сопротивления тела человека

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
Бражко Н. В.
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: brazhko1993@yandex.ru
Давно доказано, что электрокожное сопротивление очень чутко реагирует на физические и психологические изменения в организме человека.
Любые локальные изменения и процессы в организме человека оказывают
влияние на электрокожное сопротивление.
Кожно-гальваническая реакция (КГР) – одна из разновидностей
электродермальной активности (электрической активности кожи) и показатель электропроводимости кожи. КГР широко используется для изучения
активности вегетативной нервной системы, определения особенностей
психофизиологических реакций и исследования черт личности.
Сопротивление тела человека можно условно считать состоящим из
трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи, т. е. эпидермиса (Rн) и одного внутреннего Rв (дерма).
Рисунок 1 - Эквивалентная схема сопротивления тела человека
Из схемы на рис.2 следует, что комплексное сопротивление тела человека определяется соотношением:
𝑍=
𝑈̇
𝐼̇
=
2𝑅н
+ 𝑅в
(1)
где 𝑈̇ - напряжение, приложенное к электродам; 𝐼 ̇ - ток, протекающий через тело человека; 𝑅н - активное сопротивление эпидермиса; 𝐶н - емкость
условного конденсатора; 𝜔 = 2𝜋𝑓, 𝑓– частота переменного тока.
Однако параметры данной эквивалентной схемы не линейны и зависят от частоты переменного тока. В следующем методе предпринята попытка проанализировать физические процессы, протекающие в процессе
контроля сопротивления тела человека и создание математических моделей этих процессов. Такие модели нужны не только для анализа и синтеза
систем контроля сопротивления тела человека, но и, самое главное, для
перехода от эмпирических методов градуировки и расчета этих систем к
строгим и точным математическим.
1+𝑗𝜔𝐶н𝑅н
Комплексная частотная характеристика сопротивления тела человека
имеет вид:
𝑗
𝑅𝑖
𝑍(𝑗𝜔) = 𝑅0 −
+ ∑𝑖
,
(2)
а ее активная и реактивная части
𝑅(𝜔) = 𝑅0 + ∑𝑖
𝑅𝑖
𝜔𝐶0
, 𝑋(𝜔) =
2
1+(𝜔𝑅𝑖 𝐶𝑖 )
1+𝑗𝜔𝑅𝑖 𝐶𝑖
1
𝜔𝐶0
+ ∑𝑖
𝜔𝑅𝑖 2 𝐶𝑖
1+(𝜔𝑅𝑖 𝐶𝑖 )2
.
(3)
По данным экспериментальных исследований можно получить частотные характеристики сопротивления тела человека, которые аппроксимируются полиномами (4) и на основе полученных данных составляется
схема замещения (рис. 2). Схема работает для различных частот.
R0
R1
R2
Ri
C1
C2
Ci
C0
Рисунок 2 - Схема замещения сопротивления тела человека
Тоже можно получить по экспериментально снятым переходным характеристикам участка кожи человека.
Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки
Источником возмущающих воздействий является генератор прямоугольных импульсов, реализующий функцию Хевисайда. Прямоугольный
импульс поступает на участок кожи, затем преобразованный электрический сигнал в виде переходной характеристики h(t) поступает в цифровой
запоминающий осциллограф. Информация из осциллографа поступает в
компьютер, который хранит все экспериментальные данные и по ним осуществляет аппроксимацию переходной характеристики датчика и синтез
электрических схем замещения (рис. 4).
Рисунок 4 - Схема последовательной реализации двухполюсников
Таким образом, электрическая активность кожи находится в прямой
зависимости от множества совершенно различных факторов. Этот факт
позволяет рассматривать альтернативную эквивалентную схему замещения
сопротивления тела человека не только для анализа и контроля за кожей,
но и, самое главное, для перехода от эмпирических методов исследования
к строгим и точным математическим. К тому же, реализация электрических схем замещения сопротивления тела может быть использована при
тарировке и поверке измерительных преобразователей. В зависимости от
принципа действия измерительного устройства и частоты используются
соответствующие схемы замещения.
Библиографический список
1. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984.
3. Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 81 – 89.
4. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для
вузов. М.: Знак, 2003.
5. Ахиезер, Н. И. Лекции по теории аппроксимации / Н. И. Ахиезер. – М.: Наука, 1965.
– 407 с.
6. Балабанян, Н. Синтез электрических цепей : пер. с англ. / Н. Балабанян. –
М.:Госэнергоиздат, 1961. – 416 с.
7. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. – М.: Наука, 1969. – 576 с.
8. Кочанов, Н. С. Основы синтеза линейных электрических цепей во временной области / Н. С. Кочанов. – М. : Связь, 1967. – 200 с.
9. Левшина, Е. С. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.
Сведения об авторах
Бражко Никита Витальевич – студент, бакалавр, дата рождения: 07.05.1993г
Вид доклада: (устный / стендовый)