Устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных

 

Использование: изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для машинного доения коров с совмещенной функцией контроля их физиологического состояния в процессе дойки, и может испотьзоваться в ветеринарии . Сущность изобретения:устройство содержит доильный стакан, датчик, состоящий из источника излучения и двух фотоприемников , укрепленный в верхней части доильного стакана, а также блок измерения и управления. Второй фотоприемник, воспринимающий только световой поток источника излучения, и защитный светофильтр расположены коаксиально с источником излучения . Причем, второй фотоприемник с защитным светофильтром установлен на держателе закрепленном в одной плоскости с первым фотоприемником с поющью прозрачной для излучения шайбы. Датчик снабжен сменными шайбами, выполненными из материала прозрачного для требуемого спектра излучения, которые крепятся к держателю и корпусу с помощью резьбового соединения; защитный светофильтр выполнен в виде съемного кольца и изготовлен из того же материала, что и шайба. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4889427/15 (22) 11.12,90 (46) 07.10,92, Бюл. N. 37 (71) Ижевский сельскохозяйственный институт и Физико-технический институт

Уральского отделения АН СССР (72) С.И.Юран, В,А,Алексеев и В,И.Заболотник (56) Авторское свидетельство СССР

N 1702983 кл. А 01 J 7/00, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ (57) Использование; изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для машинного доения коров с совмещенной функцией контроля их физиологического состояния в процессе дойки, и может использоваться в ветеринарии. Сущность изобретения: устройство соИзобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для машинного доения коров с совмещейной функцией контроля их физиологического состояния в процессе дойки и может использоваться в ветеринарии (в диагностических целях ветеринарными службами животноводческих комплексов и ферм).

Известны устройства для измерения физиологических показателей человека и жи вотн ых.

В описанных устройствах для регистрации пульса используются датчики, содержащие источник и приемник излучения.

Недостатком указанных устройств является низкая точность измерения фотоплетизмограмм и частоты пульса вследствие

„„5U„„1766336 А1 (si)s А 01 J 7/00, А 61 В 5/00 держитдоильный стакан, датчик, состоящий из источника излучения и двух фотоприемников, укрепленный в верхней части доильHollo стакана, а также блок измерения и управления. Второй фотоприемник, воспринимающий только световой поток источника излучения, и защитный светофильтр расположены коаксиально с источником излучения, Причем, второй фотоприемник с защитным светофильтром установлен на держателе. закрепленном в одной плоскости с первым фотоприемником с по зщью прозрачной для излучения шайбы. Датчик снабжен сменными шайбами, выполненными из материала прозрачного для требуемого спектра излучения, которые крепятся к держателю и корпусу с помощью резьбового соединения; защитный светофильтр выполнен в виде сьемного кольца и изготовлен из того >ке материала, что и шайба. 2 з.п. ф-лы, 2 ил, использования практически точечных источника и приемника излучения, не позволяющих повысить мощность излучения и получить более высокое соотношение сигнал-шум, Кроме того, точность измерения «h3 фотоплетизмограмм будет снижена в случае ( колебания мощности излучения источника излучения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройстго, содержащее доильный стакан, датчик, состоящий из источника и приемника излучения и расположенный в верхней части доильного стакана, исполнительный элементдля отключения пульсаций вакуума, блок измерения и управления для

1766336 регистрации фотоплетизмограмм, пульса и температуры животного.

Устройство позволяет контролировать три физиологических показателя животного в технологическом процессе дойки.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность измерения фотоплетизмограмм и пульса особенно при массовых обследованиях животных, нахо дящихся в сложных условиях животноводческих ферм и комплексов, когда трудно осуществлять постоянный контроль за состоянием поверхности исследуемой ткани в смысле чистоты, наличия складок, пигментации покрова и др. Смещение датчика на указанный участок ткани при практически точечном источнике излучения может привести к значительному ослаблению сигнала с фотоприемника и, следовательно, к уменьшению точности измерения. Повышение же мощности излучения источника вызывает перегрев исследуемого участка ткани íà ограниченной площади под практически точечным излучателем и снятая при повышенной температуре исследуемого участка ткани фотоплетизмограмма не будет отражать действительной картины кровенаполнения тканей, Кроме того, отсутствие контроля за мощностью и стабильностью излучения источника при наличии дестабилизирующих факторов снижает. точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных, содержащее доильный стакан, датчик, расположенный в верхней части доильного стакана и состоящий из источника излучения и фотоприемника, блок измерения и управления, входы которого соединены с фотоприемником, сигнальный выход подключен к регистраторам фотоплетизмограмм, пульса и температуры, а первый управляющий выход связан с входами управления регистраторов фотоплетизмограмм и пульса, второй управляющий выход — с входом управления регистратора температуры, третий управляющий выход — с исполнительным элементом, четвертый управляющий выход — с управляющим входом нормально замкнутого ключа, выход которого соединен с источником излучения, введены второй фотоприемник и регулируемый источник питания, причем второй фотоприемник связан со входом регулируемого источника питания; выход которого соединен с сигнальным входом нормально замкнутогоо кл юча-, и ри этом второй

25 лучения.

30 На фиг.1 приведена структурная схема

50

5

45 фотоприемник снабжен защитным светофильтром, причем фотоприемники и защитный светофильтр расположены коаксиально с источником излучения, а второй фотоприемник с защитным светофиль гром установлены на держателе, закрепленном в одной плоскости с первым фотоприемником при помощи прозрачной для излучения шайбы, кроме того, источник излучения установлен на оптической оси отражающей внутренней поверхности корпуса, выполненной в форме полусферы; датчик снабжен сменными шайбами, выполненными из материала, прозрачного для требуемого спектра излучения, а защитный светофильтр второго фотоприемника выполнен в виде съемного кольца, выполненного из материала, прозрачного для требуемого спектра излучения, Известно устройство, датчик которого содержит один источник излучения и два фотоприемника. Однако, в отличие от известного технического решения, предложенное устройство содержит датчик в виде коаксиально расположенных кольцевых излучателя и фотоприемников, при этом второй фотоприемник используется для стабилизации режима работы источника изустройства, где сосок вымени в разрезе условно изображен в виде окружности, а на фиг,2 представлена конструкция датчика устройства.

Устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных содержит датчик 1, состоящий из источника излучения 2 и первого фотоприемника 3, расположенные в верхней части доильного стакана в углублении сосковой резины, блок измерения и управления 4 для регистрации фотоплетизмограмм, пульса и температуры животного (указанный блок, включает следующую совокупность блоков прототипа: усилитель, блок управления, источник образцового напряжения, подстроечный и постоянный резисторы, операционный усилитель, делитель напряжения из двух резисторов, фильтр нижних частот; первый ключ, фоторезисторный оптрон и соответствующие связи между перечисленными блоками, которая функционирует в соответствии с временными диаграммами, представленными на фиг.4 описания прототипа), входы блока измерения и управления 4 соединены с первым фотоприемником 3, сигнальный выход подключен к регистраторам фотоплетизмограмм 5, пульса 6 и температуры 7, а первый управляющий выход блока 4 связан с входа1766336

10

30

40

55 ми управления регистраторов фотоплетизмограмм 5 и пульса 6, второй управляющий выход — с входом управления регистратора температуры 7, третий управляющий выхо* — с исполнительным элементом 8, четвертый управляющий выход — с управляющим входом нормально замкнутого ключа 9, выход которого соединен с источником излучения 2, второй фотоприемник 10, воспринимающий только световой поток источника излучения 2, регулируемый источник питания 11, причем второй фотоприемник 10 связан с входом регулируемого источника питания 11, выход которого соединен с сигнальным входом нормально замкнутого ключа 9, при этом второй фотоприемник 10 снабжен защитным светофильтром 12 (см.фиг,2), причем первый 3, второй 10 фотоприемники и защитный светофильтр 12 расположены коаксиально с источником излучения 2, а второй фотоприемник 10 с защитным светофильтром 12 установлены на держателе 13, закрепленном в одной плоскости с первым фотоприемником 3 с помощью прозрачной для излучения шайбы 14, источник излучения 2 установлен на оптической оси отражающей внутренней поверхности корпуса 15, выполненной в форме полусферы; датчик 2 снабжен сменными шайбами 15, выполненными из материала, прозрачного для требуемого спектра излучения, которые крепятся к держателю 13 и корпусу 15 с помощью резьбового соединения; защитный светофильтр 12 выполнен в виде съемного кольца и изготовлен из того же материала, что и шайба 14.

Датчик может быть укомплектован набором шайб 14 и защитных светофильтров

12, которые позволяют использовать его в различных диапазонах излучения. Шайба 14 позволяет надежно изолировать внутреннюю поверхность корпуса 15, источник излучения 2 и второй фотоприемник 10 с защитным светофильтром 12 от конденсации пота, влаги, грязи и обеспечивает удобство чистки и дезинфекции рабочей поверхности датчика. Для вывода проводников от источников излучения 2 и второго фотоприемника 10 в держателе 13 и корпусе датчика 15 предусмотрены узкие каналы (фиг,2).

B качестве источника излучения 2 может использоваться, например, миниатюрная лампа накаливания типа СМН6-80 или светодиод типа АЛ119, первый 3 и второй 10 фотоприемники выполнены в виде колец из фоточувствительного материала. Защитный светофильтр 12 служит для ослабления падающего на второй фотоприемник 10 потока излучения с целью выбора его режима работы на линейном участке энергетической характеристики и кроме того является в определенной степени защитным элементом от теплового перегрева.

Известно, что изменение протекающего по источнику излучения тока, в значительной степени влияет на излучаемую им мощность. Например, для инфракрасного светодиода АЛ119 увеличение тока íà 10% приводит к возрастанию мощности излучения почти на 15, а для ламп накаливания изменение напряжения питания на 10% приводит к изменению потока излучения более чем на 40%. Кроме того, у источника света во время эксплуатации параметры, характеризуюшие излучение, изменяются за счет процессов старения, Для стабилизации режима работы источника излучения 2 и введен второй фотоприемник 10, который реагирует на отклонения потока излучения источника 2 от заданной нормы. Сигнал с этого фотоприемника 10 используется для стабилизации мощности излучения.

Требуемый спектр излучения определяется выбором измеряемого гемодинамического показателя. При использовании, например, участка спектра 0,6 — 0,7 мкм наибольшее поглощение излучения наблюдается для артериальной крови; ь области с длиной волны около 0,81 мкм поглощение излучения оксигемоглобином и восстановленным гемоглобином крови одинаково

Для этой области спектра можно применить, например, светофильтры КС-18, ФС-6 и др. Применение защитного светофильтра

12 из того же материала, что и шайба 14, обусловлено контролем мощности излучения источника 2 в требуемом диапазоне спектра, Устройство работает следующим образом, Подключают напряжение сети, в результате узлы блока измерения и управления 4 устанавливаются в исходное состояние. При этом на источник излучения 2 подается питание от регулируемого источника питания

11 через нормально замкнутый ключ 9, Доильный стакан надевают на сосок вымени коровы. Вследствие того, что часть излучения источника 2, отразившись от внутренних слоев ткани, попадает на первый фотоприемник 3, в нем образуется резкий перепад фототока, который используется в блоке 4 для формирования временных интервалов, обеспечивающих: 1) отключение на время измерения пульсаций вакуума с помощью исполнительного элемента 8 (третий управляющий выход); 2) съем фотоплетизмограммы и измерение пульса с

1766336

10

25

50

55 помощью блоков 5 и 6 (сигнальный и первый управляющий выходы); 3) отключение источника излучения 2 через нормально замкнутый ключ 9 (четвертый управляющий выход);

4) измерение температуры тела животного (сигнальный и второй управляющий выходы). Таким образом функционирование блока измерения и управления 4 идентично работе соответствующей совокупности блоков прототипа.

В процессе съема фотоплетизмограммы

- и измереййя пульса поток излучения от источника излучения 2, отражаясь от внутренней поверхности корпуса 15, проходит через шайбу 14, укрепленную на держателе

13, и равномерно засвечивает исследуемую ткань в заданном спектре излучения. Поток излучения, частично поглощаясь и частично рассеиваясь тканями тела, поступает на первый фотоприемник 3, сигнал с которого используется для снятия фотоплетиэмограммы (первый и второй входы блока измерения и управления 4). Второй фотоприемник 10, воспринимая часть пото:ка излучения от источника излучения 2, реагирует на изменения Этого потока, возникающие под действием разлйчных дестабилизирующих факторов, например, изменения напряжения питания, Сигнал со второго фотоприемника 10 поступает на вход регулируемого источника питания 11, который изменяет свои параметры таким образом, чтобы обеспечить стабилизацию режима работы источника излучения 2 в заданном диапазоне спектра, который пропускаетзащитный светофильтр12. При этом сигнал регулировки передается через нормально замкнутый ключ 9.

После окончания процесса измерения со второго управляющего выхода блока 4 снимается сигнал, выключающий исполнительный элемент 7, что приводит к восстановлению пульсаций вакуума. С этого момента начинается дойка, которая продолжается в течение заданного времени, например, 4 мин. По окончании процесса дойки выключается напряжение сети, что приводит к окончанию работы устройства.

В результате регистраторами фотоплетизмограмм, пульса и температуры будут зафиксированы измеренные физиологические показатели животного, Повышение тбчноСти изме р ения"в и редложенном устройстве достигается за счет увеличения потока излучения на исследуемую ткань, а, следовательно, и увеличения потока излучения от ткани на фотоприемник.

4 при равномерном засвечивании исследуемой поверхности ткани благодаря сферической внутренней поверхности датчика (фиг.2).

Благодаря предложенной конструкции датчика его контакт с загрязненной поверхностью, складкой кожи или участком с пигментацией кожного покрова не вызовет значительного изменения потока излучения, падающего на исследуемую ткань, поскольку поверхность излучения не является точечной, как в прототипе, где указанный аномальный участок кожи может практически полностью перекрыть поток источника излучения и существенно уменьшить сигнал с датчика, а значит, и точность измерения.

15 При данной конструкции датчика увеличение мощности излучения источника 2, что в первую очередь необходимо при исследовании сельскохозяйственных животных вследствие загрязнения кожи, ее пигментация и др., не приводит к нагреву исследуемого участка ткани, что может исказить информацию, снимаемую с датчика, и не вызывает болезненных ощущений у животного, Ктому же попадание точечного источника излучения в зону биологически активной точки может привести к непредсказуемому результату измерения.

Стабилизация режима работы источника излучения в заданном диапазоне спектра за счет регулировки его мощности излучения при воздействии различных дестабилизирующих факторов также повышает точность измерения.

Кроме того, использование съемных шайб и защитных светофильтров с заданной полосой пропускания позволяет не только повысить точность измерений именно втребуемом диапазоне частот, но и делает предложенное устройство более универсальным, позволяющим проводить съем информации в узких спектральных диапазонах и в результате перекрывать широкую полосу частот, Положительный эффект от использования предложенного устройства выразится в повышении точности и достоверности получаемой информации, используемой для оценки физиологического состояния сельскохозяйственных животных в условиях животноводческих ферм и комплексов.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных, содержащее доильный стакан, датчик, расположенный в верхней части доильного стакана и состоящий из источника излучения и фотоприемника, блок измерения и управления, .входы которого соединены с фотоприемником, сигнальный выход подключен к регистраторам фотопле1766336

rPu2. 3 тизмограмм, пульса и температуры, а первый управляющий выход связан с входами управления регистраторов фотоплетизмограмм и пульса, второй управляющий выход — с входом управления регистратора температуры, третий управляющий выход — с исполнительным элементом, четвертый управляющий выход — с управляющим входом нормально замкнутого ключа, выход которого соединен с источником излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй фотоприемник и регулируемый источник питания, причем второй фотоприемник связан с входом регулируемого источника питания, выход которого соединен с сигнальным входом нормально замкнутого ключа, при атом второй фотоприемник снабжен защитным светофильтром, причем фотоприемники и защитный светофильтр расположены коаксиально с источником излучения, а второй фотоприемник с защитным светофильтром установлен на держателе, закрепленном в одной плоскости с первым

5 фотоприемником при помощи прозрачной для излучения шайбы, кроме того, источник излучения установлен на оптической оси отражающей внутренней поверхности корпуса, выполненной в форме полусферы.

2. Устройство по п,1, отл и ч а ю ще ес я тем, что датчик снабжен сменными шайбами, выполненными из материала, прозрачного для требуемого спектра

15 излучения.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что защитный светофильтр фотоприемника выполнен в виде съемного кольца, выполненного из материала, про20 зрачного для требуемого спектра излучения.

1766336

2 <О <

Составитель С.Юран

Техред М.Моргентал

Редактор

Корректор Л.филь

Проиэеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. Ул.Гагарина, 101

Заказ 3491 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5