for example, in the form of a two-channel push-button switch (the second channel is intended to turn on the measuring circuit) and a solenoid, the core of which is a rod attached to the afragme air pump.

Частота переменного синусоидального напр жени , вырабатываемого генератором , выбрана в оптимальном диапазоне частот 200-500 кГц, в котором станов тс несущественными искажающие вли ни емкостей переходов электрод - .идкосгь, врем нарастани и убывани электрического пол между электродами датчика оказываетс значительно меньше характерного времени нарастани ЭДС пол ризации контактной поверхности электродов, что позвол ет применить дешевые электроды из нержавеющей стали.The frequency of the alternating sinusoidal voltage generated by the generator is chosen in the optimal frequency range of 200-500 kHz, in which the distorting effects of the junction capacitances of the electrode - liquid become irrelevant; polarization of the contact surface of the electrodes, which allows the use of cheap stainless steel electrodes.

В качестве таймера может быть использован ждущий мультивибратор, отрегулиро- ванный на интервал времени, требуемый дл проведени измерени электропроводности (дес тки-сотни миллис). Порогова схема регулируетс таким образом, чтобы ее срабатывание происходило при эамыка- нии сигнального межэлектродного промежутка 5-9 цервикальным сектором, имеющим минимальную проводимостьAs a timer, a standby multivibrator can be used, adjusted to the time interval required for measuring conductivity (tens to hundreds of milliseconds). The threshold circuit is adjusted in such a way that it triggers when the signal electrode gap 5–9 is detected by the cervical sector having a minimum conductivity.

.Определение коэффициента передачи, св зывающего измер емые значени электропроводности секрета с его удельной электропроводностью, осуществл етс путем калибровочных измерений электропроводности стандартных растворов, свойства которых контролируютс с по- мощью высокоточных лабораторных кондуктометров .The determination of the transmission coefficient relating the measured conductivity values of the secret to its conductivity is carried out by means of calibration measurements of the conductivity of standard solutions, whose properties are monitored using high-precision laboratory conductometers.

Питание электронной схемы предложенного устройства осуществл етс от аккумул торного источника питани , размещенного непосредственно в корпусе прибора. Корпус прибора выполнен с учетом эргономических требований, обеспечивающих удобства работы, например, в виде руко тки пистолетного типа. Основ- ные элементы электронной схемы могут быть изготовлены на основе стандартных микросхем.The power supply of the electronic circuit of the proposed device is carried out from a battery power source placed directly in the housing of the device. The body of the device is made with regard to ergonomic requirements that provide ease of operation, for example, in the form of a pistol grip. The main elements of the electronic circuit can be made on the basis of standard microcircuits.

Таким образом, совокупность отличительных признаков предложенного устройства позвол ет проводить высокоточные измерени удельной электропроводности биологических жидкостей, в том числе цервикального секрета человека или животного In situ, без его предварительного извлечени , чем и достигаетс поставленна цель.Thus, the set of distinctive features of the proposed device allows high-precision measurements of the conductivity of biological fluids, including human or animal cervical secretions, In situ, without prior extraction, and this is the goal.

Claims

Invention Formula

1, A device for measuring the electrical conductivity of biological fluids, comprising a contact sensor, the common electrode of which is connected via a switch to an alternating voltage generator, and the measuring electrode is connected to an amplifier connected to a series-connected rectifier, an analog-to-digital converter and a digital indicator, characterized by that, in order to improve measurement accuracy and reduce the complexity of the procedure, the working end of the sensor is provided with a measuring cell, inside which are installed common and measuring electrodes and an additional signal electrode is inserted, the inner cavity of the cell is connected to an air pump equipped with a drive connected to the switch control unit, the signal electrode is connected to the automatic control unit of the conductivity measuring unit consisting of a threshold element whose input is connected is connected to the signal electrode, and the output is connected via a timer to the control input of the relay connecting the amplifier output to the rectifier input.

2, The device according to claim 1. characterized in order. that the measuring cell of the sensor is made in the form of a cylindrical cavity, open at the working end of the sensor, inside which three electrodes are installed at equal distance from each other and from the working end of the sensor, the input of the threshold element being connected with the signal electrode furthest from the working end of the sensor, In addition, the electrodes are made in the form of washers with holes, the formers of which are placed on the inner surface of the cavity of the cell connected by a channel to the chamber of the air pump.

3, the apparatus according to claim 1, characterized in that the air pump is designed as a tube with a flexible membrane connected by a liner to a lever coupled to the control element of the switch.

IS

FIG. 2