Rileva i segnali elettrici dalle piante

Mia figlia vuole fare un esperimento sulla fiera della scienza che prevede la lettura dei segnali elettrici negli impianti, ma il costo di un multi voltmetro con registrazione dei dati è molto alto. Qualcuno può suggerire una configurazione per meno di $ 100? Forse non ha bisogno di un impianto così complicato se prova una pianta alla volta? Ma credo che la frequenza di campionamento debba essere di almeno 3000 s / sec.

Ecco una configurazione per un esperimento simile: per registrare i dati digitali è stato utilizzato un multimetro digitale PXI-4071 (National Instruments, Austin, TX, USA) collegato a elettrodi Ag / AgCl reversibili non polarizzabili di spessore 0,2 mm. Il multimetro digitale ad alta risoluzione PXI-4071 fornisce misurazioni di tensione veloci da 10 nV a 1000 V, misurazioni di corrente da 1 pA a 3 A e misure di resistenza da 10 µΩ a 5 GΩ. UN

Aggiornamento: Uno dei ricercatori in questo campo ha risposto all'e-mail di mia figlia e ha detto che poteva usare un DMM KEITHLEY. Ciò richiederebbe ancora un amplificatore? Gli unici abbordabili su ebay (modelli 169, 177, 179) hanno solo una lettura digitale, nessuna interfaccia per PC. Immagino che abbia bisogno di una sorta di dispositivo di registrazione in uscita, come un oscilloscopio? Che dire di un Radio Shack MM con interfaccia PC e amplificatore operazionale (su una breadboard?)?

AGGIORNAMENTO: Ha finito per usare un multimetro digitale RS con interfaccia PC. Il software era facile da usare e i dati potevano essere salvati in file di testo sul computer. Per ogni test, il DMM ha preso una lettura ogni secondo per 100 secondi (ci sono anche altre opzioni). MM è stato impostato per registrare mA. Ho clorurato fili d'argento calibro 30 con candeggina per gli elettrodi. Funzionavano bene, ma forse avrebbero potuto essere più spessi e non piegati tanto. Il DMM ha misurato una forte reazione della pianta quando è stata sottoposta a forte calore (filo di ottone attaccato alla penna a legna in ottone) applicato per 5 secondi. La tensione di base sembrava variare molto di giorno in giorno (oltre 20 giorni), ma sto pensando che l'elettrodo toccava una foglia diversa o parte di una foglia ogni giorno. La prossima volta, dovrebbe essere nello stesso posto per ogni pianta per tutti i giorni.

Se sono necessari 3000 campioni al secondo, suggerirei che il datalogger sia costruito su alcuni ATMega con DAC incorporato e diversi canali analogici. Tramite UART questa impostazione sarà connessa a un semplice PC.

La parte difficile è costruire l'amplificatore preciso mV per le sonde ioniche. Questo amplificatore deve avere un'impedenza molto elevata, con un guadagno elevato e probabilmente con un ingresso differenziale. Ma ci sono opamps economici e precisi in questi giorni, quindi non è un grosso problema IMHO. Almeno $ 100 dovrebbero essere più che sufficienti.

Non posso indicarti il ​​riferimento esatto per questa parte analogica del progetto, ma ho un po 'di memoria che ho visto qualcosa di simile nel grande libro "L'arte dell'elettronica". Cerca lì per alcuni schemi.

Andrei con qualche soluzione DAQ a basso costo come http://labjack.com/u3 o http://www.mccdaq.com/usb-data-acquisition/USB-1208FS-LS-1408FS-Series.aspx (haven neanche usato, ma entrambi sembrano OK - questa è roba semplice) o qualsiasi pacchetto hardware / software dell'oscilloscopio USB.

Avrai bisogno di un preamplificatore per gli elettrodi Ag / AgCl, che può essere costruito con un amplificatore di strumentazione come l'AD623, l'intero circuito probabilmente circa $ 20.

In alternativa, http://www.backyardbrains.com ha un sacco di piccoli kit con amplificatori di guadagno abbastanza alti per i biopotenziali, e alcuni di questi potrebbero essere adattabili ai tuoi scopi.

3KHz suona alto.

Se potessi essere un po 'più preciso su quali risposte vorrebbe misurare, potrei essere un po' più utile. Incoraggiatela a costruire l'esperimento per rispondere a un'ipotesi a cui può rispondere.

Un oscilloscopio DSO-nano o simile potrebbe essere migliore per i soldi, consentirebbe la visualizzazione di forme d'onda (un altro vecchio ambito CRT economico per $ 20 più una fotocamera digitale è un altro metodo).

TBH Non sapevo che le piante emettessero segnali elettrici, probabilmente avrai difficoltà a provare che è la pianta e non solo la perdita di energia elettromagnetica e la pianta che agisce come un'antenna.

Trovo molto difficile credere che siano necessari 3000 campioni al secondo. I processi delle cellule umane sono dell'ordine di 10 a 100 di Hz e ci muoviamo molto più velocemente e abbiamo un po 'più capacità di elaborazione / risposta rispetto alle piante. Sarei sorpreso se avessi bisogno di qualcosa di più veloce di qualche Hz. Come caso di prova, credo che una trappola per mosche venus sia una delle piante che si muovono più velocemente e si muovono lentamente (sì, ci sono baccelli che scoppiano a Km / H ma che sono energia immagazzinata).

C'è una ragione per cui questo eqt è costoso, è molto difficile rilevare piccoli segnali. Esistono amplificatori per strumentazione di grado elettrometrico disponibili ma anche l'utilizzo di questi dispositivi è molto complicato in quanto le correnti di dispersione attraverso la superficie del materiale utilizzato possono causare segnali notevoli. La riduzione della larghezza di banda / velocità sarà la chiave per ridurre il rumore in qualsiasi circuito che si presenta.

Ironia della sorte, il modo meno costoso di assemblare questo circuito sarà il migliore (cioè il dead bugging) in quanto non vorrai costruirlo su una scheda perf, o proto board, le correnti di dispersione saranno troppo alte.

Probabilmente ci sono anche amplificatori di strumentazione di grado elettrometrico. Noterò che molti dei dispositivi su www.analog.com che erano i dispositivi "vai a" ora sono obsoleti. Inoltre, molti produttori campioneranno i dispositivi gratuitamente, specialmente per bambini e progetti scientifici ...

Ora questo ti porta solo a un segnale amplificato e bufferizzato che devi quindi inserire nel dominio digitale, ma noto che altri ti hanno già dato dei contatti.

Hai bisogno di un'impedenza di almeno 10 gigaohms - cioè maggiore dell'impedenza dell'impianto - gli strumenti texas fanno un buon opamp per circa 5 dollari a questo scopo - altrimenti la corrente troverà più facile entrare nell'apparecchiatura di misurazione piuttosto che continuare il suo percorso attraverso l'impianto . . 100 campioni al secondo sono anche sufficienti - se pensi che un potenziale d'azione duri forse 30 ms. Leggi la seconda parte di questo documento - una guida agli artisti per l'elettrofisiologia delle piante http://plasticites-sciences-arts.org/PLASTIR/Leudar%20P34.pdf - e facci sapere come va!