Послідовність виконання роботи

1. Для визначення чутливості осцилографа необхідно зібрати схему, приведено на рисунку 3.3.5.

2. Подати на «Вх.У» змінну напругу.

3. Відрегулювати потенціометрами розгорток по вертикалі та горизонталі симетричне відносно центру екрану зображення сигналу.

4. Зробити рисунок досліджуваної змінної напруги в координатах: U = f(t).

5. При наявності приладу (вольтметру), який контролює змінну напругу, пам’ятати, що він вимірює ефективне значення:

.

(вкажіть на рисунку -0,7U _max = U_еф).

6. Вимкнути розгортку Y, отримати вертикальну лінію Y.

7. Розрахувати чутливість трубки осцилографа за формулою:

.

 

 

Рис.3.3.5. Блок-схема експериментальної установки.

7. Вимірювання напруги U_y здійснити на різних масштабах реєстрації.

8. Дані по лабораторній роботі записати в таблицю 3.3.1

9. Для перевірки градуювання генератора звукових частот зібрати схему згідно рис.3.3.6. Ввімкнути схему.

10. Встановити вихідну напругу звукового генератора 20-30В.

11. Обертаючи ручку частот звукового генератора, отримати на електронно-променевій трубці осцилографа фігури Лісажу. Вважаючи частоту промислової мережі 50 Гц еталонною, перевірити градуювання звукового генератора.

12. Замалювати форму фігур Лісажу, які відповідають наведеним у таблиці 3.3.2 відношенням частот.

 

Таблиця 3.3.1.

№	Uy(В)	Y(мм)	Sy(мм/В)	(мм/В)	DSy(мм/В)	(мм/В)

 

Таблиця 3.3.2.

№	U, B	50:50 Гц(1:1)	50:100 Гц(1:2)	50:150 Гц (1:3)	50:200 Гц (1:4)	50:300 Гц (1:6)

 

 

Рис. 3.3.6. Блок-схема експериментальної установки для
досліджень фігур Лі сажу.

 

14. Написати висновки по отриманим результатам.

Контрольні запитання

1. Поясніть дію електричного поля на рухомі заряди.

2. Яка дія магнітного поля на рухомі заряди?

3. Назвіть основні блоки осцилографа.

4. Що таке калібрувальний сигнал і для чого він використовується?

5. Будова та принцип роботи електронно-променевої
трубки.

6. Що таке чутливість приладу?

7. Осцилограми — фігури Лісажу.

 

Лабораторна робота № 4

Вивчення роботи електрокардіографа

Мета роботи: вивчити фізичні основи електрокардіографії, набути навички роботи з електрокардіографом.

Обладнання: поліграф ПП 44-01 з блоком ЕК, плоскі електроди, гумові смужки для кріплення електродів, марлеві прокладки, розчин кухонної солі.

Теоретичні відомості

Живі клітини і тканини є джерелами електричних потенціалів (біопотенціалів). Потенціали мають іонну природу і виникають у зв’язку зі змінами концентрації відповідних іонів по різні сторони мембран клітин. Реєстрація біопотенціалів тканин і органів з діагностичною метою називається електрографією, а реєстрація біопотенціалів серцевого м’яза при його збудженні — електрокардіографією (ЕКГ).

Електрокардіограма — графічне зображення зміни сумарного електричного потенціалу, який виникає під час збудження в сукупності міокардіальних клітин за кардіоцикл.

Основою методу реєстрації біопотенціалів є теорія Ейнтговена. І концепція — серце як електричний диполь.

 

 

Рис.3.4.1. Серце як електричний диполь.

 

 

Рис.3.4.2. Трикутник Ейнтговена.

 

1) Серце являє собою диполь. Збуджена ділянка міокарду заряджена негативно по відношенню до незбудженої ділянки (рис.3.4.1). Такий розподіл заряду еквівалентний дипольній системі зарядів, яку можна характеризувати інтегральним електричним вектором серця: (q – величина заряду, - довжина диполя).

2) Диполь розміщений в однорідному діелектрику. Величина потенціалу у кожній точці середовища (r>>l) дорівнює:

. (3.4.1)

3) Вибір системи відведень. Ейнтговен запропонував знімати різницю потенціалів між вершинами рівностороннього трикутника, в центрі якого знаходиться вектор (рис. 3.4.2).

У цьому випадку різниці потенціалів між вершинами трикутника пропорційні до відповідних проекцій вектора на сторони трикутника:

Dj_І : Dj_ІІ : Dj_ІІІ = Р_ab : Р_ac : Р_bc. (3.4.2)

За термінологією фізіологів різницю біопотенціалів, яка реєструється між двома точками тіла, називають відведенням. Розрізняють:

І відведення: ліва рука — права рука;

ІІ відведення: ліва нога — права рука;

ІІІ відведення: ліва нога — ліва рука.

ІІ концепція — серце як сукупність струмових електричнихгенераторів, які знаходяться в електропровідному середовищі.

1) Еквівалентна схема струмового генератора представлена на рисунку 3.4.3. Тут R_Г і R_c — внутрішній опір генератора і опір зовнішнього середовища. Для струмового генератора R_Г >> R_c, отже , тобто величина струму не залежить від опору середовища.

2) Струмовий дипольний момент Д = І∙L, де І — сила струму, L — вектор, який з’єднує полюси диполя. Позитивний полюс називають джерелом (витоком), негативний — відтоком. Напрямок вектора Д показано на рис.3.4.5.

 

 

Рис.3.4.3. Еквівалентна схема струмового генератора (зліва).

Рис.3.4.4. Потенціал поля струмового уніполя в однорідному середовищі (у центрі).

Рис.3.4.5. Напрямок вектора струмового дипольного моменту серця (справа).

3) Потенціал поля струмового уніполя в однорідному середовищі r = const (рис.3.4.4):

, (3.4.3)

де R — радіус сфери, r — питомий опір середовища.

4) Потенціал електричного поля, створеного струмовим диполем. Використовуючи принцип суперпозиції, знайдемо потенціал точки як суму потенціалів двох уніполів (джерела та відтоку):

. (3.4.4)

5) Збуджений міокард розглядається як сукупність струмових диполів Д_і, кожен з яких призводить до виникнення дипольного потенціалу j_а в точці а.

6) Потенціал електричного поля серця складається з потенціалів, створених окремими елементарними диполями:

, (3.4.5)

n — загальна кількість диполів,

r — відстань від центру струмового диполя до точки відведення,

ρ — питомий опір середовища.

 

Рис.3.4.6. Графічне зображення електрокардіограми у ІІ-му відведенні.

 

Форма кривої ЕКГ під час синхронного запису з різних ділянок тіла (в різних відведеннях) буде різною. Зубці та хвилі ЕКГ характеризують значення, знак і локалізацію потенціалів серця. На рис.3.4.6. показана ЕГК (у ІІ-му відведенні) здорової людини при частоті пульсу 66 ударів за хвилину (період роботи серця Т = 0,9 с). Зубці ЕКГ мають назви: P, Q, R, S, T, U, QRS — комплекс.

Відрізки ЕКГ, розміщенні між зубцями, називають сегментами, а відрізки, що складаються з сегмента і зубця — інтервалами. Горизонтальні ділянки сегментів вказують на відсутність різниці потенціалів на поверхні тіла. Зубці і хвилі, спрямовані вершиною вгору від нульової лінії, вважаються додатніми, вниз — від’ємними.

Величина зубців визначається в мм і порівнюється з калібровочним сигналом в мВ. Величина найбільшого зубця R: U_R = 2,5 мВ. Тривалість зубців та інтервалів ЕКГ визначають по спеціальній сітці діаграмної стрічки при встановленні необхідної швидкості її руху, вимірюється в секундах. Тривалість одного кардіоциклу ~0,8–0,9 с, найбільш короткочасний зубець — соті частки секунди.

Збудження передсердь відображає зубець Р. Комплекс QRS та зубець Т зумовлені виникненням і поширенням збудження в шлуночках. Сегмент S-T вважають відображенням фази деполяризації міокарда шлуночків. Зубець U — формується із-за сповільнення процесу реполяризації на окремих ділянках шлуночків серця. Весь серцевий цикл реєструється інтервалом R–R.

Векторкадіографія — метод динамічного просторового відображення біоелектричної активності серця.

Теоретичною основою методу векторкардіографії є:

1) Електричну активність міокарда в кожен момент можна подати як значення і напрям вектора серця.

2) Результуючий вектор починається в електричному центрі серця, який упродовж серцевого циклу не змінює свого положення в просторі.

3) У результаті зміни напрямку і значення результуючого вектора утворюється поверхня обертання, параметри якої дають повну характеристику вектора серця. Динамічна реєстрація значення і напрямку електричного вектора серця в просторі за серцевий цикл утворює векторну діаграму (рис. 3.4.7 зліва).

 

 

Рис.3.4.7. Вектор-кардіограма.

 

За повний цикл роботи серця кінець електричного вектора серця описує три петлі, що відповідають зубцям електрокардіограми Р, Т, комплексу QRS (рис. 3.4.7 справа).

Векторкардіограму отримують як результат додавання напруг з двох взаємно-перпендикулярних відведень. Прилад називають векторкардіоскопом.

Загальна схема зняття ЕКГ:

 

,

 

де x — біопотенціали роботи серця,

y — зареєстрована підсилена величина цього потенціалу.