Перед сборкой схемы рекомендуем прочесть статью о диагностике по методу Фолля, размещённую на нашем сайте ранее: https://dahl-device.ru/2018/08/17/epd/
Схема 1.
Схема состоит из недорогого микромощного отечественного операционного усилителя, двух потенциометров, стрелочного измерительного прибора, двухполюсного выключателя и пяти постоянных резисторов. Для питания применены две батареи формата ААА.
Принципы работы схемы рассмотрим относительно минусового проводника батареи 2 и клеммы ОБЩ. При включении питания выходное напряжение ОУ, включенного по схеме инвертирующего повторителя, устанавливается равным напряжению на выводе 3, подключенном через резистор R3 к плюсовому выводу батареи 2, и равно напряжению батареи 1,5В, плюс напряжение смещения усилителя, компенсируемое потенциометром P1. При равенстве напряжений батареи 2 и выхода 6, предварительного сбалансированного потенциометром P1 усилителя, тока через измерительную цепь R4, P2 и измерительный прибор нет, и стрелка микроамперметра устанавливается на нулевое деление. Подключив вывод «Щуп» к проводнику «Общ» соединим нижний по схеме вывод R1 с минусом батареи 2, через резистор R1 потечет ток. ОУ перейдет в режим инвертирующего усилителя с коэффициентом передачи определяемым отношением сопротивлений R2/R1. Измеряемое стрелочным микроамперметром выходное напряжение ОУ, удерживая током через резистор обратной связи R2 равенство входных напряжений на выводах 2 и 3, компенсирует ток текущий через резистор R1. Максимальный размах выходного напряжения ОУ в 1В определяется номиналом резистора R2. Значение показаний стрелочного прибора устанавливается потенциометром P2 на конечную отметку шкалы «100».
Максимальная величина тока через измерительную цепь и электроды соответствует самым мягким стандартам 16 мкА при замкнутых электродах и 1,55 В при разомкнутых электродах, определяется номиналом резистора R1 и напряжением батареи 2. Номинал резистора R1 обозначенный на схеме ближайший из десятипроцентного ряда к необходимому в 95 кОм. На самом деле Фолль, статистическим методом, на базе огромного количества измерений БАТ декларировал среднее значение нормального состояния их проводимости в единицах сопротивления, равного 95 кОм и естественно, как настоящий немец, поместил это среднее значение в середину шкалы прибора. Действительно при равенстве сопротивлений R1 и измеряемой цепи ток уменьшится в два раза и стрелочный индикатор установится на деление 50 единиц. Для увеличения совпадений со шкалой Фолль- таблиц резистор R1 может быть собран из двух последовательно соединенных резисторов, например 91 кОм и 3,9 кОм, либо установлен резистор высокой точности 1% ряда необходимого номинала. Но в нашем случае, применяя прибор для небольшого количества пациентов, десятипроцентный разброс не имеет значения, тем более, что для каждого человека среднее значение проводимости БАТ в нормальном состоянии величина индивидуальная. Значение номинала резистора R3 не критично и может быть любым от 10 до 70 кОм, значения номиналов R4 и P2 определяются максимальным током отклонения стрелочного прибора, например при установке прибора с током полного отклонения в 200 мкА их следует уменьшить вдвое. Потенциометр балансировки можно установить номиналом от 68 до 150 кОм. R5 определяет режим работы ОУ и общее потребление тока всей схемой, при необходимости, для экономии батарей, может быть существенно увеличен. ОУ может быть заменён импортными аналогами, например идеально подходящим для этой схемы ОУ OP193 фирмы Analog Devices, резистор R5 в этом случае не устанавливается. Но опыт показал, что достаточно интенсивная эксплуатация такого прибора в течении нескольких лет не потребовала замены батарей. Шкала прибора несколько не соответствует требованиям декларированным Фоллем, с делением 50 мы определились, но Фолль по всей видимости поставил перед разработчиками аппаратуры требование расширения области индикации требуемых величин проводимости на большую часть шкалы. Для деления 10, видимо из результатов статистической обработки большого количества измерений, Фолль определил значение проводимости измеряемой цепи в 380кОм, меньшие значения проводимости БАТ с одной стороны не информативны, а с другой достоверность результата каждого конкретного измерения в начале шкалы очень мала. В базовой схеме показания 10 соответствуют току в измерительной цепи 1,5 мкА и соответственно проводимости около 900 кОм, здесь очень трудно определить где наука, где статистика, а может просто догма или особая, весьма специфичная индивидуальность, что кстати совсем не редкость. С целью приближения параметров индикации к требованиям Фолля, в базовую схему можно ввести дополнительные элементы уменьшающие чувствительность прибора в начале шкалы. Функция может включаться тумблером S3, если это необходимо. Выбор типа шкалы, предусмотренный в конструкции, дело каждого оператора, наработанной им привычки, способа видения, личного восприятия как статических так и динамических параметров индикации результатов измерений, показаний прибора. Изменения показаны на нижеприведенной схеме. Добавлен германиевый диод D1 типа Д9 с любым буквенным индексом, резистор R10 и замыкающий эту цепь тумблер, отключающий коррекцию шкалы индикатора. Номинал резистора R10 приведен из соображений двухкратного уменьшения чувствительности индикатора в диапазоне от 0 до 10-12 делений шкалы и будет зависеть от тока отклонения применяемого стрелочного прибора и номиналов R4 и P2. Глубину коррекции шкалы индикатора можно увеличить установив два последовательно включенных диода и резистор 15 кОм. Способ коррекции линейности шкалы приведенный здесь конечно не идеален, схемотехника и приемы решений таких задач отработаны в совершенстве, но здесь мы стремимся не усложнять конструкцию прибора без особой необходимости. Поскольку результаты измерений считываются визуально со стрелочного прибора, то его размеры, конструкция и параметры имеют немаловажное значение. Выбирая стрелочный индикатор следует стремиться к максимальной длине шкалы имеющей 100 делений с зеркалом, но стрелка подобных приборов сильно задемпфирована и очень медленно устанавливается на заданное значение. Проверить такой прибор достаточно просто. Можно присоединить к нему обычную 1,5 В батарейку через резистор 20кОм и засечь время установления стрелки на значении тока примерно в середине правой половине шкалы. Для применения в данной конструкции подойдет индикатор с временем установления показаний менее одной секунды, такие приборы имеют небольшие размеры и могут нормально эксплуатироваться оператором с очень хорошим зрением. Можно конечно не задавать столь жесткие требования но комфортные условия работы достигаются в том числе и правильным выбором индикаторного прибора. Можно попробовать применить современные стрелочные индикаторы производства Гонконга или Китая на ток полного отклонения 100 мкА.
схема 2.
При хорошем освещении рабочего места практики отдают предпочтение индикаторам советского производства размером 80 на 80 мм, но вновь приходится упомянуть, что все в этой технологии очень индивидуально. Во многих приборах для измерения параметров БАТ применяется дополнительная индикация звуковым тоном, подобный прием повышает достоверность действий оператора. С повышением показаний стрелочного прибора повышается тон звукового сигнала, естественно этот процесс безинерционен, позволяет точнее локализовать точку, стабильнее удерживать нажим электрода и как бы организует обратную связь измеряемого объекта с ощущениями оператора. Схема звуковой приставки соединенная с базовым прибором приведена ниже.
Генератор управляемый напряжением выполнен на м/с 176ЛА7 работающей при напряжении питания 3В, на двух логических элементах собран собственно ГУН, еще один используется как буфер, перед усилителем тока, выполненного по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе КТ315Б или любом другом маломощном npn транзисторе. Управляющее напряжение подается на генератор с выхода ОУ через резисторы R7, R8, начальная частота генератора зависит от номиналов конденсаторов C1 и C2 и может быть изменена установкой конденсаторов другого номинала. Ограничительный резистор R9 и регулятор громкости P3 рассчитаны на установку малогабаритного динамика сопротивлением 150 Ом или подключения наушников. Такое необычное включение регулятора громкости связано с необходимостью уменьшения тока потребляемого от батарей, но возможно и классическое включение регулятора громкости, номинал потенциометра P3 можно значительно увеличить до 1,5 кОм. Звуковое сопровождение измерений отключается тумблером S2.
схема 3.
Вариант принципиальной схемы без регулятора громкости с типовым разъёмом 3,5 мм для подключения внешнего источника звука или специального кабеля для соединения с компьютером. Специальный изолирующий кабель подключается к микрофонному входу компьютера.
Громкость звука внутреннего динамика установлена резистором Rd из соображений накопленного опыта при эксплуатации подобных приборов. При подключении кабеля внутренний динамик отключается.
схема 4.
В усовершенствованных приборах управление включением звука автоматизируют, устанавливая в схему пороговое устройство на дополнительном ОУ или компараторе, регулируя порог срабатывания таким образом, чтобы звук включался при достижении показаний прибора в пять семь единиц. Тумблер полного отключения звука при этом сохраняют. Прибор собранный из исправных комплектующих, при соблюдении полярности подключения батарей, начинает работать сразу. Развитие собираемого прибора можно проводить поэтапно, начиная с базовой схемы, добавляя и настраивая компоненты устройства.
Схема прибора может быть собрана например на макетной плате, плате пустышке или на специально разработанной печатной плате собственного производства, изготовленной по общеизвестным радиолюбительским технологиям. Примером могут быть платы разработанные в среде программы Sprint Layout 4.0.
Монтаж и соединения платы интуитивно понятны, места установки резисторов обозначены, к выводам справа сверху вниз подключаются проводники, соответственно:
Первый верхний к разъёму пассивного электрода.
Второй к разъему активного электрода.
Третий дополнительный, к разъему пассивного электрода.
Четвёртый дополнительный.
Пятый к выключателю минуса батарей.
Шестой к соединению плюса и минуса батарей, средней точке.
Седьмой дополнительный.
Восьмой к выключателю плюса батарей.
Слева сверху вниз, первые три к потенциометру P2, можно установить только два проводника.
Четвёртый к выключателю коррекции шкалы.
Следующие три к потенциометру P1.
Восьмой к выключателю коррекции шкалы.
Девятый дополнительный вывод плюса питания.
Три вывода в нижней части платы соединенные слева направо, с плюсом питания, выходом ОУ и минусом питания, предназначены для подключения звукового модуля.
 |
 |
Первая плата для сборки основной схемы и схемы с коррекцией шкалы, вторая плата содержит разводку монтажа модуля звука, просто добавленного к разводке первой платы. Три вывода с левой стороны сверху вниз, первый к потенциометру P3, два нижних к выключателю звука. Под монтаж резистора R1 предусмотрено два места с последовательным соединением. Расстояние между большими отверстиями 30мм, диаметр 4,2 мм, для установки смонтированной платы непосредственно на выводы стрелочного индикатора М2003 ГОСТ8711-78 или М4256, М42304, М42305. Приведен вид со стороны печатных проводников, правая контактная площадка с большим отверстием соединяется с «-» индикатора. Ширина плат 28 мм, длина первой 60мм, второй 84мм. На фото печатная плата с установленными деталями варианта с коррекцией шкалы, второй снимок смонтированной платы с модулем звука.
 |
 |
Конструкция прибора в нашем случае может быть произвольной, но некоторые основные принципы следует соблюдать. Поскольку стрелочный индикатор самый крупный и массивный элемент конструкции, при выборе или проектировании корпуса, нужно ориентироваться на его размеры крепёжные элементы и массу. На фото снизу показан один из способов монтажа плат непосредственно на выводы стрелочного индикатора.
 |
 |
Два потенциометра основных регулировок следует установить справа от индикатора, причем регулятор 100 ближе к переднему краю, регулятор громкости, тумблера и динамик, можно установить на задней стенке корпуса. Расположение регуляторов и индикатора практически определит ширину всей конструкции, высота должна быть минимальной и определяется размерами и наклоном стрелочного индикатора, длина корпуса зависит от размеров устанавливаемых на задней стенке компонентов. Необходимо предусмотреть место для размещения контейнера батарей. Для соединения проводников электродов с прибором возможно применение однополюсных вилок и гнёзд, но практика показывает, что качество контакта на столь низких токах неприемлемо, либо необходимо использовать вилки и гнёзда очень высокого качества, дорогие и малодоступные. Хорошим решением можно считать применение акустических пружинных зажимов, надежных и недорогих. Материал корпуса не критичен, изготовить самостоятельно можно из любой легко обрабатываемой пластмассы, или подобрать из стандартных корпусов имеющихся в продаже, металлический корпус необходим при работе в помещениях с высоким уровнем электро и радиопомех.
 |
 |
Хорошим примером может быть приведенная на рисунке слева конструкция прибора Meritest. Шкала стрелочного прибора удлинена за счет большого угла поворота стрелки, сам стрелочный прибор расположен близко к переднему краю широкого и явно устойчивого корпуса, но для подобной компоновки несколько маловат угол наклона панели индикатора. На следующем рисунке явно бюджетный пример того же прибора. Фото с сайта Meritest.com.
Электроды, применяемые в рамках метода Фолля
Электроды используемые для измерения параметров точек в рамках метода Фолля похоже самый важный компонент всей системы. Они должны быть не травмирующей формы, удобными, легко и надёжно обрабатываться стерилизующими растворами, не оказывать дестабилизирующего действия на результаты измерений. Сам Фолль, подбирая материалы для контактной части электрода, столкнулся с проблемой. Казалось естественным изготовление электродов из благородных металлов, но нестабильность измерений при поляризации заставила его искать сплав имеющий по возможности наиболее низкие динамические изменения потенциала поляризации при контакте с растворами солей на кожной поверхности. Этот сплав оказался очень близким по необходимым нам свойствам к производимой в СССР электротехнической латуни. Из этой латуни изготавливали однополюсные и двуполюсные вилки, контакты разъемов, высокочастотные соединители всех типов, волноводы, высокочастотную арматуру, экранирующие короба, элементы антенн. На рисунке видны электроды, активный с изолирующей ручкой, цилиндрический пассивный, по видимому с гнездом для подключения однополюсной вилки проводника и чашка для тест препаратов, тоже с гнёздами подключения проводников. Всё красиво. Четыре контакта в цепи подключения к прибору, для нашего многовато, плюс пятый активного электрода, всё. НО ОПЫТ, СЫН ОШИБОК ТРУДНЫХ… Такой пассивный электрод в виде трубочки конечно удобно держать в руке, но для ноги никак не подойдёт, а в клинике на лоб тем более. Пассивный электрод должен быть трубой прямоугольного сечения 15мм на 35мм, длиной 150 мм, плюс минус конечно, из латуни, никаких заусенцев и острых углов, отполированный до зеркала, и их необходимо два!
Активный электрод тоже из латуни, ручка очень желательно с выступающим упором для большого, указательного и среднего пальцев, по голому цилиндру да еще красивому сужающемуся от оператора, рука сползает, требуется держать ручку с повышенным усилием, очень быстро развивается усталость. Совершенно недопустимо наличие на корпусе ручки активного электрода металлических деталей. Очень хорошие ручка от индикатора напряжения ПИН-90, Ереванского завода, эргономичная, из прекрасного карболита. Несколько попроще от ПИН -90-2, но подойдет. На рисунке показана возможная форма активного электрода.
 |
Штатный электрод, рабочая часть диаметром 4мм сужена до 3мм с полусферой, несколько коротковат, для не натруженных рук. |
 |
Профессиональный, рабочая часть почти сфера диаметром 2,5-3мм, профи предпочитают такой, подлиннее, им профессионалам, точку искать не надо. |
 |
Общий вид активного электрода в сборе на рисунке, ручка от щупа тестера. |
 |
В качестве ручки идеально использовать корпус от ПИН-90, удалив из него все пружины, резисторы и контактные переходники. Латунный посеребрённый электрод от однополюсной вилки Ш4, отечественного производства, диаметром 4мм, с наплавленной на него пластмассовой гайкой М6*0,75 просто вкручивается в резьбу, нарезанную в торце малой части корпуса ПИН. Красный корпус ПИН — 90М2 с вплавленным своим электродом диаметром 3,5 мм, ниже два корпуса от ПИН – 90М из пластмассы, верхний со своим электродом, нижний с ввинченным в резьбу не сформованным электродом однополюсной вилки. |
Длина металлической части электрода примерно 15мм, на конце контактирующем с кожным покровом формируется уплощённая полусфера, сделать это можно, зажав электрод в патроне дрели на небольших оборотах, аккуратно мелким напильником или наждачной бумагой, затем вся выступающая часть электрода шлифуется самой мелкой наждачной бумагой и полируется до зеркала. Не усеченный электрод диметром 4 мм идеально подходит для крупных рук, для изящных рук электрод сужается до 3мм и затем формируется сфера, или применяется электрод диаметром 3мм, как на пробнике ПИН-90-2м. К электроду припаивается многожильный изолированный провод длиной около 100 см, желательно самый мягкий из доступных, другой конец проводника зачищается и облуживается на длину 1см, для крепления в зажиме разъема прибора. При самостоятельном изготовлении ручки активного электрода придерживайтесь примерных соотношений размеров изделий на фотографии, в качестве материала идеально подходит эбонит. В некоторых описаниях активных электродов предлагается сделать в электроде продольный паз как на штепсельной вилке, для удержания воды, но механически вырезать паз шириной 50 мкМ весьма затруднительно и наличие паза заметно осложнит стерилизацию электрода. Проводник для соединения с пассивным (индеферентным) электродом также длинной около 100 см, с припаянной однополюсной вилкой для зажима типа крокодил.
Проверяя концепции изложенные в тексте о конструкции прибора, необходимо было собрать несколько экземпляров для оценки качества разработки. Поиск подходящего корпуса привел к покупке в магазине, торгующем запчастями для систем проводной связи и сигнализации, неких корпусов из белой пластмассы с похожим размером окна под стрелочный прибор. Размер окна оказался достаточно близким к размеру прибора 80 на 80 мм, пришлось конечно где подрезать, где подклеить, но стрелочный прибор «встал» на место. Коммутационные изделия из соображений дизайна применены с крепежём на защелках, польского производства. Под их установку, обычным ножом для линолеума, вырезано окно прямоугольной формы. Общий выключатель питания четырехконтактный, с двумя замыкающими контактами, выключатель звука двухконтактный с одной замыкающей группой, а с выключателем коррекции шкалы пришлось повозиться. Проблема в том, что маркировка на рычаге переключателя 0-выключен-разомкнут и 1-включен-замкнут для переключателя коррекции шкалы не подходит, коррекция включена при разомкнутом контакте. Решение напрашивалось само собой, рычаг переключателя был аккуратно изъят из корпуса, перевёрнут и установлен на место так, чтобы в положении нажато 1 контакты были разомкнуты. Над блоком переключателей установлены два регулировочных потенциометра. Пружинный разъём для подключения проводников электродов установлен на задней стенке корпуса, для его установки просверлены четыре отверстия, два диаметром 5мм под контакты разъема и два диаметром 3мм под отверстия крепежа. На задней стенке установлен разъём 3,5мм для подключения наушников или в будущем интерфейсного кабеля для соединения с компьютером, под него просверлено отверстие диаметром 6мм. На правой стенке корпуса, изнутри установлен динамик, для его крепежа просверлены два отверстия 2мм и одно акустическое примерно по центру динамика 5мм. Предполагалось, что такое акустическое отверстие можно применить для установки на него миниатюрного электретного микрофона для организации связи с компьютером. На приведённой фотографии двух приборов можно оценить и общую компоновку, и визуальные свойства стрелочных индикаторов, и удобство обращения с ним.
Монтаж приборов выполнен проводом МГШВ, для удобства разводки проводников применены четыре цвета, белый для общей точки батарей, красный для плюсовых проводников и входной цепи, синий для минусовых цепей, и зеленый для вспомогательных цепей и звука. Конечно от первого к последующим приборам всё это менялось.
На фото приборов со снятыми нижними крышками видно, что контейнер батарей нашёл своё место между корпусом стрелочного прибора и передней стенкой корпуса. Для упрощения монтажа следует перед установкой в корпус залудить контакты выключателей потенциометров и разъёмов. Поскольку контакты таких выключателей не предназначены для пайки, а нам необходимо именно припаять их, нужно использовать качественную паяльную пасту или флюс для залуживания контактов методом одного касания паяльником, после чего следует проверить работу выключателей.
Компоновку и размещение узлов прибора конечно диктует размер и конфигурация корпуса. Слева на стрелочном индикаторе расстояние между выводами больше чем на печатной плате, поэтому пришлось установить плату на переходные планки. Эти приборы выполнены без регулятора громкости, резистор устанавливающий уровень звука внутреннего динамика смонтирован непосредственно на разъеме. Конструкция представленная здесь конечно не идеальна, но в работе оказалась удобной и неприхотливой. Метрология собранного аппарата показала на удивление стабильные параметры и высокую повторяемость образцов. Глубина коррекции шкалы с одним диодом имеет плавный переход и вполне достаточна, но при переключении в режим коррекции шкалы и обратно требуется дополнительная установка на деление «100». Некоторая нестабильность выявилась только в Генераторе управляемым напряжением, от образца к образцу несколько смещалась начальная частота сигнала при стабильном коэффициенте перестройки, сначала на это даже не обратили внимания, ведь всё работает, да и какая разница 800Гц или 1200Гц тон при нулевом положении стрелки. Выяснилось, что эффект связан с большим разбросом влияния параметров входных цепей разных микросхем 176ЛА7 на заряд-разряд времязадающих конденсаторов и именно при сверхнизком для КМОП структуры напряжении питания. Конечно это не промышленный образец, а один из вариантов построения такого прибора. Приходилось видеть самопальные аппараты выполненные в корпусах тестеров, самодельных корпусах из кровельного железа с отечественными сверхвысокопрецизионными имперскими стрелочными индикаторами, разъёмами «байонет» и преключателями в тропическом исполнении, сверхпрочные и сверхнадёжные. Сделали из того, что оказалось под рукой, приборы представленные здесь, также из того, что добыто быстро и без особых затрат. Несколько неясен вопрос о сопряжении прибора с компьютером и некоей программой обрабатывающей и систематизирующей данные измерений. В качестве такого интерфейса уже упоминалась возможность использования микрофона, устанавливаемого на специальное отверстие корпуса по центру внутреннего динамика и присоединяемого к микрофонному входу звуковой карты компьютера. Такое решение диктуется необходимостью исполнения норм электробезопасности для медицинского оборудования, требующего высокой степени изоляции от приборов имеющих возможность подключения к электросети. Норма диктует отсутствие тока и пробоя при напряжении 4КВ и переходную ёмкость около 10 пФ обеспечивающую изолирующие параметры до частоты 4 КГц. На самом деле стандарты и требования значительно сложней, поскольку предназначены для огромной номенклатуры медицинских приборов, но для данного прибора выдержка достаточно точная. Возможен более сложный, но такой же безопасный способ соединения с регистрирующей аппаратурой с помощью специально изготовленного изолирующего кабеля.
Соединитель состоит из двух одинаковых малогабаритных динамиков с полистироловыми диффузорами, смонтированных на подходящей по размеру планке из изолирующего материала диффузорами друг к другу так, чтобы расстояние между диффузорами было примерно 5-10мм и между диффузорами образовался закрытый объём воздуха. Диаметр отверстия в изолирующем материале лучше выполнить равным диаметру диффузора применяемых динамиков. Экранированными проводниками, длиной около метра, динамики соединены с разъёмами типа Джек 3,5. Один разъем подключается к гнезду наушников прибора, другой к микрофонному входу компьютера, причем кабель симметричен и без разницы какой разъем куда. Входной модуль программы считывает период колебаний преобразуя его в числовые значения и калибруется положением стрелки «0» и «100», может кто и напишет подобный входной модуль. Конструкцию и схемотехнику такого прибора можно постепенно совершенствовать. Например вход ГУНа, точка соединения двух резисторов 100кОм, см. схему, можно подключить к выводу переключателя коррекции шкалы не соединенному непосредственно с выходом ОУ. Тогда напряжение управления генератором будет совпадать с показаниями стрелочного индикатора при любом положении переключателя коррекции шкалы. Величину девиации ГУН можно увеличить установив в цепь управления дополнительный ОУ с регулируемым коэффициентом усиления. В оригинале напряжение на выходе ОУ относительно средней точки батарей изменяется от 0 до 1В, усилив это напряжение вдвое и сместив в область – 1В напряжение управления генератором будет изменяться от – 1В до 1В. Изменяя коэффициент усиления дополнительного ОУ подстроечным резистором можно устанавливать комфортные тона звукового сопровождения. Идеи приходят в процессе творчества и стремиться сделать подобную аппаратуру эргономичной и удобной просто необходимо. В добрый путь уважаемый читатель.
