Способ моделирования биологических условий невесомости и устройство для его осуществления

Способ моделирования биологических условий невесомости и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к имитации космических условий, в частности к лабораторному оборудованию для изучения действия факторов космического полета, и может быть использовано для наземного моделирования биологических условий невесомости. Целью изобретения является повышение достоверности моделирования путем исключения воздействия на биообъект магнитобиологических эффектов. Способ моделирования биологических условий невесомости заключается в предварительном измерении величины напряженности Н и определении направления геомагнитного поля в области размещения равномерно вращающегося с угловой скоростью ш биообъекта вокруг горизонтальной оси, затем в данной области создают компенсирующее магнитное поле с величиной напряженности Hk, равной величине напряженности геомагнитного поля, измеренного в месте закрепления биообъекта, и противоположно направленное к нему, после чего создают дополнительное постоянное магнитное поле , направленное вдоль оси вращения биообъекта с величиной напряженности Ни, равной величине напряженности геомагнитного поля вдоль этой оси, и переменные с частотой с)м.равной частоте вращения биообъекта , синусоидальное и косинусоидальное магнитные поля, направленные вдоль двух пересекающихся взаимно перпендикулярных и перпендикулярных к оси вращения биообъекта осей с величинами напряженности НИу и Ни/, равными величинам напряженности геомагнитного поля вдоль этих осей. Устройство моделирования биологических условий невесомости содержит контейнер 1 с биообъектом, жестко закрепленным на горизонтальном валу 2, соединенным с приводом 3 вращения. Устройство содержит также источник магнитного поля, выполненный в виде трех магнитных катушек 4,5, 6 с взаимно перпендикулярными пересекающимися в точке закрепления контейнера 1 осями магнитной индукции, Управление источником магнитных полей осуществляется блоком 7 управления, вход которого соединен с датчиком 8 величины напряженности и направления магнитного поля, размещенным внутри объема, ограниченного тремя магнитными катушками 4, 5, 6 и датчиком 9 углового положения контейнера 1, а выход соединен с обмотками магнитных катушек 4, 5,6. При этом датчик 8 величины напряженности и направления магнитного поля выполнен в виде размещенных на корпусе трех магнитных катушек с взаимно перпендикулярными пересекающимися в центре датчика осями магнитной индукции, параллельными осям магнитной индукции магнитных катушек 4, 5, 6 источника магнитного поля. 2 с., 1 з. п. ф-лы. 6 ил. ё ON XI СЛ сЈ О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)з В 64 G 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4386484/23 (22) 29.02,88 (46) 07.09.91, Бюл. hk 33 (71) Институт ботаники им. Н.Г. Холодного (72) А.С. Лапоногов (53) 629.78 (088.8) (56) Справочник по космической биологии и медицине. Под ред. А.И. Бурназяна, О.Г. Газенко. M. Медицина. 1983, с. 109 — 110, (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НЕВЕСОМОСТИ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к имитации кос мических условий, в частности к лабораторному оборудованию для изучения действия факторов космического полета, и может быть использовано для наземного моделирования биологических условий невесомости.

Целью изобретения является повышение достоверности моделирования путем исключения воздействия на биообъектмагнитобиологических эффектов. Способ моделирования биологических условий невесомости заключается в предварительном измерении величины напряженности Н и определении направления геомаснитного поля в области размещения равномерно вращающегося с угловой скоростью в биообьекта вокруг горизонтальной оси, затем в данной области создают компенсирующее магнитное поле с величиной напряженности Нь, равной величине напряженности геомагнитного поля, измеренного в месте закрепления биообъекта, и противоположно направленное к нему, после чего создают дополнительное постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси вращения биоЯ2,1675166 А1 объекта с величиной напряженности Н>, равной величине напряженности геомагнитного поля вдоль этой оси, и переменные с частотой и м.равной частоте вращения биообъекта, синусоидальное и косинусоидальное магнитные поля, направленные вдоль двух пересекающихся взаимно перпендикулярных и перпендикулярных к оси вращения биообъекта осей с величинами напряженности Ниу и Huz, равными величинам напряженности геомагнитного поля вдоль этих осей. Устройство моделирования биологических условий невесомости содержит контейнер 1 с биообъектом, жестко закрепленным на горизонтальном валу 2, соединенным с приводом 3 вращения. Устройство содержит также источник магнитного поля, выполненный в виде трех магнитных катушек

4, 5, 6 с взаимно перпендикулярными пересекающимися в точке закрепления контейнера

1 осями магнитной индукции, Управление источником магнитных полей осуществляется блоком 7 управления, вход которого соединен с датчиком 8 величины напряженности и направления магнитного поля, размещенным внутри объема, ограниченного тремя магнитными катушками 4, 5, 6 и датчиком 9 углового положения контейнера 1, а выход соединен с обмотками магнитных катушек 4, 5, 6. При этом датчик 8 величины напряженности и направления магнитного поля выполнен в виде размещенных на корпусе трех магнитных катушек с взаимно перпендикулярными пересекающимися в центре датчика осями магнитной индукции, параллельными осям магнитной индукции магнитных катушек 4, 5, 6 источника магнитного поля. 2 c., 1 э. и. ф-лы, 6 ил.

1675166

Изобретение относится к имитации космических условий, в частности к лабораторному оборудованию для изучения действия факторов космического полета, и может быть использовано для наземного моделирования биологических условий невесомости, Целью изобретения является повышение достоверности моделирования путем исключения воздействия на биообъект магнитобиологических эффектов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства моделирования биологических условий невесомости; на фиг. 2 — изменение напряжен ности геомагнитного поля вдоль осей системы координат, жестко связанной с биообъектом Б; на фиг. 3 — изменение напряженности магнитного поля вдоль осей системы координат, жестко связанной с биообъектом Б, на фиг, 4 — выполнение датчика углового положения контейнера с биообъектом; на фиг. 5 — схема выполнения датчика величины напряженности и направления магнитного поля; на фиг.

6 — функциональная схема блока управления, Сущность способа моделирования биологических условий невесомости заключается в следующем, Биообъект Б при его вращении на клиностате с угловой скоростью в произвольно ориентирован относительно вектора Н, при этом угол а между горизонтальной осью вращения клиностата OX и вектором Н не равен нулю и напряженность будет иметь три проекции вектора Н на оси OX, OY и 02, соответственно, Н,, Hy, Hi, Hy — проекция вектора Н на плоскость OYZ. Проекция Нх будет постоянной, а Ну и Нг — переменные, уменьшающиеся во времени t по гармоническому закону с частотой клиностатирования й)

Кх= H.cosa; Hy=H sina sin cu t;

Н,= Н.slna cos ал

Наличие переменных составляющих напряженности геомагнитного поля Н> и Н вызывает возникновение сопутствующих клиностатированию магнитобиологических эффектов. Чтобы исключить их влияние на биообъект, создают компенсирующее магнитное поле с величиной напряженности

Нк, равной величине напряженности Н геомагнитного поля, предварительно измеренного в.месте закрепления биообъекта, и противоположно направленное к нему, затем создают дополнительное постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси вращения объекта с величиной напряженности Н, равной величине напряженности

Н геомагнитного поля вдоль этой оси, и переменные с частотой вн„равной частоте вращения биообъекта ш синусоидальное и косинусоидальное магнитные поля, направленные вдоль двух пересекающихся взаимноперпендикулярных и перпендикулярных к оси вращения биообъекта осей с величинами напряженности, равными величинам напряженности геомагнитного поля вдоль этих осей. При этом проекции вектора магнитного поля Н на оси координат OX, OY u

OZ будут Н, Н<у и Н соответственно, при этом угол Р между вектором Н, лежащим в плоскости YOZ и осью OY. Благодаря обеспечению равенства угловой скорости вращения биообъекта Б и угловой скорости вращения в „вектора магнитного поля Н, проекции вектора Ни — Hey u Ниг будут постоянны, а проекция Н х равна нулю, что является необходимым условием для устранения возникающих при клиностатировании сопутствующих магнитобиологических эффектов. При этом Них = О, Ниу = Ны cosP;

Нру = Нр sing

Устройство моделирования биологи еских условий невесомости, реализующее способ, содержит контейнер 1 с биообъектом, жестко закрепленным на горизонтальном валу 2, соединенным с приводом 3 вращения, Устройство содержит также источник магнитного поля, выполненный в виде трех магнитных катушек 4, 5, 6 с взаимно перпендикулярными пересекающимися в точке закрепления контейнера 1 осями магнитной индукции, совпадающими соответственно с осями ОХ, OY u OZ системы координат биообъекта, при этом ось магнитной индукции магнитной катушки 4 лежит в горизонтальной плоскости и совпадает с осью вращения биообъекта, а ось магнитной индукции магнитной катушки 5 совпадает с направлением действия силы тяжести G. Геометрические размеры и форма магнитных катушек 4, 5, 6 определяются, в основном, требованиями к неоднородности создаваемых ими молей в зоне расположения биообъекта. Управление источником магнитных полей осуществляется блоком 7 управления, вход которого соединен с датчиком 8 величины напряженности и направления магнитного поля, размещенным внутри объема, ограниченного тремя магнитными катушками 4, 5, 6 и датчиком 9 углового положения контейнера 1, а вход соединен с обмотками магнитных катушек 4, 5, 6. При этом датчик 8 величины напряженности и направления магнитного поля выполнен в виде размещенных на корпусе трех магнитных катушек 10, 11, 12 с взаимно перпендикулярными пересекаю1675166

10

30

40

55 щимися в центре датчитка осями магнитной индукции ОХ. ОУ, 02, параллельными осям магнитной индукции магнитных катушек 4, 5, 6 источника магнитного поля. Магнитодиоды датчитка 8 размещены внутри корпусов, выполненных цилиндрическими иэ немагнитного материала А, датчик 9 углового положения контейнера 1 с биообьектом выполнен в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ), ротор

13 которого закреплен на валу 2, а статор 14 — на корпусе привода 3 вращения. При этом роторная обмотка СКВТ подключена к источнику переменного напряжения, например 40 В 1000 Гц. Блок 7 управления состоит иэ амплитудных детекторов 15, 16 и усилителей 17, 18, 19, 20, 21 и 22. Усилители

17, 18 и 19 выполнены идентичными, их выходы подключены к магнитным катушкам

10, 11, 12 соответственно, Вход а усилителя

18 подключены к выходу а1 амплитудного детектора 15. Вход б усилителя 19 подключен к выходу 61 амплитудного детектора 16, Вход в усилителя 17 не задействован и может быть использован для независимого управления напряженностью магнитного. поля вдоль гороизонталы ой оси вращения

ОХ1 биообъекта Б. Усилители 20, 21 и 22 выполнены идентичными, их выходы подключены к магнитным катушкам 4, .5 и 6 соответственно. Входы г, д, е усилителей 20, 21 и 22 подключены соответственно к выходам г1, д1 и е1датчика 8 величины напряженности и направления магнитного поля.

Усилители 17, 18, 19, 20, 21 и 22 и датчик 8 величины напряженности и направления магнитного поля подключены к двухполярному источнику 23 постоянного тока, например, 12 В, 2 А. Электродвигатель привода

3 вращения подключен к сети переменного тока, например, 127 В 50 Гц. Выходы синусной и косинусной обмоток xi и з1 статора 14 датчика 9 углового положения подключены к входам ж и э амплитудных детекторов 15 и 16 соответственно.

Работа устройства моделирования биологических условий невесомости осуществляется следующим образом.

До включения устройства измеряют величину напряженности геомагнитного поля в зоне расположения биообъекта Б вдоль осей координат Н», Ну и Н . После включения устройства и подачи питающих напряжений привод 3 вращения начинает вращать контейнер 1 с биообьектом вокруг оси ОХ1 и угловой скоростью си в горизонтальной плоскости. На входы г, д и е усилителей 20, 21 и 22 блока 7 управления поступают данные с датчика 8 величины напряженности и направления магнитного поля о величинах постоянного напряжения 0нх, Ону и UMz npo порциональных величинам напряженности геомагнитного поля Н вдоль осей OX, OY u

02. Пропорционально величинам напряжений UHx, UHy и U«блок 7 управления задает

ТОКИ Ixk, lyk u IZk дЛя ПОдаЧИ В МаГНИтНЫЕ катушки 4, 5, 6 соответственно с таким знаком, чтобы индуцированные или магнитные поля скомпенсировали проекции вектора Н,.

Ну и Hz геомагнитного поля Н. Поскольку ротор 13 СКВТ, подключенный к питающему переменному стабилизированному напряжению, будет вращаться относительно статора 14, закрепленного на корпусе привода

3 вращения, в синусной и косинусной обмотках статора 14 СКВТ будут наведены переменные (с частотой питающего ротор 13 напряжения) напряжения Uy и Uz, амплитуда которых будет изменяться по синусоидальному закону с частотой клиностатирования в . Пропорционально величинам Uy и Uz, поступающим на входы а и б усилителей 18 и

19 блок 7 управления задает дополнительные синусоидальные и косинусоидальные токи! э1псот и I созгдс для.подачи в магнитные катушки 5 и 6 соответственно. Поскольку оси магнитной индукции катушек 5 и 6 взаимно перпендикулярны и лежат в плокости у1 и z>, а колебания задаваемых дополнительных токов сдвинуты по фазе на

90, в зоне вращения биообъекта возникает синхровращающееся с биообьектом искусственное магнитное поле Ни. Величина напряженности этого поля Ни определяется амплитудой колебаний дополнительных токов I sino) t и! созга t. При этом суммарные токи, подаваемые блоком управления на магнитные катушки 4, 5, 6 соответственно, определяются из уравнений

Ix = Ixk, „= 1„к+1 в па т;

Iz = Izk+ cosoJt.

Таким образом, введением в устройство моделирования биологических условий невесомости источника магнитных полей обеспечивает компенсацию в зоне вращения биообъекта геомагнитного поля и создания синхронно— вращающегося с ним искусственного поля, что позволяет устранить сопутствующие клиностатированию магнитобиологические эффекты, что повышает достоверность моделируемых условий.

Формула изобретения

1. Способ моделирования биологических условий невесомости, заключающийся в равномерном, вращении биообъекта вокруг горизонтальной оси, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения достовер1675166 ности моделирования путем исключения воздействия на биообъект магнитобиологических эффектов, предварительно измеряют величину напряженности и определяют направление геомагнитного поля в области размещения биообъекта, затем в данной области создают компенсирующее магнитное поле с величиной напряженности, равной величине напряженности геомагнитного поля, измеренного в месте закрепления биообъекта, и противоположно направленное к нему, после чего создают дополнительное постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси вращения биообъекта с величиной напряженности, равной величине напряженности геомагнитного поля вдоль этой оси, и переменное с частотой, равной частоте вращения биообъекта, синусоидальное и косинусоидальное магнитные поля, направленные вдоль двух пересекающихся взаимно перпендикулярных и перпендикулярных к оси вращения биообъекта осей с величинами напряженности, равными величинам напряженности геомагнитного поля вдоль этих осей.

2. Устройство моделирования биологических условий невесомости, содержащее контейнер с биообъектом, жестко закрепЮ ленным на горизонтальном валу, соединенным с приводом вращения, отличающеес я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования путем исключения воздействия

5 на биообьект магнитобиоломческих эффектов, оно снабжено источником магнитного поля, выполненным в виде трех магнитных катушек с взаимно перпендикулярными пересекающимися в точке закрепления контейнера

10 осями магнитной индукции, и блоком управления источника магнитного поля. вход которого соединен с датчиком величины напряженности и направления магнитного поля, размещенным внутри объема, ограни15 ченного тремя магнитными катушками, и датчиком углового положения контейнера, а выход соединен с магнитными катушками источника магнитного поля.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е20 с я тем, что датчик величины напряженности и направления магнитного поля выполнен в виде размещенных на корпусе трех магнитных катушек с взаимно перпендикулярными пересекающимися в цент25 ре датчика осями магнитной индукции, параллельными осям магнитной индукции магнитных катушек источника магнитного поля, 16751Г)6

1675166

Qua 5

„0i„

4Вг4

7 1J ф

Редактор С. Кулакова

Заказ 2968 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

f3

1Ф

Составитель Т. Медведева

Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик