Назначение
Системы биоэлектронные волоконно-оптические с метрологическим самоконтролем для измерения кардиоритма речных раков БиоАргус (далее - системы БиоАргус, системы) предназначены для измерений частоты сердечных сокращений (ЧСС) речных раков, анализа изменений ЧСС и выдачи сигналов о возможном токсическом загрязнении воды персоналу и программным средствам автоматизированных систем контроля качества воды.
Описание
Система БиоАргус представляет собой многоканальную измерительную систему, состоящую из 6 или 8 идентичных измерительных каналов (ИК), каждый из которых предназначен для измерений ЧСС речного рака, помещенного в индивидуальный аквариум.
Конструктивно система состоит из набора функциональных устройств, объединенных кабелями питания и кабелями передачи сигналов и данных.
Каждый ИК системы включает в себя:
держатель волоконно-оптического зонда; волоконно-оптический зонд (ВОЗ);
лазерный волоконно-оптический преобразователь пульсаций (ЛВОПП);
один из измерительных каналов 16-канального измерительного преобразователя напряжения Е14 фирмы «Л Кард» (регистрационный № 43195-09 в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений) модификации Е14-140 или Е14-140-М (далее - АЦП Е14-140 L-Card, АЦП);
соответствующий программный канал обработки данных программного обеспечения (ПО) VarPulse, установленного на персональном компьютере (ПК).
Принцип действия ИК системы основан на лазерном облучении наружной поверхности речного рака в зоне локализации его сердца с последующей регистрацией потока излучения, рассеянного в обратном направлении. В качестве источника оптического излучения используется полупроводниковый лазер, расположенный в ЛВОПП. От выходного оптического разъема ЛВОПП излучение передается к поверхности рака по излучающему волокну ВОЗ, закрепленному вместе с приемным волокном в наконечнике ВОЗ. Наконечник ВОЗ закреплен винтом в держателе ВОЗ, который фиксируется на панцире рака посредством клея или за счет охвата панциря крепежным элементом в виде полукольца.
При сокращениях (пульсациях) сердца рака происходит изменение оптических свойств сердечной сумки и тканей, находящихся между сердцем и наружной поверхностью рака. Вследствие этого происходит циклическое изменение рассеянного потока излучения. Часть этого рассеянного потока попадает в приемное волокно ВОЗ, по которому поступает на входной оптический разъем, а затем на входной фотодиод ЛВОПП.
В ЛВОПП ток фотодиода усиливается и преобразуется в напряжение, пропорциональное входному оптическому сигналу. Посредством RC-фильтра высокой частоты из электрического сигнала выделяется переменная составляющая, несущая информацию о циклических сокращениях сердца рака.
Напряжение, соответствующее этой переменной составляющей, с выхода ЛВОПП поступает на АЦП, который осуществляет преобразование этого напряжения в цифровой код.
ПО VarPulse осуществляет считывание оцифрованных сигналов с АЦП, обработку полученной информации, визуализацию результатов обработки (значения ЧСС, статистических характеристик и других параметров, связанных с ЧСС, сигналов о возможном токсическом загрязнении воды, сигналов о технической и метрологической исправности системы) и сохранение этих результатов на жестком диске ПК.
Значение ЧСС f (мин-1) определяется по формуле
f = 60 / Тср,
где Тср - среднее арифметическое значение длительности кардиоинтервала (с), рассчитанное по значениям 100 последовательных кардиоинтервалов.
Канал передачи данных между АЦП и ПО выполнен на базе интерфейса USB 2.
Для питания всех ЛВОПП, входящих в систему, используется блок питания AC-DC, преобразующий напряжение сети переменного тока 220 В, 50 Гц в постоянное напряжение 12 В. Питание АЦП осуществляется через тот же порт USB, по которому происходит передача данных на ПК.
Для соединения между собой блока питания и ЛВОПП, ЛВОПП и АЦП, АЦП и порта USB ПК используется комплект кабелей, входящих в состав системы.
Общий вид системы БиоАргус, смонтированной на месте эксплуатации (для варианта с восемью измерительными каналами), приведен на рисунке 1. На полках справа расположены восемь аквариумов с раками, к которым подведены трубы подачи контролируемой воды. Из каждого аквариума выводится ВОЗ, один конец которого закреплен на раке, а второй присоединен к ЛВОПП. Электронные блоки системы (блок питания, ЛВОПП и АЦП) и ПК размещены на стеллаже слева.
Внешний вид электронных блоков системы и ВОЗ с указанием мест пломбировки, нанесения знака утверждения типа, нанесения заводских номеров приведен на рисунках 2 - 8.
Корпус ЛВОПП (рисунки 2 и 3) состоит из двух пластмассовых частей черного цвета -верхней и нижней, образующих в совокупности боковую поверхность корпуса, и двух металлических панелей - передней и задней. Внутри корпуса расположены электронные компоненты. На передней панели расположены светодиоды и органы управления ЛВОПП, а на задней - оптические и электрические разъемы. Маркировка этих элементов нанесена типографским способом на две наклейки желтого цвета, расположенные на передней и задней панели ЛВОПП. ЛВОПП опломбированы двумя наклейками с логотипом ООО «НИЦ «ЭКОКОНТУР» и надписью «Повреждение лишает гарантии», которые наклеиваются на обе боковые поверхности корпуса каждого преобразователя (рисунок 2).
Заводской номер ЛВОПП наносится маркером в предназначенное для него «окно» на задней панели преобразователя (рисунок 3). Номер состоит из 5 цифр (ххххх) без пропусков. Из них две первых цифры соответствуют двум последним цифрам года выпуска, а остальные 3 -порядковый номер преобразователя в ряду произведенных в указанном году. Например, на рисунке 3 № 18061 означает ЛВОПП выпуска 2018 года, зарегистрированный под № 61.
Конструкция блока питания, его пломбирование, способ нанесения заводского номера аналогичны конструкции, пломбированию и способу нанесения заводского номера ЛВОПП (рисунки 4 и 5).
«Окно» для нанесения заводского номера находится на передней панели блока питания. Номер состоит из 6 символов (хх-ххх). Первые два символа номера соответствуют двум последним цифрам года выпуска, последние три - порядковый номер блока питания в ряду произведенных в указанном году. Эти две группы символов разделены знаком "-". Например, на рисунке 5 № 18-002 означает блок питания выпуска 2018 года, зарегистрированный под № 2.
Корпус АЦП Е14-140 L-Card (рисунки 6 и 7) состоит из двух пластмассовых частей серого цвета - верхней и нижней, образующих в совокупности боковую поверхность корпуса, и двух пластмассовых панелей серого цвета - передней и задней. Внутри корпуса расположены электронные компоненты. На передней и задней панели расположены разъемы «ANALOG» и «DIGITAL», на одной из боковых панелей - светодиод «GL» и разъем «USB».
АЦП опломбирован двумя наклейками с логотипом ООО «Л Кард», которые наклеиваются на обе боковые поверхности корпуса АЦП. Знак утверждения типа нанесен на верхнюю крышку преобразователя типографским способом (рисунок 6). Заводской номер АЦП и год его изготовления нанесены типографским способом на наклейке, расположенной на нижней крышке преобразователя (рисунок 7).
Нанесение знака поверки на ЛВОПП, БП и АЦП не предусмотрено.
Внешний вид ВОЗ, основная часть которого скручена в кольцо, и держателя ВОЗ приведен на рисунках 8 и 9. На ВОЗ наклеена этикетка с номером, совпадающим с заводским номером того ЛВОПП, в комплекте с которым ВОЗ проходил приемо-сдаточные испытания или подвергался поверке. На концы зонда, подключаемые к выходному и входному оптическим разъемам ЛВОПП, наклеены этикетки с маркировкой «№ 1» и «№ 2» соответственно (рисунок 8).
Держатель ВОЗ имеет два варианта исполнения. Первый вариант предназначен для непосредственного приклеивания на панцирь рака (на рисунке 9 изображен справа). Этот вариант выполнен в виде квадратной или круглой пластмассовой втулки со сторонами квадрата 7 мм (или диаметром 6 мм) и высотой 7 мм и с внутренним отверстием диаметром 3 мм. Наконечник ВОЗ закрепляется в этом отверстии винтом с резьбой М3.
Второй вариант (на рисунке 9 изображен слева) выполнен в виде пластмассового полукольца, который охватывает панцирь рака и держится на нем за счет пружинных свойств полукольца. Втулка для установки наконечника ВОЗ закрепляется на наружной поверхности полукольца.
Для контроля характеристик оптоэлектронной части ИК системы при производстве, подготовке к использованию и при эксплуатации используются устройство тест-контроля (УТК), светозащитный стакан и фотодиод ФД 263-01, внешний вид которых приведен на рисунке 10.
УТК состоит из фторопластовой пластины-рассеивателя квадратной (20x20 мм) или круглой (диаметр 20 мм) формы, на которой установлена металлическая втулка, аналогичная втулке держателя ВОЗ. Во втулке имеется отверстие, предназначенное для установки в него наконечника ВОЗ, закрепляемого винтом.
Марка фторопласта и толщина пластины-рассеивателя выбраны таким образом, чтобы соотношение потока излучения, попадающего в приемное волокно, и потока излучения, поступающего по излучающему волокну, соответствовало такому же соотношению, характерному для среднестатистического речного рака при установке держателя ВОЗ на его панцире. Таким образом, пластина-рассеиватель УТК выполняет роль имитатора оптических свойств тканей среднестатистического рака в зоне локализации его сердца.
При использовании УТК сигнал в ИК соответствует сигналу при отсутствии сокращений сердца рака, его переменная составляющая в этом случае определяется оптическими и электронными шумами всех элементов, входящих в ИК, что позволяет количественно оценить уровень этих шумов (с использованием ПО PowerGraph) и контролировать этот уровень впоследствии в процессе эксплуатации.
Светозащитный стакан предназначен для защиты УТК с закрепленным в нем наконечником ВОЗ от внешних источников света во время проведения контроля характеристик оптоэлектронной части ИК. Фотодиод ФД 263-01 предназначен для контроля потока лазерного излучения на выходном оптическом разъеме ЛВОПП и коэффициентов пропускания излучающего и приемного волокон ВОЗ. Для проведения этих операций он комплектуется светоизолирующим экраном и съемным оптическим разъемом.
При проведении поверки системы используются держатель образца и устройство имитации пульсаций (УИП) с установленным в нем УТК.
Держатель образца (рисунок 11) используется при проверке спектрального коэффициента направленного пропускания пластины-рассеивателя УТК. Он представляет собой металлический лоток, размещаемый в кюветном отделении спектрофотометра. В лотке имеется отверстие, выполняющее функцию диафрагмы, ограничивающей рабочую часть светового пучка. На наружной поверхности лотка установлена пластина из фторопласта толщиной 3 мм, а на внутренней его поверхности устанавливается пластина-рассеиватель УТК, коэффициент пропускания которой подлежит измерению.
УИП (рисунок 12) используется при определении погрешности измерений ЧСС и при определении отношения сигнал/шум на выходе ЛВОПП.
Составной частью УИП является УТК (поз. 1, 2), закрепленное двумя винтами на вертикальной стойке 3 УИП. Через отверстие в этой стойке во втулку 1 УТК вставляется наконечник ВОЗ до упора в поверхность пластины-рассеивателя 2 УТК. Для создания переменной составляющей потока лазерного излучения, имитирующей сигнал от сердечных сокращений среднестатистического рака, используется фторопластовая пластина-модулятор 4 в виде полудиска, установленная на вращающейся оси 5 УИП. Необходимое для этого расстояние между поверхностями пластин 2 и 4 обеспечивается количеством шайб 6, которое должно быть равно трем.
Для воспроизведения требуемой частоты вращения ось 5 соединяется с одной из ведущих осей тахометрической установки. Вертикальная стойка УИП закреплена на основании 7, которое устанавливается на направляющую тахометрической установки.
Программное обеспечение
В системе БиоАргус используется автономное программное обеспечение (ПО) VarPulse и «PowerGraph», устанавливаемое на персональный компьютер.
ПО VarPulse предназначено для управления АЦП, приема и обработки оцифрованных сигналов, отображения результатов измерений в главном окне программы и их сохранения на жестком диске компьютера. К метрологически значимой части ПО VarPulse относится файл VarPulse9.4.exe.
В ПО VarPulse применен метод метрологического самоконтроля в соответствии с ГОСТ Р 8.734-2011. Сигналы метрологической неисправности ИК системы вырабатываются автоматически на основе анализа изменений статистических характеристик ЧСС речных раков.
ПО «PowerGraph» используется для проведения поверки системы БиоАргус в части определения отношения сигнал/шум и для контроля характеристик оптоэлектронной части ИК системы при производстве, подготовке к использованию и при эксплуатации. К метрологически значимой части ПО «PowerGraph» относится файл PGraphPE.exe.
Уровень защиты ПО системы БиоАргус от непреднамеренных и преднамеренных изменений «средний» в соответствии с Р 50.2.077-2014.
Метрологические характеристики системы нормированы с учетом влияния ПО.
Идентификационные данные метрологически значимой части ПО приведены в таблице 1.
Таблица 1 -Идентификационные данные метрологически значимой части ПО
| Идентификационные данные (признаки) | Значения |
| Идентификационное наименование ПО | «PowerGraph» | VarPulse |
| Файл | PGraphPE.exe | VarPulse9.4.exe |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | v.3.3 | 9.4 |
| Цифровой идентификатор ПО | 950b8e6b9a9af92a30df7 0eafbc28f20 | 28cce18555e45c9bdfe2b42 494e6f072 |
| Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО | MD5 | MD5 |
Технические характеристики
Таблица 2- Метрологические характеристики измерительных каналов системы
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Количество измерительных каналов* | 6 или 8 |
| Диапазон измерений ЧСС, мин-1 | от 10 до 120 |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений ЧСС, мин-1 | ±(0,05-ЧСС + 2) |
| Предел допускаемых значений отношения С/Шско (сигнал/шум)** | не менее 9 |
| Количество циклов сердечных сокращений, используемое для измерений ЧСС | 100 |
| * Согласовывается при заказе в зависимости от количества требуемых измерительных каналов ** Си Шско - размах сигнала (напряжение от пика до пика) и среднее квадратическое отклонение напряжения шума на выходе ЛВОПП соответственно, измеренные при одних и тех же положениях переключателей «Усиление» и «Фильтр» |
Таблица 3- Метрологические характеристики пластины-рассеивателя устройства тест-контроля и пластины-модулятора устройства имитации пульсаций
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Спектральный коэффициент направленного пропускания пластины-рассеивателя устройства тест-контроля на длине волны (840±10) нм, % | 17±3 |
| Толщина пластины-рассеивателя устройства тест-контроля, мм | 4,0±0,3 |
| Толщина пластины-модулятора устройства имитации пульсаций, мм | 4,5±0,3 |
| Расстояние между пластиной-рассеивателем и пластиной-модулятором в устройстве имитации пульсаций, мм | 11,7± 1 |
Таблица 4- Основные технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Максимальное напряжение на выходе ЛВОПП, В | ±10 |
| Диапазон расстояний до объекта измерений (рака), м | от 0,1 до 3 |
| Длина волоконно-оптического зонда, м | 3 |
| Количество оптических волокон в волоконно-оптическом зонде | 2 |
| Диаметры оптических волокон, мкм | 200 |
| Длина волны излучения лазера, нм | 840±10 |
| Разрядность АЦП, бит | 14 |
| Параметры электрического питания: - напряжение переменного тока, В - частота переменного тока, Гц | 220±22 50±0,4 |
| Мощность, потребляемая блоком питания AC-DC (220 В - 12 В) от сети переменного тока, В^А, не более | 30 |
| Габаритные размеры электронных блоков (длина, ширина, высота), мм, не более: ЛВОПП блок питания АЦП Е14-140 | 170x95x48 170x95x48 140x96x 30 |
| Масса электронных блоков, кг, не более: ЛВОПП блок питания АЦП Е14-140 | 0,3 0,3 0,3 |
| Условия эксплуатации электронных блоков системы: - температура окружающего воздуха, оС - относительная влажность воздуха при температуре 25 оС, % - атмосферное давление, кПа | от +10 до +30 до 80 от 84 до 106 |
| Условия эксплуатации частей системы, погружаемых в воду: - температура воды, оС - давление воды, кПа, не более - скорость воды, м/с, не более | от +1 до +35 200 2 |
| Средний срок службы, лет | 5 |
| Средняя наработка до отказа, ч | 19000 |
Знак утверждения типа
наносится типографским способом на титульные листы руководства по эксплуатации и паспорта системы, на титульный лист паспорта АЦП, на верхнюю крышку корпуса АЦП.
Комплектность
Таблица 5 - Комплектность системы БиоАргус
| Наименование | Обозначение | Количество |
| Лазерный волоконно-оптический преобразователь пульсаций (ЛВОПП) | - | N1) |
| Волоконно-оптический зонд | - | N + 1 |
| Держатель волоконно-оптического зонда | - | N + 1 |
| Блок питания AC-DC (220 В - 12 В) | - | 2) |
| АЦП E14-140 L-Card | - | 3) |
| Комплект кабелей для связи блока питания с ЛВОПП, ЛВОПП с АЦП, АЦП с USB-портом ПК | - | 1 |
| Программное обеспечение VarPulse 9.4 | - | 1 |
| Программное обеспечение PowerGraph 3.3 Professional | - | 4) |
| У стройство тест-контроля | - | 1 |
| Светозащитный стакан | - | 1 |
| Фотодиод ФД 263-01 | - | 15) |
| У стройство имитации пульсаций | - | 6) |
| Держатель образца | - | 7) |
| Руководство по эксплуатации | БЭС.416443.005 РЭ | 1 |
| Паспорт | БЭС.416443.005 ПС | 1 |
| Программное обеспечение VarPulse. Руководство оператора | БЭС.416443.005 РО | 1 |
| Программное обеспечение VarPulse. Описание применения | БЭС.416443.005 ОП | 1 |
| Программное обеспечение PowerGraph 3.3 Professional. Описание применения в системе БиоАргус | БЭС.416443.005 ОП1 | 8) |
| Методика поверки | - | 1 |
| ПК с установленной операционной системой Windows XP/Windows Vista/Windows 7/Windows 8/Windows 10 | - | 9) |
| 1) Согласовывается при заказе в зависимости от количества N (6 или 8) требуемых измерительных каналов. |
| 2) Количество поставляемых блоков питания (но не менее 1 шт.) согласовывается при заказе. |
| 3) Количество поставляемых АЦП (но не менее 1 шт.) согласовывается при заказе. Вместо АЦП |
| E14-140 L-Card может быть использован любой другой АЦП, обладающий аналогичными или более высокими метрологическими и техническими характеристиками. |
4) Поставка ПО PowerGraph 3.3 Professional согласовывается при заказе.
5) Фотодиод ФД 263-01 (или его аналог) комплектуется светоизолирующим экраном и съемным оптическим разъемом.
6) Поставка устройства имитации пульсаций согласовывается при заказе.
7) Поставка держателя образца согласовывается при заказе.
8) Количество поставляемых документов «Программное обеспечение PowerGraph 3.3 Professional. Описание применения в системе БиоАргус» должно соответствовать количеству поставляемых комплектов ПО PowerGraph 3.3 Professional.
9) Поставка ПК согласовывается при заказе.
Сведения о методах измерений
приведены в разделе 2 документа БЭС.416443.005 РЭ «Система биоэлектронная волоконнооптическая с метрологическим самоконтролем для измерения кардиоритма речных раков БиоАргус. Руководство по эксплуатации».
Нормативные документы
Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты, утвержденная приказом Росстандарта от 16 февраля 2022 г. № 382;
Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне от Г10'9 до 100 м и длин волн в диапазоне от 0,2 до 50 мкм, утвержденная приказом Росстандарта от 2 февраля 2021 г. № 63;
Государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы, утвержденная приказом Росстандарта от 30 декабря 2019 г. № 3457;
Государственная поверочная схема для средств измерений спектральных, интегральных и редуцированных коэффициентов направленного пропускания, диффузного и зеркального отражений и оптической плотности в диапазоне длин волн от 0,2 до 20,0 мкм, утвержденная приказом Росстандарта от 29 январля 2016 г. № 41;
ГОСТ Р МЭК 61326-1-2014 «Оборудование электрическое для измерения, управления и лабораторного применения. Требования к электромагнитной совместимости. Часть 1. Общие требования»;
ТУ 26.51.12-003-46258551-2018 «Система биоэлектронная волоконно-оптическая с метрологическим самоконтролем для измерения кардиоритма речных раков БиоАргус. Технические условия».
Правообладатель
Общество с ограниченной ответственностью «Научно-инновационный центр «ЭКОКОНТУР» (ООО «НИЦ «ЭКОКОНТУР»)
ИНН 7813374710
Адрес: 197342, г. Санкт-Петербург, ул. Сердобольская, д. 68, лит. Ж.
Телефон: +7 921 323-46-00, +7 921 357-65-07 Факс: (812) 499-64-74 Web-сайт: ecocontour.ru
87218-22: Методика поверкиСкачать18.2 Мб