Mendeteksi sinyal listrik dari tanaman

8

Anak saya ingin melakukan percobaan sains yang melibatkan membaca sinyal listrik di pabrik, tetapi biaya multi voltmeter dengan pencatatan data sangat tinggi. Adakah yang bisa menyarankan pengaturan kurang dari $ 100? Mungkin dia tidak perlu set up yang rumit jika dia menguji satu pabrik pada satu waktu? Tetapi saya percaya bahwa laju sampling harus setidaknya 3000 s / detik.

Berikut ini adalah pengaturan untuk percobaan serupa: Multimeter digital PXI-4071 (National Instruments, Austin, TX, USA) yang terhubung dengan elektroda Ag / AgCl reversibel non-polarizable 2 mm yang digunakan untuk merekam data digital. PXI-4071 digital multimeter resolusi tinggi menghasilkan pengukuran tegangan cepat dari 10 nV hingga 1000 V, pengukuran saat ini dari 1 pA ke 3 A dan pengukuran resistansi dari 10 μΩ hingga 5 GΩ. SEBUAH

Pembaruan: Salah satu peneliti di bidang ini menjawab email putri saya dan mengatakan bahwa ia dapat menggunakan DMM KEITHLEY. Apakah itu masih membutuhkan penguat? Satu-satunya yang terjangkau di ebay (model 169, 177, 179) hanya memiliki pembacaan digital, tanpa antarmuka PC. Saya kira dia membutuhkan semacam alat perekam keluaran, seperti osiloskop? Bagaimana dengan Radio Shack MM dengan antarmuka PC dan op-amp (di papan tempat memotong roti?)?

PEMBARUAN: Dia akhirnya menggunakan antarmuka w / PC multimeter digital RS. Perangkat lunaknya mudah digunakan dan data dapat disimpan ke file teks di komputer. Untuk setiap tes, DMM mengambil pembacaan setiap detik selama 100 detik (ada opsi lain juga). MM diatur untuk merekam mA. Saya klorida 30 kawat perak mengukur dengan pemutih untuk elektroda. Itu bekerja dengan baik, tapi mungkin bisa lebih tebal dan tidak terlalu bengkok. DMM memang mengukur reaksi yang kuat dari pabrik ketika ditekan dengan panas tinggi (kawat kuningan melekat pada pena woodburning kuningan) diterapkan selama 5 detik. Tegangan awal tampaknya sangat bervariasi dari hari ke hari (lebih dari 20 hari), tapi saya pikir itu karena elektroda menyentuh daun yang berbeda atau bagian dari daun pada setiap hari. Lain kali, itu harus di tempat yang sama untuk setiap pabrik sepanjang hari.

Catherine Gruber
sumber
Saya pikir untuk menjawab saya perlu lebih dari ini untuk melanjutkan - mungkin Anda memiliki tautan ke situs di mana ia menunjukkan bagaimana hal ini dilakukan.
Andy alias
Ya, ini adalah salah satu artikel yang ditemukan anak saya.
Catherine Gruber
1
Saya perlu membaca beberapa kertas lagi, tapi reaksi pertama saya ke proyek yang menarik ini adalah bahwa sebagian besar low-end komersial / amatir peralatan pengukuran akan memiliki impedansi cara terlalu rendah untuk mengambil sinyal apapun dari tanaman. Pada dasarnya: tindakan mengukur tegangan akan sangat berdampak pada tegangan tersebut. Namun, semua tidak hilang; mudah untuk mendapatkan op-amp dengan arus input 100x lebih rendah dari multimeter Fluke saya, atau 1000x lebih rendah dari multimeter RadioShack.
Nick T
1
Anda harus dapat membuat elektroda Ag / AgCl dengan menempelkan kawat perak dalam pemutih selama sekitar 30 menit, kemudian membilasnya dengan baik.
Scott Seidman

Jawaban:

3

Jika diperlukan 3000 sampel per detik, saya akan menyarankan pencatat data untuk dibangun di beberapa ATMega dengan DAC bawaan dan beberapa saluran analog. Melalui UART, pengaturan ini akan terhubung ke PC sederhana.

Bagian yang sulit adalah membangun amplifier mV yang tepat untuk probe ion. Amplifier ini harus impedansi yang sangat tinggi, dengan gain tinggi dan mungkin dengan input diferensial. Tapi ada opamps murah dan tepat hari ini, jadi itu bukan masalah besar IMHO. Setidaknya $ 100 harus lebih dari cukup.

Saya tidak bisa mengarahkan Anda ke referensi yang tepat untuk bagian analog dari proyek ini, tetapi saya memiliki beberapa memori yang saya lihat serupa di buku hebat "The Art of electronics". Cari di sana untuk beberapa skema.

Johnfound
sumber
"The Art of Electronics" mungkin merujuk pada buku karya Horowitz dan Hill, yang memang merupakan buku yang hebat.
Li-aung Yip
@ Li-aungYip - Ya Horowitz dan Hill. Saya pikir semua orang tahu penulis. :)
johnfound
3

Saya akan menggunakan beberapa solusi DAQ murah seperti http://labjack.com/u3 atau http://www.mccdaq.com/usb-data-acquisition/USB-1208FS-LS-1408FS-Series.aspx (haven tidak digunakan, tetapi keduanya terlihat OK - ini adalah hal-hal sederhana) atau paket perangkat keras / perangkat lunak osiloskop usb.

Anda akan memerlukan preamplifier untuk elektroda Ag / AgCl, yang dapat dibangun dengan amplifier instrumentasi seperti AD623, seluruh rangkaian mungkin sekitar $ 20.

Sebagai alternatif, http://www.backyardbrains.com memiliki banyak kit kecil dengan gain amp yang cukup tinggi untuk biopotensi, dan beberapa di antaranya mungkin dapat disesuaikan untuk keperluan Anda.

3KHz memang terdengar tinggi.

Jika Anda bisa sedikit lebih tepat tentang respons apa yang ingin ia ukur, saya mungkin bisa sedikit lebih membantu. Dorong dia untuk membangun eksperimen untuk mengatasi hipotesis yang bisa dia jawab.

Scott Seidman
sumber
Dia ingin dapat mendeteksi respons listrik di pabrik di bawah tekanan akut, seperti aplikasi panas pada daun. Ini akan dilakukan setiap hari ke pabrik. Beberapa tanaman akan mengalami cahaya biru pada saat yang sama (kontrol: hanya cahaya, hanya panas, dll.). Biji dari tanaman ini akan dipanen dan ditanam. Generasi 2 akan diuji dengan cahaya biru (tanpa panas) untuk melihat apakah mereka memiliki respons Generasi 1 terhadap panas. Jadi, dia tidak membutuhkan pengukuran kuantitatif sinyal, tetapi ya / tidak, saya pikir. (Pembelajaran epigenetik ini bukan melalui perubahan gen, tetapi ekspresi.)
Catherine Gruber
1
Kedengarannya bisa dilakukan. Saya sarankan mencoba untuk melacak artikel: Fromm dan Lautner, sinyal listrik dan signifikansi fisiologis mereka di pabrik Plant, Cell & Environment, Volume 30, Edisi 3. Anda tidak perlu mengambil sampel lebih cepat dari sekitar 100 Hz.
Scott Seidman
1

Sebuah DSO-nano atau osiloskop serupa mungkin lebih baik untuk uang, itu akan memungkinkan melihat bentuk gelombang (ruang lingkup CRT tua yang murah untuk $ 20 ditambah kamera digital adalah metode lain).

TBH Saya tidak tahu bahwa tanaman mengeluarkan sinyal listrik, Anda mungkin akan kesulitan membuktikannya sebagai tanaman dan bukan hanya menyimpang EMC dan tanaman bertindak sebagai antena.

John U
sumber
Terima kasih, kami berencana membangun kandang Faraday di sekitar pabrik untuk memblokir sinyal lainnya.
Catherine Gruber
1
@Catherine Gruber Perlu diingat bahwa alat uji akan memancarkan juga. Hal lain yang sangat penting adalah peralatan uji akan mengambil radiasi sendiri! Cobalah untuk membuat pengaturan di mana Anda entah bagaimana bisa menjaga semuanya utuh dan lepaskan saja instalasi, sehingga Anda bisa mendapatkan nilai dasar untuk pickup radiasi liar.
AndrejaKo
2
Mungkin layak menggunakan model "referensi", misalnya tanaman mati atau tongkat lembab dalam panci atau sesuatu, hanya untuk mengkonfirmasi bahwa apa yang Anda ukur hanya ada di tanaman hidup.
John U
1

Saya merasa sangat sulit untuk percaya bahwa diperlukan 3000 sampel per detik. Proses sel manusia berada pada urutan 10 hingga 100 dari Hz dan kami bergerak jauh lebih cepat dan memiliki kemampuan pemrosesan / respons yang sedikit lebih banyak daripada yang dilakukan tanaman. Saya akan terkejut jika Anda membutuhkan sesuatu yang lebih cepat daripada beberapa Hz. Sebagai uji kasus, saya percaya bahwa perangkap lalat venus adalah salah satu tanaman yang bergerak paling cepat dan mereka bergerak perlahan (ya ada polong biji yang meletus pada Km / Jam tetapi itu adalah energi yang disimpan).

Ada alasan mengapa eqt ini mahal, mendeteksi sinyal kecil sangat sulit dilakukan. Ada penguat Instrumentasi tingkat elektrometer yang tersedia tetapi bahkan menggunakan perangkat ini sangat rumit karena arus bocor di permukaan material yang digunakan dapat menyebabkan sinyal penting. Meningkatkan bandwidth / kecepatan yang lebih rendah akan menjadi kunci untuk mengurangi kebisingan di sirkuit apa pun yang Anda hasilkan.

Ironisnya, cara paling murah merakit sirkuit ini adalah yang terbaik (yaitu dead bugging) karena Anda tidak ingin membangun ini di atas papan perf, atau papan proto, arus bocor akan terlalu tinggi.

Mungkin ada amplifier Instrumentasi yang kelas elektrometer juga. Saya akan mencatat bahwa banyak perangkat di www.analog.com yang merupakan perangkat "masuk" sekarang sudah usang. Juga perhatikan bahwa banyak produsen akan mencicipi perangkat gratis, terutama untuk anak-anak dan proyek sains ...

Sekarang ini hanya akan membawa Anda ke sinyal buffered dan diperkuat yang kemudian perlu Anda masukkan ke dalam domain digital, tetapi saya perhatikan bahwa orang lain telah memberi Anda petunjuk.

placeholder
sumber
Ya, saya tidak yakin bahwa kami memerlukan 3000 s / dtk untuk percobaan ini. Saya menduga bahwa beberapa indikasi sinyal / tidak ada sinyal akan cukup. Dalam penelitian yang kami lihat, mereka mengukur sinyal, bukan hanya apakah ada atau tidak.
Catherine Gruber
Dalam makalah yang dia tautkan (PDF, 555 kB), ada beberapa sinyal dengan waktu naik <1 ms
Nick T
Sekadar informasi, proses sel bisa lebih cepat dari 100-an Hz. Potensi aksi saraf mulai dari 1KHz dan memiliki informasi hingga 10KHz. Otot (EMG tanpa filter) naik hingga sekitar 2KHz
Scott Seidman
@ScottSeidman memberikan skala jarak yang lebih kecil (ukuran sel) yang masuk akal.
placeholder
0

Anda memerlukan setidaknya 10 gigaohms impedansi - yaitu lebih tinggi dari impedansi pabrik - instrumen texas melakukan opamp yang baik untuk sekitar 5 dolar untuk tujuan ini - jika tidak saat ini akan lebih mudah untuk memasukkan peralatan pengukuran Anda daripada melanjutkan jalurnya melalui pabrik . . 100 sampel per detik bahkan cukup - jika Anda pikir potensi aksi berlangsung mungkin 30 ms. Baca bagian kedua dari makalah ini - panduan seniman untuk menanam elektrofisiologi http://plasticites-sciences-arts.org/PLASTIR/Leudar%20P34.pdf - dan beri tahu kami bagaimana kelanjutannya!

Augustine Leudar
sumber