Министерство образования РФ

Научно-исследовательская

работа

Тема: создание диагностического устройства для регистрации длины шага при произвольной ходьбе.

Выполнили:

Воронин Виталий Сергеевич

11м клаcс шк. №7

Круглов Юрий Павлович

9м класс шк. №7

Научный руководитель:

Абловацкая М. М. учитель, шк.№7

Научный консультант:

кандидат физико-математических наук

доцент кафедры общей и теоретической физики

КГПУ им. В.П. Астафьева

Прокопенко В. С.

Рецензент:

кандидат физико-математических наук,

декан факультета физики и информатики

КГПУ им. В.П. Астафьева

А. Г. Черных.

Красноярск 2007 г.

Оглавление

1. Введение………………………………………………………………………………………....3

2. Рассмотрение известных методов определения длины шага……………………………...…4

3. Блок-схема измерителя длины шага…………………………………………………...………5

4. Теоретические исследования:

   1. Явление электромагнитной индукции…………………………………………...……6

   2. Теоретический расчет распределения магнитного поля в окрестности

короткого соленоида…………………………………………………………………….6

5. Экспериментальные исследования:

   1. Измерение магнитного поля с помощью школьного индикатора индукции И554.

а) Принцип действия………………………………………………………………...…….7

б) Изучение зависимости показаний прибора от расстояния…………………………..8

2. Измерение магнитного поля созданным индикатором длины шага.

а) Выбор оптимальной частоты тока для получения максимального сигнала………..9

б) Изучение зависимости показаний прибора от расстояния,

выбор оптимального относительного расположения катушек…………………….…10

в) Анализ полученных зависимостей, объяснение эффекта “нулевого” сигнала…...12

VI. Перспективы…………………………………………………………………………………..12

VII. Выводы………………………………………………………………………………………..13

Список литературы………………………………………………………………………………..14

I. Введение

Исследование выполнено по заданию красноярского филиала научно-исследовательского института неврологии РАМН.

Актуальность

В нашем развивающемся, бурлящем мире люди получают большие психологические нагрузки, что может привести к развитию некоторых нервных расстройств. При различных неврологических заболеваниях наступает нарушение в структуре ходьбы человека (паркинсонизм, различные парезы и др.). Однако поставить точный диагноз в таких случаях бывает очень трудно, так как болезнь проявляется в малозаметных деталях, например, непостоянство длины шага. Диагностика тяжести заболевания может быть осуществлена, в частности, путем анализа временной и пространственной организации движений. Ясно, что необходим прибор, который может длительное время вести контроль над изменением длины шага. В данной работе показана одна из возможных конструкций такого прибора.

Цель настоящего исследования – создание устройства для регистрации длины шага при произвольной ходьбе. Исследование состояния дел по проблеме показало, что существуют дорогостоящие стационарные установки, позволяющие точно измерять длину шага, но на ограниченном отрезке пути (до 10 м.). Необходимо резко увеличить длину пути при тестировании, причем – в произвольном темпе и на произвольном расстоянии (до 100 м.).

Цель работы: создание диагностического прибора для регистрации длины шага при произвольной ходьбе.

Объект изучения: переменные электромагнитные поля.

Задачи:

1. Рассмотрение действующих приборов для регистрации длины шага в медицинских учреждениях и выбор наиболее совершенного принципа действия.

2. Создание блок-схемы установки для регистрации длины шага, на основе принципа электромагнитной индукции.

3. Построение теоретического распределения магнитного поля в окрестности короткого соленоида.

4. Выбор оптимальных параметров прибора по итогам экспериментальных исследований. Построение зависимости показаний индикатора от расстояния до источника волн.

5. Создание модели диагностического прибора для регистрации длины шага при произвольной ходьбе.

2. Рассмотрение известных методов определения длины шага.

В настоящее время для диагностики по изменению длины шага используются стационарные установки, представляющие собой дорожку длиной не более десяти метров. Дорожка состоит из поперечных металлических полосок, расстояние между которыми два-три сантиметра. Пациент, проходя по дорожке в специальной обуви, на подошве которой находятся металлические контакты, замыкает цепь. Таким образом можно отследить длину шага. Однако такая дорожка сложна в эксплуатации и обслуживании, часто не дает точных результатов, кроме того, дорогостояща. Дорожки имеют в длину не более десяти метров, пациент не успевает войти в свой обычный ритм ходьбы, что осложняет диагностику.

Проблема может быть решена, если увеличить длину дорожки. Однако это в высшей степени нерационально. Значит необходимо использовать другой принцип измерения.

Предложение собственного метода определения длины шага.

Мы выбрали для измерения длины шага принцип электромагнитной индукции, так как электромагнитное поле легко управляемо. Это надежный, мобильный и действующий длительно способ. Наш прибор обеспечивает постоянное точное слежение и запись изменения длины шага. Выбранный нами принцип работы позволил отказаться от сложного стационарного оборудования и в то же время получить большую точность в постановке диагноза за счет практически неограниченного времени сеанса.

Для подтверждения действенности такого подхода была собрана установка из двух школьных трансформаторных катушек, одна из которых была подсоединена к источнику переменного тока, а на другой регистрировался сигнал с помощью миллиамперметра (рис. 1).

Рис.1

Р

Полученная зависимость силы тока от расстояния между катушками говорит о возможности применения данного метода для измерения длины шага.

Рис. 2

2. Блок-схема измерителя длины шага.

Мы представляем новый прибор для измерения длины шага, состоящий из следующих элементов.

Рис.3

ИП – источник питания

1 – передающая катушка

2 – приемная катушка

Часть установки с передающей катушкой крепится на одну ногу, с приемной – на другую ногу. Данные визуализируются на компьютере и обрабатываются непосредственно лечащим врачом. Прибор должен соответствовать следующим критериям: чувствительность на расстоянии до 80см, портативность.