Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения двигательной активности створок моллюсков

Изобретение относится к области биоэлектронных датчиков и предназначено для использования в системах экологического контроля водных сред.

Известны устройства, содержащие биодатчики на основе двухстворчатых моллюсков, по движению створок которых контролируют изменение параметров и загрязнений водной среды [1, 2].

В этих устройствах изменение расстояния между створками преобразуется в изменение расстояния между постоянным магнитом и датчиком Холла, которое и измеряется.

Механический преобразователь изменения расстояния между створками в изменение расстояния между магнитом и датчиком Холла выполняется по-разному. В аналоге [1] магнит и датчик Холла прикреплены непосредственно к створкам мидий, что не обеспечивает точности измерений из-за быстрого ухода, градуировочной характеристики при росте моллюсков и обусловливает сложности замены моллюсков.

Устройство [2] для измерения двигательной активности створок моллюсков состоит из блока измерения сигналов и лотка (здесь он назван блоком регистрации), который включает датчик Холла, ячейку крепления и размещения моллюсков, толкатель и две планки механического преобразователя, объединяющие толкатель и датчик Холла. В лотке толкатель и датчик Холла соединены одной планкой. Ячейка крепления и размещения моллюсков жестко зафиксирована на пластине, перемещающейся по дну лотка. На планке выполнены отверстия для размещения толкателя. Такая система не позволяет достичь требуемой чувствительности и точности измерений. Использование рычажного механизма с креплением толкателя на подвижной створке моллюска и пары магнит-датчик Холла на соосных рычагах не обеспечивает надежной работы устройства из-за обрастания механизма вращения. При эксплуатации устройства имеются сложности из-за необходимости подгонки положения толкателя при замене моллюсков и переградуировки.

Кроме того, общим недостатком всех известных устройств этого же назначения является отсутствие контроля живого состояния моллюсков.

Аналог [2] по совокупности признаков наиболее близко совпадает с заявленным техническим решением, поэтому он выбран в качестве прототипа.

Сходными признаками прототипа и заявленного изобретения являются: наличие лотка, в котором установлен моллюск и преобразователь перемещения его свободной створки; наличие в этом преобразователе датчика Холла, взаимодействующего с постоянным магнитом, связанным со свободной створкой моллюска; подключение выходов датчиков Холла к коммутатору; подключение коммутатора к преобразователю напряжение - цифра; подключение преобразователя напряжение - цифра к блоку, собственно регистрации и управления, выход которого является выходом устройства.

В основу изобретения поставлена задача разработки биоэлектронного устройства, основанного на передаче движения створок моллюсков паре магнит - датчик Холла, совокупностью существенных признаков которого обеспечиваются новые технические свойства: универсальность, т.е. возможность использования моллюсков любых размеров; отсутствие необходимости настройки и переградуировки устройства при росте моллюсков или их замене; минимизация нагрузки на открывающуюся створку моллюска; возможность контроля живого состояния (работоспособности) моллюсков в рабочем режиме.

Указанные новые технические свойства обусловливают достижение технического результата изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. Дополнительным техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения двигательной активности створок моллюсков, содержащем лотки, в каждом из которых установлен моллюск и преобразователь перемещения его свободной створки, который содержит датчик Холла, взаимодействующий с постоянным магнитом, связанным со свободной створкой моллюска, и в котором выходы датчиков Холла подключены к коммутатору, подключенному к преобразователю напряжение-цифра, подключенному к блоку регистрации и управления, который является выходом устройства, новым является то, что моллюск одной своей створкой жестко закреплен на основании лотка, преобразователь перемещения свободной створки моллюска содержит закрепленный на основании лотка каркас, на котором закреплены под острым углом друг к другу жесткая планка, на конце которой закреплен, в зоне размещения моллюска, датчик Холла, и выполненная из упругого необрастающего пластика гибкая планка, конец которой опирается на свободную створку моллюска, и на этом конце закреплен, напротив датчика Холла, постоянный магнит, на жесткой планке закреплен, в зоне размещения моллюска, светодиод, подключенный к управляемому источнику питания, который подключен к блоку регистрации и управления.

Сущность изобретения поясняется со ссылкой на иллюстрации, на которых изображено: фиг. 1 - структурная схема устройства; фиг. 2 - конструктивная схема лотка с преобразователем перемещения подвижной створки моллюска в перемещение магнита: а) подвижная створка моллюска закрыта; б) створка открыта.

Устройство (фиг. 1) содержит лотки 1 Л_i для моллюсков с преобразователями 2 ПП_i перемещения их подвижных створок в перемещение постоянного магнита; датчики Холла 3 ДХ_i , преобразующие сигнал магнитного поля в напряжение; коммутатор 4 K сигналов с выходов датчиков Холла на преобразователь напряжение - цифра 5 ПНЦ; подключенный к преобразователю напряжение - цифра 5 блок регистрации и управления 6 БРУ; подключенный к блоку регистрации и управления 6 управляемый блок питания 7 БПУ светодиодов 8 СД_i .

Лоток 1 для крепления моллюсков (фиг. 2) содержит жестко закрепленный на основании лотка 1 каркас 9, закрепленные на каркасе 9 под острым углом друг к другу неподвижную жесткую планку 10 и подвижную гибкую планку 11, выполненную в виде тонкой полоски из упругого водостойкого необрастающего пластика, за счет чего она имеет только одну, вертикальную, степень свободы, при этом незакрепленный конец гибкой планки 13 опирается на подвижную, незакрепленную, створку моллюска: никелированный неодимовый постоянный магнит 12, закрепленный на свободном конце гибкой планки 11 в зоне размещения моллюска; датчик Холла 3, закрепленный на конце неподвижной планки 10 в зоне размещения моллюска так, что его чувствительный элемент находится напротив магнита 12; светодиод 8, закрепленный на неподвижной планке 10 в зоне размещения моллюска; жестко закрепленный одной своей створкой на основании лотка 1 (приклеенный) моллюск 13, незакрепленная створка которого или закрыта (фиг. 2а) или открыта (фиг. 2б).

Устройство работает следующим образом.

Установленный в лотке 1 моллюск 13 открывает свою верхнюю, подвижную, створку, тем самым перемещая закрепленный на гибкой планке 11 магнит 12.

Степень свободы гибкой планки 11 определяется размерами конструкции, которую адаптируют к конкретному виду и размеру моллюска. Например, для взрослой особи черноморской мидии рабочий диапазон величины раскрытия створок составляет 10 мм и более. В таком случае при длине планок 10, 11 порядка 100 мм искомый параметр может контролироваться в диапазоне от 0 до 20 мм с разрешением до 10^-5 мм.

Магнит 12 приближается к чувствительному элементу датчика Холла 3, который реагирует на увеличение внешнего магнитного ноля и вырабатывает сигнал напряжения постоянного тока. Через коммутатор 4 сигналы напряжения с выходов датчиков Холла 3 последовательно поступают на преобразователь напряжение - цифра 5 ПНЦ и с его выхода поступают на вход блока регистрации и управления 6 БРУ.

Информативным сигналом является изменение расстояния между створками моллюска, по которому градуируются все каналы, для чего используют образцовые магнитопроводящие вкладыши между постоянными магнитами 12 и датчиками Холла 3.

Начало шкалы фиксируется при установке нового моллюска с закрытыми створками. Градуировка сохраняется при замене моллюска или перемещении его по мере роста.

Потеря моллюском работоспособности в результате болезни или смерти приводит к отсутствию движения его створок. Для контроля работоспособности моллюсков используется их реакция на свет. Для этого на светодиоды 8 СД_i подается напряжение с управляемого блока питания 7 БПУ. Если освещение моллюска светодиодом не приводит к движению его створок, то показания этого моллюска отбраковываются.

Заявленное устройство прошло апробацию при долгосрочных автономных измерениях в натурных условиях морской среды и на системах забора пресных вод. В ходе исследований наблюдалась стабильность градуировочных характеристик измерительных каналов величины раскрытия створок моллюсков в течение всего периода эксплуатации устройства, в том числе при росте моллюсков или их оперативной замене. Устройство прошло успешные испытания при эксплуатации разработанных заявителем, Морским гидрофизическим институтом НАН Украины, экспериментального образца измерительного комплекса биомониторинга и опытного образца автоматического комплекса КАБВС «Бiоварта».

Источники информации:

1. Berengere Trenit. Influence de qvelqves micropolluants sur e`activite valvaire cle deux bibalves: I'huitre creuse crass-ostrea qiqaset la moule mytilus edulis. - JUT Biologie Appliguee. Brest, 1996. - p. 15-16.

2. Патент Украины на изобретение №74483. Опубл. 15.12.2005, бюл. №12 - прототип.