Биотехническая система управления концентрацией легких отрицательных аэроионов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат технических наук Лепихов, Павел Владимирович

• Лепихов, Павел Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лепихов, Павел Владимирович

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ БИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЛЕГКИХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ АЭРОИОНОВ.

1.1. Использование управления параметрами воздушной среды в практике современной гигиены и профилактической медицины.

1.2. Аэроионы.

1.2.1. Образование аэроионов.

1.2.2. Классификация аэроионов и основные характеристики ионизированной воздушной среды.

1.3. Медико-биологическое значение легких отрицательных аэроионов.

1.3.1. Гигиеническое значение ионизации воздушной среды.

1.3.2. Клиническое применение легких отрицательных аэроионов.

1.3.3. Развитие представлений о механизмах биологического действия легких отрицательных аэроионов.

1.4. Классификация, анализ характеристик и перспективы развития современной аппаратуры медицинского и гигиенического назначения для искусственной ионизации воздуха.

1.5. Анализ биотехнических аспектов осуществления управляемого аэроионного воздействия на биологический объект.

1.5.1. Проблема транспорта аэроионов из зоны образования в зону воздействия на биологический объект.

1.5.2. Анализ факторов, воздействующих на биологический объект при работе средств искусственной ионизации воздуха. Формирование требований к техническим элементам системы.

3 Стр. 1.5.3. Обоснование необходимости оперативного измерения концентрации ЛОАИ и поддержания заданного уровня ионизации воздуха. Определение структуры биотехнической системы.

1.6. Существующие методы измерения концентрации аэроионов.

1.6.1. Аспирационные методы.

1.6.2. Методы открытого коллектора.

1.7. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛОАИ ПРИ УПРАВЛЯЕМОМ АЭРОИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА БИООБЪЕКТ.

2.1. Теоретические основы определения концентрации ЛОАИ по комплексной электрической проводимости воздушной среды в зоне воздействия на биообъект.

2.2. Анализ источников погрешности измерения концентрации ЛОАИ.

2.3. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛОАИ.

3.1. Постановка задачи синтеза первичного измерительного преобразователя.

3.2. Математическая модель электростатического поля, формируемого в дрейфовом пространстве первичного измерительного преобразователя.

3.3. Оптимизация геометрических параметров первичного измерительного преобразователя.

3.4. Исследование взаимного влияния ПИП и внешних объектов.

3.4.1. Исследование уровня электромагнитных полей, формируемых в ПИП и воздействующих на биологический объект.

3.4.2. Исследование влияния внешних объектов на точность и чувствительность измерения концентрации ЛОАИ.

3.5. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФОРМИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ

ИОНИЗАЦИИ ВОЗДУХА.

4.1. Разработка ионизирующей системы.

4.1.1. Выбор метода управления концентрацией ЛОАИ.

4.1.2. Разработка аппаратно-программных средств ионизирующей системы.

4.2. Разработка системы измерения концентрации ЛОАИ.

4.2.1. Анализ возможных схемотехнических решений для определения комплексной электрической проводимости воздушной среды.

4.2.2. Разработка аппаратных средств системы измерения.

4.2.3. Разработка алгоритма измерения концентрации

ЛОАИ.

4.2.4. Оценка относительной погрешности измерения

ЛОАИ разработанными средствами.

4.2.5. Апробация системы измерения концентрации ЛОАИ.

4.3. Разработка и исследование средств автоматического управления уровнем ионизации воздуха.

4.3.1. Экспериментальная установка.

4.3.2. Экспериментальное исследование эволюции уровня искусственной ионизации воздуха.

4.3.3. Идентификация модели системы ионизатор - воздушная среда». Передаточная функция воздушной среды.

4.3.4. Синтез алгоритма автоматического регулирования концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на биообъект.

4.4. Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ

АПРОБАЦИЯ БИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЛЕГКИХ

ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ АЭРОИОНОВ.

5.1. Контролируемое аэроионное воздействие на группы мушек Drosophila melanogaster.

5.1.1. Постановка задачи. Разработка экспозиционных камер.

5.1.2. Медико-биологические исследования воздействия различных уровней ионизации воздуха на Drosophila melanogaster.

5.2. Управляемое ЛОАИ-воздействие на человека.

5.2.1. Оптимизация расположения первичного измерительного преобразователя системы измерения концентрации ЛОАИ.

5.2.2. Оценка эффективности алгоритмов регулирования концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на человека.

5.3. Выводы к главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биотехническая система управления концентрацией легких отрицательных аэроионов»

Основными задачами медицины труда, сформулированными в рамках современных международных и национальных концепций охраны и укрепления «здоровья здоровых» людей, являются разработка и совершенствование новых профилактических технологий, призванных обеспечивать гигиеническую безопасность, оказывать корректирующее влияние на функциональное состояние организма работающих и уменьшать негативные медико-социальные последствия психоэмоционального стресса на работе. По данным НИИ Нормальной Физиологии (Судаков, 2002 - [80]) до 80% работающих на современных производствах имеют патологические изменения различной выраженности. Согласно проведенным к настоящему времени исследованиям, решение поставленных задач невозможно без учета биологических эффектов одного из важнейших факторов окружающей среды -степени ионизации воздуха, определяемой содержанием аэроионов. Важная биологическая роль прежде всего легких отрицательных аэроионов (ЛОАИ) доказана в работах целого ряда авторов (Васильев, 1953 [9]; Krueger, 1968 [136]; Чижевский, 1957 [94]; Минх, 1963 [48]; Sulman, 1980 [161]; Fornof et al., 1988 [122]; Ливанова и др. 1993 [169]; Скипетров, 1995 [75]; Watanabe et al., 1997 [152]; Terman et al., 1998 [166]; Ryushi et al., 1998 [157]; Дмитриева и др., 1999 [61]; Гольдштейн, 2000 [16], 2002 [14]; Nakane et al., 2002 [118]; Кондрашова и др., 2000 [168], 2004 [112], 2006 [167] и др.)

Искусственная аэроионизация широко применяется как в клинике, где метод наиболее эффективен при комплексном лечении и профилактике заболеваний, сопровождающихся неспецифической активацией симпато-адреналовой системы (Зайцева, 1996 [23]; Ставровская, 1997 [77]; Гилинская, 2003 [12] и др.), так и в санитарно-эпидемиологических целях для нормализации свойств воздушной среды (Минх, 1963 [48]; Губернский, 2002 [29]; Гуськов, 2005 [19] и др.).

Согласно современным концепциям, ЛОАИ оказывают неспецифическое адаптогенное влияние, проявляющееся в повышении устойчивости организма к действию различных эндо- и экзогенных факторов. Адаптогенное действие реализуется на физико-химическом, биохимическом и физиологическом уровнях и индуцируется процессами химического взаимодействия входящих в состав ЛОАИ активных форм кислорода с сенсорными нейрорецепторами кожи и слизистой оболочки носовой полости (Гольдштейн, 2002 [14]).

Накопленные данные позволяют утверждать, что эффект, производимый аэроионами на организм, определяется уровнем воздействия, зависящим от концентрации ЛОАИ. Известные методики ЛОАИ-воздействия используют счетные концентрации в диапазоне от 103 до 106 ион/см3 (Скипетров, 1995 [75], Terman et al., 1998 [166]; Nakane et al., 2002 [118]; Губернский и др., 2005 [29] и др.) при требуемой точности определения не хуже 40-50%.

Установлено наличие выраженной неоднозначности индивидуального восприятия аэроионного потока и необходимости дифференцированного подхода к назначению параметров ЛОАИ-воздействия (Зайцева, 1996 [24, 25]; Кондрашова, 2000 [168]; Червинская, 2001 [85]). Более того, проведенная оценка мутагенных эффектов ЛОАИ (Губернский, Ингель, 2005 [28]) показала потенциальную небезопасность повышенных концентраций ЛОАИ.

Существующая аппаратура для искусственной аэроионизации не обеспечивает реализации функции управления параметрами воздействия, под которой подразумевается не просто насыщение воздуха аэроионами, но и осуществление непрерывного контроля, поддержания, и, возможно, изменения по определенному закону концентрации ЛОАИ. Сложившаяся ситуация сдерживает распространение профилактических технологий, использующих аэроионизацию, т.к. в настоящее время принципиально отсутствует возможность разработки воспроизводимых методик, и делает их применение неэффективным и потенциально небезопасным.

Цель диссертации: разработка методических и технических средств для управления концентрацией легких отрицательных аэроионов.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка метода измерения концентрации ЛОАИ при управляемом аэроионном воздействии на биообъект.

2. Разработка первичного измерительного преобразователя концентрации легких отрицательных аэроионов.

3. Разработка и исследование аппаратных и программно-алгоритмических средств измерения концентрации ЛОАИ.

4. Разработка и исследование программно-алгоритмических средств автоматического управления уровнем ионизации воздуха.

5. Проведение медико- биологических исследований управляемого аэроионного воздействия на биологический объект.

Научная новизна. В процессе решения поставленных задач получены следующие новые научные результаты.

1. Для определения концентрации ЛОАИ в условиях управляемого аэроионного воздействия впервые использованы оценки комплексной электрической проводимости объема воздуха в зоне измерения.

2. Разработана методика проектирования первичного измерительного преобразователя концентрации ЛОАИ, позволяющая оптимизировать его геометрию по критерию максимальной чувствительности при ограничениях, определяемых заданными значениями соотношения «полезный сигнал/помеха» и составляющих инструментальной погрешности, обусловленных процессами в дрейфовом пространстве измерительной камеры.

3. Разработан помехозащищенный алгоритм измерения концентрации ЛОАИ, обеспечивающий вычисление значений малых переменных ионных токов, переменных токов смещения, индуцированных тестовым сигналом модулирующего напряжения и осуществляющий адаптивное сокращение времени измерения при увеличении концентрации для минимизации погрешности, обусловленной электростатическим рассеиванием.

4. Исследованы динамические характеристики замкнутой биотехнической системы управления концентрацией ЛОАИ, обоснован вид передаточной функции ионизированной воздушной среды и получены количественные оценки ее параметров.

Практическая ценность.

1. Разработан комплекс аппаратных и программно-алгоритмических средств управления уровнем ионизации воздуха для обеспечения гигиенических норм концентрации ЛОАИ (по СанПиН 2.2.4.1294-03) на рабочих местах и повышения работоспособности военных специалистов дежурных смен пуска, работающих в условиях закрытых помещений частей РВСН.

2. Разработанный метод измерения концентрации ЛОАИ, в отличие от традиционных аспирационных счетчиков ЛОАИ, позволяет максимально совместить зоны измерения и воздействия и корректно учесть влияние внешних и электрических полей и конвективных потоков, что в 2-3 раза повышает точность измерений в условиях ЛОАИ-воздействия на человека.

3. Реализованный при создании модульный принцип позволяет основные элементы системы (аэроионизатор и измеритель концентрации ЛОАИ) использовать независимо друг от друга, а наличие у каждого устройства открытого аппаратного и программного интерфейса интегрировать их в сложные распределенные системы управления микроклиматом.

4. Результаты диссертации внедрены в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, НИЦ «Обитаемости и медико-психологического сопровождения» В/Ч 25840 и учебный процесс факультета «Биомедицинская техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы проведена на базе НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, НИЦ «Обитаемости и медико-психологического сопровождения» В/Ч 25840 и научном семинаре факультета БМТ МГТУ им. Н.Э. Баумана, научно-учебного комплекса «Радиоэлектроника, лазерная и медицинская техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Российских научно-технических конференциях «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Россия, Геленджик 1999, 2000), 3-й, 4-й, 5-й, 6-й и 7-й научно-технических конференциях «Медико-технические технологии на страже здоровья» МЕДГЕХ-2001, 2002, 2003, 2004, 2005 (Турция-Анталия, 2001, 2002 г., Египет -Шарм Эль Шейх, 2003 г., Греция - Ираклион, 2004 г., Греция - Салоники, 2005 г.), Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2001» (Москва, 2001), 8-ой Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений» (Москва, 2002), LVIII научной сессии, посвященной дню Радио (Москва, 2003), 5-й международной конференции «Радиоэлектроника в медицине» (Москва, 2003), объединенном научном семинаре факультета «Биомедицинская техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы из 174 наименований. Основное содержание работы изложено на 169 страницах, содержит 44 рисунка, 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Приборы, системы и изделия медицинского назначения», Лепихов, Павел Владимирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании анализа современного состояния проблемы показана актуальность и практическая значимость разработки биотехнической системы управления концентрацией ЛОАИ. Установлена необходимость оперативного контроля и управления уровнем искусственной ионизации воздуха для обеспечения безопасности и повышения эффективности воздействия.

2. Для обеспечения оперативного контроля уровня аэроионного воздействия предложен метод измерения концентрации ЛОАИ, который позволяет учесть влияние локальных условий движения ЛОАИ в зоне измерения, поля ионизатора, а также процессов конвекции и диффузии. Разработаны теоретические основы метода и выявлены основные группы источников погрешности измерения.

3. Разработана методика проектирования первичного измерительного преобразователя концентрации ЛОАИ, позволяющая оптимизировать геометрию по критерию максимальной чувствительности. Выявлены основные группы ограничений, определяющих пределы изменений геометрических параметров ПИП. На основании решения оптимизационной задачи установлены соотношения, связывающие ограничения с достижимыми значениями чувствительности и соответствующими им оптимальными значениями параметров ПИП.

4. Предложено, реализовано и исследовано аппаратное и программно-алгоритмическое обеспечение технических элементов БТС. Разработана четырех фазная процедура измерения концентрации ЛОАИ. Полученное максимальное значение относительной погрешности измерения составило 30 % для пределов измерения от 104 до 10б ион/см3 и 50 % для пределов измерения от 103 до 104 ион/см3 и свыше 10б ион/см3. При этом время измерения не превышает 0,5 сек.

5. Разработан алгоритм поддержания требуемого уровня ионизации воздуха. Алгоритм включает в себя процедуры поиска рабочей точки, идентификации параметров передаточной функции ионизированной воздушной среды, синтез настроек ПИ-регулятора и непосредственно управление концентрацией ЛОАИ в полученной замкнутой системе. Показана эффективность предложенного алгоритма при задаваемых концентрациях

3 6 3

ЛОАИ от 10 до 10 ион/см и случайных внешних воздействиях в виде изменения конвективных потоков и условий формирования электростатического поля.

6. Разработанные аппаратные и программно-алгоритмические средства были апробированы при создании экспозиционных камер, предназначенных для исследования генотоксического действия аэроионов в тесте на индукцию доминантных летальных мутаций в половых клетках Drosophila melanogaster. Проведенные медико-биологические исследования показали отсутствие негативных эффектов аэроионизации воздуха в широком интервале уровней воздействия ЛОАИ (от 5-104 до 106 ион/см3 в течение 72 часов). Кроме того, для исследованного интервала установлена прямая зависимость между уровнем ионизации воздуха и фертильностью Drosophila melanogaster.

7. Установлено, что при ЛОАИ-воздействии на человека включение алгоритмов автоматического регулирования концентрации ЛОАИ приводит к значительному увеличению стабильности уровня ионизации воздуха во время сеанса. Экспериментально полученное сокращение СКО и вариационного размаха концентрации ЛОАИ для 20-минутных сеансов достигало 4,7 и 5,9 раз соответственно. Таким образом, использование разработанной системы позволит существенно повысить воспроизводимость методик ЛОАИ-воздействия.

156

выключение вентилято эа 1

31слючение нтилятора 2

0,5 25,5 50,5 75,5 100,5 125,5 150,5 175,5 200,5 225,5 время, с а) вентилятор 1 -*- вентилятор 2 объемный расход вентилятора, л/с б)

Рис. 4.15.

Изменение концентрации ЛОАИ в зоне воздействия, вызванное изменением конвективных потоков

433. Идентификация модели системы «ионизатор - воздушная среда». Передаточная функция воздушной среды

Для решения задачи синтеза алгоритма регулирования была рассмотрена модель динамической системы «ионизатор-воздушная среда» (рис. 4.16).

Целью создания такой модели являлась формализация локальных особенностей процессов образования и транспорта ионов. Построение модели объекта управления по данным «вход-выход», полученным в условиях функционирования объекта является общепринятым подходом [ 41, 74, 78, 84, 86]. Это связано с тем, что для сложных объектов априорная информация о закономерностях их функционирования неполная или даже отсутствует совсем, и создание системы управления в этом случае связано с рядом теоретических и практических трудностей. Поэтому возникает необходимость изучения объекта, получение его математического описания по данным вход-выход, т.е. идентификации.

В рассматриваемой системе в соответствии с выбранным методом управления (п. 4.1) входом (сигналом управления) u{t) является напряжение ионизации. Выходом системы является концентрация ЛОАИ n{t) в зоне воздействия на биологический объект. Следует отметить, что практически доступным является не реальное значение n{t), а некое z(t) = n(t) + e(t), где e{t) - действующий на выходе системы неизмеряемый шум.

Рис. 4.16. Структура динамической системы «ионизатор-воздушная среда»

Потенциально рассматриваемая система является нелинейной и нестационарной.

Как уже было сказано выше (п.4.1.1) теоретические оценки свидетельствуют о том, что зависимость установившегося значения концентрации ЛОАИ от напряжения ионизации является монотонно-возрастающей и близкой к линейной для широкого диапазона изменений напряжений (формулы 4.1-4.2). Поэтому для выбранного метода управления концентрацией ЛОАИ при малом изменении напряжения относительно рабочей точки принято допущение о линейности модели. В то же время, как будет показано ниже, при больших изменениях напряжения условия линейности выполняются не для всех коэффициентов модели динамической системы.

Для учета нестационарности применен подход, описанный в работе [79]. Сущность рассмотренного в работе подхода заключается в том, что выбирается временной интервал, на котором принимается предположение о том, что идентифицируемый объект не изменяет свои динамические свойства, и осуществляется идентификация объекта по стационарной модели. При появлении признаков несоответствия модели реальным параметрам системы осуществляется переход к следующему временному интервалу, и вычисляются оценки для стационарной на данном интервале модели. Конкретизация критериев выбора временных интервалов и адекватности модели представлены ниже в данном параграфе.

Идентификация линейных одномерных динамических систем предусматривает четыре основных этапа [74, 79, 84]: определение порядка модели, оценивание значений неизвестных коэффициентов, статистический анализ результатов идентификации и переход к требуемому виду модели.

Представление математической модели может быть в виде дифференциального уравнения, уравнения пространства состояний или передаточной функции. В зависимости от типа используемых данных представление является непрерывным или дискретным. Между представлениями возможны взаимные преобразования. В проведенных исследованиях при реализации процедуры идентификации использовано дискретное представление в виде дифференциального (разностного) уравнения. Для анализа осуществлялось преобразование к передаточной функции.

В общем виде математическая модель (в форме разностного уравнения) может быть записана как

ТЩ) = ЪТЩ-с1), (4Л°) где 2? = (до,а\,.ап)\ЪТ = {b\,.bn);пТ(k-d) = (<п(к),п{к-1),.,п{к-т))\ и (к) = (и(к- l-d),.,u(k-m-d)),aQ,a\,.am,b\,.bm - коэффициенты модели; т- порядок модели; п(к)- значение концентрации ЛОАИ в момент времени kAt\

At- интервал дискретизации системы по времени; и{к) - значение сигнала управления в момент времени kAt\ d- задержка в интервалах дискретизации управляющего воздействия, вызванная запаздыванием.

Величина задержки d, связанная с конечным временем переноса ЛОАИ из зоны новообразования в зону измерения, определялась на основании измерения временных интервалов между фронтами сигналов напряжения ионизации и концентрации ЛОАИ при реализации процедуры поиска рабочей точки.

Для параметрической идентификации (получения оценок коэффициентов) модели использован рекуррентный метод наименьших квадратов (РМНК) [18, 53, 79]. Использование РМНК позволяет производить идентификацию в реальном масштабе времени, что, в частности, обеспечивает динамическое определение временного интервала проведения процедуры идентификации для достижения независимости точности идентификации от конкретных условий измерений.

В соответствии с рекомендациями в [31] при реализации идентификации использован входной тестовый сигнал в виде псевдослучайной дискретной последовательности с равномерным законом распределения, позволяющий произвести оценки характеристики системы в широкой полосе частот. Амплитуда тестовых сигналов составляла 0.25 от напряжения в рабочей точке.

Для структурной идентификации (определение порядка модели) использовались оценки функции потерь [18,74]: v(m) = -L. [ёГ(т)е(т)], (4Л1)

М-т где e(m) = n(m)-n(m)- невязки модели;

Т л J1 n (т) = (n(0),n(At),.,n(MAt)),n (m) = (n(0),n(At),.,n(MAt))- соответственно, значения концентрации ЛОАИ, предсказанные по модели и экспериментальные.

Функция потерь численно характеризует величину отклонения предсказанного по модели значения выхода системы от его экспериментального значения. За оценку истинного порядка системы принималось такое значение порядка, при увеличении которого функция потерь перестает убывать [79].

Проверка гипотезы адекватности выбранной модели осуществлялась по критерию Фишера [36]. Критерием адекватности являлось выполнение условия

Ррасч < ^табл >

4.12)

S ад 1 м 2 где FmC4 =——, San=—--Y(n(i)-n{i)) - дисперсия адекватности; Sn M-m .=1

1М 2

---Yj (КО ~ й) - оценка дисперсии концентрации ЛОАИ;

М-т

1 М п= — " выборочное среднее выходного сигнала; М i=1 при/7 = 0,05 и v\ =M-m,V2 =М-1.

Все исследования проводились на экспериментальной установке, описанной в п.4.3.1. Ионизатор устанавливался на расстоянии 1.5 м от стенок помещения, на высоте 0.5 от пола. Измерения производились вдоль оси коронирующего электрода (рис. 4.2).

Первоначально были проведены эксперименты по структурной идентификации модели рассматриваемой системы. Результаты определения функции потерь (4.15) при изменении порядка модели т показали отсутствие тенденции к убыванию значения функции потерь с ростом порядка. Таким образом, показана нецелесообразность усложнения модели путем увеличения ее порядка. Поэтому для описания системы была принята модель 1-го порядка: т = 1, п(к) = ап(к -1) + bu(k -1 -d), (4.13)

Преобразование к передаточной функции дает выражение для динамического звена первого порядка:

L{n(t)} , ч К -т-s „ Ь At . . (4.14) w(iS) —--е Т S,K =-,Тм=--,T = At-d,

L{u(t)} Tfrf'S + l 1 -а 1пд где s- оператор Лапласа, L{}~ непрерывное преобразование Лапласа, w(^)-передаточная функция, К- коэффициент передачи модели, Гд/- постоянная времени модели, т - чистое запаздывание.

Экспериментально полученные зависимости коэффициентов модели от расстояния до коронирующего электрода представлены на рисунке 4.17. Анализ полученных данных показывает, что для рассмотренных условий эксперимента для коэффициента передачи К сохраняется независимость от величины сигнала управления (напряжения ионизации). Для постоянной времени Гд/ и величины запаздывания т (рис. 4.17 б) при большом изменении напряжения ионизации начинает проявляться нелинейность модели. Проведенные эксперименты показали, что при изменении напряжения ионизации в пределах ±0.5 от значения в рабочей точке изменения , т происходят в пределах, определяемых точностью идентификации модели.

К, МО5 ион см3 ■ кВ

МО4

МО3

МО2 -I-------------

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 1,м а)

Тм, т, 20 с 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

-—------ / }

-о- Г , 15 кВ г, 35 кВ -о—гМ| 15 кВ -x-rMl 35 кВ ' б)

Рис. 4.17.

Зависимость коэффициента передачи К (а), постоянной времени и запаздывания т (б) от расстояния до коронирующего электрода I

- . h

Для интерпретации полученных экспериментальных данных необходимо рассмотреть закон сохранения заряда аэроионов (уравнение неразрывности), уже исследовавшееся в простейшей форме в главе 2 (формула 2.20). Полное уравнение неразрывности [52,65] с учетом выражений (2.20) - (2.23) и пренебрегая диффузией можно представить в виде: dt eq где fi - коэффициент трансформации аэроионов, СС - коэффициент рекомбинации легких аэроионов, Q - коэффициент новообразования.

Очевидно, что «новообразование» в зоне измерения в рассматриваемом случае происходит преимущественно за счет переноса продуцируемых у поверхности коронирующего электрода аэроионов. Перенос осуществляется за конечный промежуток времени г формируемыми электрическими полями и конвективными потоками, теоретически время переноса можно найти при решении уравнения движения ЛОАИ из зоны ионообразования в зону измерения: dr — . - ч (4.16) = VK(r,t) + /i-E(r,t), dt

Таким образом, параметры передаточной функции (4.14) К и г входят в выражение для определения оценок коэффициента Q

Q{r,t) = K(r,t) ■ u(t - т). (4.17)

Из (4.15) следует, что тм-^+а+й-1. (4Л8)

Теоретические оценки, проведенные для отдельных идеализированных случаев ([59] - формулы (4.1) - (4.2), [52], [146]) показывают, что коэффициент передачи К зависит от расстояния до зоны ионообразования, конфигурации коронирующего электрода, геометрических параметров помещения, в котором производится ионизация, и целого ряда других факторов. В целом, результаты, представленные на рис. 4.17а, качественно совпадают с известными результатами теоретических исследований.

Анализ выражения (4.16) позволяет объяснить полученную экспериментальную зависимость параметра гот напряжения ионизации (рис. 4.176), т.к. изменение «приводит к изменению составляющей /л-Е скорости переноса ЛОАИ.

Величина постоянной времени Гд/ (выражение 4.18) определяется процессами электростатического взаимодействия аэроионов, рекомбинации и трансформации ЛОАИ. Т.к. величина проводимости Я зависит от концентрации ЛОАИ (глава 2), то данный параметр определяет нелинейность передаточной функции. Этим объясняется полученная экспериментальная зависимость от напряжения ионизации и расстояния до зоны ионообразования (рис. 4.176). С ростом концентрации ЛОАИ в выражении 4.18 начинает преобладать первое слагаемое и Тм преимущественно определяется процессами электростатического взаимодействия аэроионов. Именно поэтому приближение к коронирующему электроду и увеличение «приводит к уменьшению величины По мере уменьшения концентрации величина Ту[ асимптотически приближается к характерному времени процессов рекомбинации и трансформации ЛОАИ (времени жизни ЛОАИ). Экспериментальные оценки , полученные на больших расстояниях от коронирующего электрода, т.е. при малых концентрациях ЛОАИ, составляют 16-20 с (рис. 4.176), что согласуется с литературными данными о характерных временах жизни ЛОАИ [132].

Особенно следует отметить, что понятие передаточной функции системы «ионизатор-воздушная среда» (или, сокращенно, передаточной функции воздушной среды) в данной работе введено впервые. Именно определение параметров передаточной функции в конкретных условиях осуществления сеанса ЛОАИ-воздействия позволяет количественно охарактеризовать взаимосвязь между напряжением ионизации и концентрацией ЛОАИ в зоне воздействия на биообъект. Таким образом, появляется возможность учесть влияние такого важного элемента рассматриваемой биотехнической системы, как воздушная среда, и реализовать алгоритмы управления концентрацией ЛОАИ.

43.4. Синтез алгоритма автоматического регулирования концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на биообъект

В общем случае контур автоматического регулирования концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на биологический объект представлен на рис. 4.18.

Информационный сигнал концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на биологический объект сравнивается с требуемым уровнем, определяемым особенностями применяемой терапевтической методики или санитарно-эпидемиологическими нормами, и по разностному сигналу ошибки регулятор формирует сигнал управления (напряжение ионизации), прикладываемый к входу системы «ионизатор - воздушная среда».

Рис. 4.18.

Структура системы автоматического регулирования концентрации ЛОАИ

Основные подходы к синтезу регуляторов можно условно разделить на две группы методов: классические и современные [41, 78, 84]. Классические методы основаны на частотном анализе, алгебре передаточных функций и преобразовании Лапласа. Современные подходы характеризуются описанием процессов в пространстве состояний и применением для решения задач анализа и синтеза систем методов пространства состояний.

Естественно, что основным требованием к синтезируемому регулятору является обеспечение максимального качества процессов управления, количественно характеризуемого величинами среднеквадратической ошибки регулирования, времени переходного процесса, перерегулирования, статической ошибки, а также устойчивости управления. Согласно литературным источникам, лучшие характеристики демонстрируют алгоритмы, синтезированные современными методами аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР). Однако, как показывают исследования [78], эффективность таких алгоритмов резко снижается при уменьшении точности идентификации объекта управления. Также установлена высокая чувствительность алгоритма АКОР и малая типового ПИД-регулятора, синтезированного классическими методами, к отклонениям параметров системы управления от использованных при настройке алгоритмов управления.

Согласно [78], использование более сложных алгоритмов АКОР становится нецелесообразным при погрешности идентификации объекта управления, оцениваемой, например, по формуле (4.11) превышающей 10%. Учитывая результаты проведенных экспериментов по идентификации системы «ионизатор -воздушная среда» и полученные при этом погрешности, а также конечную величину запаздывания и нелинейность параметров, при реализации системы управления в данном случае следует ограничиться типовым ПИД-регулятором.

Из-за низкой точности идентификации использование информации о производной по времени сигнала ошибки регулирования концентрации ЛОАИ (Д-звена) также оказывается нецелесообразным. В результате в качестве регулятора выбрано ПИ-звено: ч г Ki (4-19) s где Кр- коэффициент пропорционального усиления, Kf- коэффициент интегрального усиления.

Параметрический синтез звена реализовывался методом незатухающих колебаний (стандартный критерий Зиглера-Никольса), обеспечивающего минимизацию среднеквадратической ошибки регулирования и запас устойчивости, выражаемый в изменении степени колебательности в типовых пределах 0.221 - 0.336 [1,37]: а г (4.20) сок - корень уравнения сож • т + arctgiT^ • соп) = ж.

Полный алгоритм автоматического регулирования концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на биообъект можно представить в виде последовательности следующих четырех этапов.

1. Поиск рабочей точки. Производится определение напряжения ионизации, при котором в конкретных условиях проведения сеанса ЛОАИ-воздействия обеспечивается (с заданной погрешностью) требуемая концентрация ЛОАИ в зоне воздействия. В данном случае целесообразно использовать алгоритм поиска простым перебором. Применение более эффективных, с точки зрения времени поиска, алгоритмов (например, метода хорд или золотого сечения) нежелательно с целью предотвращения возможного при их реализации воздействия на экспонируемый живой организм повышенных концентраций ЛОАИ. В случае, если рабочая точка не будет обнаружена, возможно изменение условий проведения сеанса (например, перемещение зоны воздействия относительно коронирующего электрода). На практике можно рекомендовать использование диаграмм пространственного распределения ЛОАИ, полученных для типовых случаев взаимного расположения коронирующего электрода и зоны воздействия.

2. Идентификации параметров модели системы «ионизатор-воздушная среда» согласно методике, изложенной в п. 4.3.3.

3. Синтез оптимального ПИ-регулятора.

4. Непосредственно управление концентрацией ЛОАИ в полученной замкнутой системе.

Предложенный алгоритм был апробирован на разработанной экспериментальной установке. В экспериментах ионизатор устанавливался на расстоянии 1.5 м от стенок помещения, на высоте 0.5 от пола, расстояние между коронирующим электродом и ПИП системы измерения концентрации ЛОАИ составляло 1.5 м. Задавались различные требуемые концентрации ЛОАИ (в диапазоне от 103 до 106 ион/см3) и моделировались внешние воздействия, аналогичные воспроизведенным в п.4.3.2.

Типовой результат работы замкнутого контура регулирования представлен на рисунке 4.19. Как видно, регулятор компенсирует последствия изменений, вызванных внешними воздействиями, и обеспечивает заданный уровень концентрации ЛОАИ (в данном случае 3 -105 ион/см3).

Особенно следует отметить вопросы обеспечения устойчивости системы управления. Хотя использование настроек по формулам (4.20) теоретически обеспечивает устойчивость замкнутой системы, изменение параметров в процессе работы контура управления может привести к потере устойчивости. Поэтому следует отслеживать состояние системы в течение всего времени работы, т.е. необходимо адаптивное управление. Возможным критерием может служить время регулирования tрег (интервал времени, в течение которого ошибка, вызванная внешним возмущением, станет меньшей определенной заданной величины). Действительно, известно [1], что для оптимального ПИ-регулятора tpe2 <12-7д/.

Превышение tрег этого значения является признаком потери устойчивости и/или изменения параметров системы. В исследованиях в рамках данной работы использовалось регКрШ=Г-П-ТМ, <4-21) где / = 2.3.

При превышении времени регулирования данного значения повторно использовался описанный выше полный (состоящий из четырех этапов) алгоритм автоматического регулирования концентрации ЛОАИ в зоне воздействия на биообъект. s 4-10 < О к Вз-ю5 s ю

I2.105

X О) IT

X §

МО5 о 1 ^ ё -- /л 1

V*2 /

1 "11

0,5 25,5 50,5 75,5 101 126 151 176 201 226 251 время, с

Рис. 4.19.

Поддержание концентрации в замкнутой системе регулирования. 1 - момент окончания поиска рабочей точки; 2 - работа процедуры идентификации параметров модели системы «ионизатор-воздушная среда»; 3 - реакция на изменение поля конвективных потоков (включение вентилятора 1), 4 - реакция на перемещение биологического объекта. Заданное значение концентрации - 3-105 ион/см3

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лепихов, Павел Владимирович, 2006 год

1. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для ВУЗов / Под ред. Е.Г. Дудникова.- М.: Химия, 1987. - 368 с.

2. Аксенова С. В. Влияние аэроионов кислорода на некоторые показатели системы гемостаза в норме и патологии: Автореф. дис. . канд. мед. наук: 14.00.16 Мордовский гос. ун-т им. Н. П. Огарева. Саранск, 1996.- 20 с.

3. Армашов В. П. Водно-электролитный баланс при ожоге на фоне кровопотери и его коррекция аплегином и аэроионами кислорода: Экспериментальное исследование: Автореф. дис. . канд. мед. наук: 14.00.27, 14.00.16. Саранск, 2000. - 20 с.

4. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. -М.: Высшая школа, 1982. 223 с.

5. Аширов Р. 3. Расстройства гомеостаза при остром перитоните под влиянием аэроинов кислорода: Автореф. дис. . д-ра мед. наук : 14.00.16 Рос. ун-т дружбы народов (РУДН).- М., 2001.- 36 с.

6. Билык Н. Г. Аэроионотерапия при заболеваниях сетчатки и зрительного нерва: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук : 14.00.08 Моск. НИИ глазных болезней им. Гельмгольца. М., 1989.- 16 с.

7. Биотехнические системы. Теория и проектирование: Учебное пособие / Под ред. В.М. Ахутина. Л.: ЛГУ, 1981. - 220 с.

8. Васильев Л.Л. Теория и практика лечения ионизированным воздухом.-Л., 1953.-210 с.

9. Внутриклеточный окислительный стресс и апоптоз / Н.К. Земсков, Е.Б. Меныцикова, Н.Н. Вольский и др. // Успехи современной биологии. 1999. - №5. -С. 440-447.

10. Герасимова Л.И. Интенсивная терапия и профилактика инфекционных осложнений у обожженных пожилого и старческого возраста: Методические рекомендации. М., 1996. - 32 с.

11. Гилинская Н.Ю., Супова М.В. Применение аэроионотерапии у больных гипертонической болезнью с ночным апноэ при храпе // Русский медицинский журнал. 2003. - Т. 11, № 21 - С. 36 - 42.

12. Гилл Ф., Миррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир, 1985.-387 с.

13. Гольдштейн Н.И. Активные формы кислорода как жизненно необходимые компоненты воздушной среды // Биохимия.- 2002,- Т. 76,- Вып. 2.-С. 194-204.

14. Гольдштейн Н.И. Аэроионы: возможная роль активных форм кислорода в механизмах биологического действия // Кислородные радикалы в химиии, биологии и медицине. Рига, 1988. - С. 80-108.

15. Гольдштейн Н.И. Биофизические аспекты физиологического действия экзогенного 02': дис.докт. биол. наук: МГУ им. М. В. Ломоносова. М., 2000.- 60 с.

16. Гольдштейн Н.И. Экзогенные формы активного кислорода новый класс регуляторов жизненных функций // II съезд биофизиков России. Тез.- М., 1999.-С. 68-75.

17. Граничил О.Н. Введение в методы стохастической оптимизации и оценивания: Учеб. пособие. СПб.: Изд. С.-Петербургского ун-та, 2003. -131 с.

18. Гуськов А.С. Комплексная гигиеническая оценка ионизации воздушной среды закрытых помещений: Автореф. дис. . канд. мед. наук: 14.00.07 ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина. -М., 2005.-22 с.

19. Дикова О.В. Ультраструктура кожи, метаболические и иммунологические показатели у больных псориазом на фоне применения димефосфона и аэроионов кислорода: Автореф. дис. . канд. мед. наук: 14.00.23, 14.00.16 Мордовский ун-т.- Саранск, 1997. 20 с.

20. Драндров С.И. О результатах мониторинга климатических компаний за июнь-июль 2005 года // Мир климата. 2005. - № 32. - С. 7-14.

21. Ежов В.В. Физиотерапия в схемах, таблицах и рисунках: справочник. -М.: ACT, 2005.-302 с.

22. Зайцева О.Ю. Оптимизация аэроионотерапии в лечении больных хроническим обструктивным бронхитом: Автореф. дис. . канд. мед. наук: 14.00.43; 14.00.16 НИИ пульмонологии РФ. М., 1996. -18 с.

23. Зайцева О.Ю., Григорьев С.П., Александров О.В. Метод аэроионотерапии в лечении больных хроническим обструктивным бронхитом

24. Пульмонология. -1996. №3. - С.73-76.

25. Исследование эффективности аэроионотерапии в комплексном лечении хирургических больных: Заключительный отчет / НИИСП им. Н.В.Склифосовского; Рук. темы Л.И. Герасимова; исп. А.Л. Абакумов. -№ ГР 80057138, Инв. № Б119699. -М., 1994.-90 с.

26. Ивлев Л.С., Довгалюк Ю.А. Физика атмосферных аэрозольных систем. СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999.-194 с.

27. Измерение электрических и неэлектрических величин / Под ред. Н. Н. Евтихиева. М.: Энергоатомиздат, 1990.-352 с.

28. Изучение цитогенетических эффектов ионизации воздуха / Ф.И. Ингель, А.С. Гуськов, Ю.Д. Губернский и др. // Медико-технические технологии на страже здоровья: Сб. докладов VIIРНТК, г. Салоники (Греция), 2-9 октября 2005 г. -М., 2005.-С. 90-93.

29. Ионизация воздушной среды и здоровье / М.П. Захарченко, В.Г. Бовтюшко, В.Х. Хавинсон, Ю.Д. Губернский СПб., 2002.- 200 с.

30. Карпухин В.А., Лепихов П.В. Дифференциальный метод и аппаратура для измерения концентрации аэроионов // Биомедицинская радиоэлектроника. -2002.- №10-11.- С. 38-46.

31. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и программное обеспечение. М.: Мир, 2001. - С. 575.

32. Коган А.Х., СыркинА.Л., Дриницина С.В. Кислородные свободнорадикальные процессы в патогенезе ишемической болезни сердца и перспективы применения антиоксиданта Q10 (убихинона) для их коррекции // Кардиология. -1997. №12. - С. 62.

33. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1977.- 830 с.

34. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы: Учебное пособие.-Новосибирск, НГТУ, 2000. 67 с.

35. Красногорская Н.В. Электричество нижних слоев атмосферы и методы его измерения. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 96 с.

36. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. - 573 с.

37. Лазарева Т.Я., Мартемьянов Ю.Ф. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003.- 308 с.

38. Лесин В.В., Лисовец Ю.П. Основы методов оптимизации. М.: Изд-во МАИ, 1995.-344 с.

39. Лившиц М.Н. Аэроионификация. Практическое применение. М.: Стройиздат, 1990.- 168 с.

40. Лощилов В.И., Щукин С.И. Принципы анализа и синтеза биотехнических систем. М.: МВТУ, 1987. - 68 с.

41. Лурье Б.Я., Энрайт П.Дж. Классические методы автоматического управления: Пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 640 с.

42. Маевский Б.И., Кондрашева М.Н. Отчет по исследованию биофизического механизма действия «Люстры Чижевского» в институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН. М., 1995.- 87 с.

43. Марфичева Н.А. Состояние иммунологической реактивности организма у работающих в условиях аэроионной недостаточности: Автореф. дис. канд. мед. наук : 14.00.05, 14.00.07 Санкт-Петербургский гос. санитарно-гигиенич. мед. ин-т. -СПб., 1993.-22 с.

44. Мачабели М.С. Общая электрокоагулогия. Профилактика лечения донаторами электронов.- М., 1995, 203 с.

45. Мельников В.М. Влияние аэроионов кислорода на перекисное окисление липидов и некоторые антиоксидантные ферменты при комплексной фармакотерапии острого панкреатита: Автореф. дис. . канд. мед. наук: 14.00.25 Мордовский ун-т. Саранск, 1997.- 20 с.

46. Мендельсон Г.И. Доминантные летальные мутации у различных видов дрозофилы как тест для оценки мутагенного действия загрязнителей окружающей среды: Автореф. дис. канд. биол. наук. -М., 1992.- 20 с.

47. Мещеряков А.Ю., Федотов Ю.А. Проблемы оценивания аэроионного состояния среды обитания //Приборы и системы управления.-1998.-№11.- С.75-79.

48. Минх А.А. Ионизация воздуха и ее гигиеническое значение. М., 1963.352 с.

49. Миронов Д.А. Генерация аэроионов плавающим электродом в системах очистки и кондиционирования воздуха: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.14.16. -СПб., 1999.-18 с.

50. Михалевич B.C., Кукса А.И. Методы последовательной оптимизации. -М.: Наука, 1983.-265 с.

51. МУК 4.3.1517-03. Санитарно-эпидемиологическая оценка и эксплуатация аэроионизирующего оборудования: Методические указания. М., 2003.- 18 с.

52. Недобора О.А. Биотехническая система аэроионотерапии с каналом контроля концентрации аэроионов: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.11.17 Моск. гос. техн. ун-т им. Н. Э. Баумана.- М., 2001.-16 с.

53. Неймарк Ю.И., Теклина Л.Г. Расширенная рекуррентная форма метода наименьших квадратов в применении к задачам распознавания. // Сб. Динамика систем. Н.Новгород, Изд. Нижегородского ун-та, 1995. - С. 29-45.

54. Никонов В.В. Стресс: Современный патофизиологический подход к лечению. Харьков: Консум, 2002. - 240 с.

55. Новиков К.Н. Роль активных форм кислорода в биологических системах при воздействии факторов окружающей среды: Автореф. дис. . докт. биол. наук : МГУ им. М. В. Ломоносова. М., 2004.- 52 с.

56. Исследование аэроионотерапии в лечении аллергических заболеваний у детей: Заключительный отчет / НИИ педиатрии РАМН; Рук. темы М.Я. Студеникин; исп. А.А. Басистова, Г.В. Яцык. -№ ГР 83765113, Инв. № Г388124. -М, 1995.-107 с.

57. Применение длительной оксигенотерапии у больного с дыхательной недостаточностью тяжелой степени / М.Я. Годяев, Ф.Ю. Мухарлямов, Р.А. Григорьянц и др. // Пульмонология. -1995.- т. 5, № 2. С. 44-60.

58. Павлов С.П. Высоковольтные аэроионизаторы и аэрозолеуловители. М.: Изд-во МГОУ, 1993. 220 с.

59. Перечень вредных и (или) опасных производственных факторов и работ, при выполнении которых проводятся предварительные и периодические медицинские осмотры (обследования), и порядок проведения этих осмотров (обследований). СПб.: Изд. ДЕАН, 2004. - 32 с.

60. Полипараметрический анализ влияния аэроионов, излучаемых «Люстрой Чижевского», на функциональное состояние человека / В.Ф. Баканева, В.В. Агафонова, Л.Ф. Лонская, Н.В. Дмитриева // II съезд биофизиков России: Тез. докл.-М., 1999.-С. 45-48.

61. Пономаренко Г.Н. Физические методы лечения: справочник. СПб., 1999.-252 с.

62. Поршнев С.В. Методика использования пакета Mathcad для решения краевых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений // Вычислительные методы и программирование. 2001.- т. 2.- Раздел 3. - С. 16.

63. Похмельных Л.А. Атмосферное электричество как проявление электрического взаимодействия Земли и Солнца с космосом // Прикладная физика.-2003.-№4.-С. 34-43.

64. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: Учеб. руководство: Для вузов-М.: Наука, 1992.-536 с.

65. Резников Г.В. Системы прецизионного кондиционирования воздуха с «гибкой» технологией работы для помещений с компьютерной техникой // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. -2002.- №10.- С.7-11.

66. Рождественский Л.М. Краткий обзор основных аспектов применения аэроионизации и аэроионотерапии // МИС-РТ-М., 1998.- № 5-2.- С. 11-16.

67. Самоорганизация ассоциатов митохондрий и влияние отрицательных аэроионов воздуха / А.В. Темнов, Т.В. Сирота, И.Г. Ставровская, М.Н. Кондрашова // Международная школа "Современные проблемы теоретической биофизики": Тез. докл.-М., 1998.-С. 72-74.

68. СанПин 2.1.3.1375-03. Гигиенические требования к размещению, устройству, оборудованию и эксплуатации больниц, родильных домов и других лечебных стационаров. СПб.: Изд. ДЕАН, 2004.-96 с.

69. СанПиН 2.2.4.1294-03. Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений М., 2003. -16 с.

70. СанПиН 2.2.4.1294-03. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений М., 2003. -16 с.

71. СанПиН 2.2.4.1294-03. Физические факторы производственной среды: электромагнитные поля в производственных условиях.- М., 2003. 37 с.

72. Сверчков А.Н., Лахно Е.С. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе населенных мест // Вопросы гигиены населенных мест. -1963. Том IV. - С. 36-38.

73. Сейдж Э.П., Мелса Д.Л. Идентификация систем управления: Пер. с англ. -М„ Наука, 1974.-248 с.

74. Скипетров В.П. Аэроионы и жизнь.-Саранск, 1997.- 116 с.

75. Соколов А.Г. Исследование характеристик внутренней и наружной областей коронного разряда при постоянном напряжении с учетом внешнего ионизирующего облучения: Автореф. дис. канд.техн.наук.-Томск: ТЛИ, 1973. -19 с.

76. Структурно-параметрическая идентификация многомерных нестационарных динамических систем / В.А. Фатуев, А.В. Юдаев, В.М. Понятский и др. // Идентификация систем и задачи управления: Тр. П1 международной конф. М., 2004.-С. 159-186.

77. Судаков К.В. Теория функциональных систем и профилактическая медицина // Вестник РАМН. 2001. - № 5. - С. 7-14.

78. Супероксид и окись азота как компоненты «отрицательных аэроионов» и ключевые факторы механизма биологического действия ионизированного воздуха / М.Н. Кондрашова, В.П. Тихонов, А.Н. Тихонов и др. // II съезд биофизиков России: Тез. докл.-М„ 1999.-С. 36.

79. Таммет Х.В. Аспирационный метод изучения ионизированного воздухаи аэрозолей: Дис. канд. физ-мат. наук. Тартуский государственный университет. -Тарту, 1964.-297 с.

80. Тверской П.Н. Атмосферное электричество. Л.: Гидрометеоиздат., 1949.-252 с.

81. Теория автоматического управления / Под ред. Ю.М. Соломенцева М.: Высшая школа, 1999. - 580 с.

82. Управляемая аэроионотерапия в оздоровлении часто болеющих детей / М.А. Хан, E.JI. Вахова, А.В. Червинская, А.В. Королев // Сборник материалов 7-й научно-практической конференции ФУ Медбиоэкстрем МЗ РФ. М., 2003. - С. 3539.

83. Фатуев В.А., Карпш А.В., Понятский В.М. Структурно-параметрическая идентификация динамических систем: Учеб. пособие.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. -156 с.

84. Федаев А. А. Профилактика спайкообразования брюшной полости при перитоните способом аэроинотерапии : Экспериментальное исследование: Автореф. дис. канд. мед. наук : 14.00.27, 14.00.16 Мордовский гос. ун-т им. Н. П. Огарева.-Саранск, 1998.-24 с.

85. Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику: Изд-во Моск. физ.-техн. ин-та. М., 1994. -220 с.

86. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 350 с.

87. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: Недра, 1987. - 221 с.

88. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Пер. с англ. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Мир, 1993. -Т.2. - 371 с.

89. Чалмерс Дж. А. Атмосферное электричество. JL: Гидрометеоиздат, 1974.-420 с.

90. Червинская А.В. Управляемые дыхательные среды с использованием природных факторов в респираторной реабилитационно-профилактической помощи. Российский медицинский журнал.- 2001. -№ 4. С. 10-13.

91. Чижевский A.JI. Руководство по применению ионизированного воздуха в промышленности, сельском хозяйстве и в медицине. М., 1957. - 56 с.

92. Шандала М.Г. Аэроионизация как неблагоприятный фактор внешней среды. Киев, 1974. -164 с.

93. Шарипов Р. А. Классическая электродинамика и теория относительности: Учебное пособие. Уфа: Изд-е Башкирского ун-та, 1997. -164 с.

94. Шилкин А.А., Губернский Ю.Д., Миронов A.M. Аэроионный режим в гражданских зданиях. М.: Стройиздат, 1988 г.-168 с.

95. Шишканов С.Ф. Применение трансперкутанной аэроионотерапии при суставном синдроме: Автореф. дис. канд. мед. наук : 14.00.05. Н.Новгород, 2000. -24 с.

96. Электрические измерения / Под ред. В. Н. Малиновского. М.: -Энергоатомиздат, 1985. - 416 с.

97. Яблонский О.П., Иванова В.А. Основы стандартизации, метрологии, сертификации: Учебник. Ростов н/д: Феникс. - 2004. - 448 с.

98. Ямашкина Е.И. Экспериментальное исследование антиульцерогеннош действия мексидола, отрицательных аэроионов кислорода и их комбинации: Автореф. дис. . канд. мед. наук : 14.00.25 Морд. гос. ун-т им. Н. П. Огарева. -Саранск, 2002.-20 с.

99. Acord G.C., Pedrow P.D., Wang Q. Y. Response of Planar and Cylindrical Ion Counters to a Corona Ion Source. // IEEE Transactions on Power Delivery. 1989. - V.4, No.3-P.1823-1831.

100. Air ions: past problems and future directions / A. Yates, F.B. Gray, J.I. Misiaszek, W. Wolman // Environ. Int. -1986. №12. - P.99 -108.

101. Aplin K. A computer controlled Gerdien atmospheric ion counter //Rev.Sci.Instr. 2000. -№71. -P. 135-141.

102. Bagdy G. Serotonin, anxiety, and stress hormones // Ann. N.Y.Acad.Sci. -1998.-№851 P.357—363.

103. Baron R.A. Effects of negative ions on cognitive performance //Journal of Applied Psychology. -1987. V.72, № 1. - P. 131.

104. Beasly V. R. Behavioral effects of air ions // Dimension of Electro Vibratory Phenomena. -1975. №1.- P.l-6.

105. Berdwood C. J., Jordi P.M. Effect of negative air ions on morphine-induced changes in the latency of the tail-flick reflex // Bioelectromagnetics. -1990.- №11.- P.207-212.

106. Bipolar charging of ultrafine particles in the size range below 10 nm / G.P. Reischl, J.M. Makela, R. Karch, J. Necid // J. Aerosol Sci. -1996.- №27.- P.931-949.

107. Cabane M., Milani M.R. Study of the mobility of small ions in the air //Res. Lett. Atmos.Electr. 1983.-№3. -P.55-59.

108. Chany J.M., Bailey W.H. Regional turnover of norepinephrine and dopamine in rat brain following acute exposure to air ions // Bioelectromagnetics. 1985 - №6.-P.415-425.

109. Danon A., Sulman F.G. Ionizing effect of winds of ill repute on serotonin metabolism // Biometeorology 5 (Suppl. to Int. J. Biometeor.) -1969. №4. - P.135-136.

110. Deleanu M., Bordas E. Morphological changes of the hypophysis-adrenal system (HAS) in albino rats with experimental gastric ulcers, under the influence of aeroionotherapy (AIT) // Rom. J. Intern. Med. -1991. №29. - P.215-220.

111. Dhanorkar S., Kamra A.K. Measurement of mobility spectrum and concentration of all atmospheric ions with a single apparatus // J. Geophys. Res. 1991. -V.96. - P. 18671-18678.

112. Effect of long-term ionized air treatment on patients with bronchial asthma / D. P. Jones, S.A. O'Connor, J.V. Collins, B.W. Watson // Thorax. -1976. №31. - P.428-432.

113. Effect of negative air ions on computer operation, anxiety and salivary chromogranin A-like immunoreactivity / H. Nakane, O. Asami, Y. Yamada, H. Ohira // International Journal of Psychophysiology. -2002. №46 - P.85 -89.

114. Environmental influences on serotonin and cyclic nucleotides in rat cerebral cortex / M.C. Diamond, J.R. Connor, E.K. Orenberg et al. // Science. 1980. - №210. -P.652-654.

115. Erdman H.E, Hernandez T. Environ Mutagen // Arch. Biochem. Biophys. -1982. №4(6). - P.657-666.

116. Flagan R.C. History of electrical aerosol measurements // Aerosol Science Technology. -1998. V.28. - P.301-380.

117. Fomof K.T., Gilbert G.O. Stress and physiological, behavioral and performance patterns of children under varied air ion levels // Int J.of Biometeorol. 1988. -№32P.260-270.

118. Fridovich I. Superoxide dismutases. An adaptation to a paramagnetic gas. //J. Biol. Chem. -1989. V. 264. -P.7761-7764.

119. Glantz S. Primer of biostatistics. New York, 1999.- 460 p.

120. Goldshtein N., Arshavskaya Т.V. Is atmospheric superoxide vitally necessary? Accelerated death of animals in a quasi-neutral electric atmosphere // Z. Naturforsch. С. -1997.-№52. S.396-404.

121. Grabarczyk Z. Efectiveness of indoor air cleaning with corona ionizers. // Journal of Electrostatics. 2001.- V.51.- P. 278-283.

122. Grabarczyk Z. Frequency characteristic of an aspiration integrating small ion counter with a shielded collector // Journal of Electrostatics. -2001.- № 51 -52. P.284-289.

123. Hawkins L.H., Barker T. Air ions and human performance // Ergonomics. -1978.- №21.-P.273 -278.

124. Hedge A., Collis M. D. Do negative air ions affect human mood and performance? // Ann. Occup. Hyg. -1987.- №31.- P.285-290.

125. Hoppel W.A., Frick G.M. The nonequilibrium character of the aerosol charge distributions produced by neutralizer // Aerosol Sci. Technol.-1990. №12. - P.471-496.

126. Horrak U. Air ion mobility spectrum at a rural area: The Diss. for the degree of Dr. of Ph. (Envir. Phys.): University of Tartu.- Tartu, 2001.- 76 p.

127. Horrak U., Salm J., Tammet H. Classification of natural air ions near the ground // Journal of Aerosol Science. -1998.- №26. P.205-209.

128. Howard P.J. The Owner's Manual for the Brain, Everyday Applications from Mind-Brain Research: Second Edition. New York: Bard Press, 2000- 46 p.

129. Jaskowski J., Mysliwski A. Effect of air ions on healing of wounds of rat skin //Exp. Pathol. -1987. №29. -P.l 13-117.

130. Kornblueh I. H. Artificial ionization of the air and its biological significance // Clin. Med. -1973. №69.- P.282-286.

131. Krueger A. P. Are air ions biologically significant? A review of acontroversial subject // Int. J. Biometeor.-1972.- №16.- P.313-322.

132. Krueger A. P. The biological effects of air ions // Int. J. Biometeor. 1985. -№29.-P.205-206.

133. Krueger A.P., Andriese C., Kotaka S. Small air ions: their effect on blood levels of serotonin in terms of modern physical theory // International Journal Biometeorology.- 1968. №12. - P.225 -239.

134. Laza V. The Environment and Gaseous Ions // CEJOEM. 2000. - V.6, №1. -P. 3-10.

135. Lenkiewicz Z., Dabrowska В., Schiffer Z. The influence of negative ionization of the air on motor activity in Syrian hamsters (Mesocricetus auratus Waterhouse) in light conditions // Int. J. Biometeorol.-1989.- №33.- P.251-258.

136. Loscertales I.G. Drift differential mobility analyzer // J. Aerosol Sci.- 1998.-V.2, №9. P. 1117-1139.

137. Luts A., Parts T. Evolution of negative small air ions at two different temperatures // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.-2002.-№64.-P.763 -774.

138. Luts A., Parts T. Observed and simulated effects of certain pollutants on small air ion spectra: I.Positive ions // Atmospheric Environment. 2004,- №38. - P. 1283 -1289.

139. Marin V., Moretti G., Rassu M. Effects of ionization of the air on some bacterial strains // Ann. Ig.-1989.- №1.- P.1491-1500.

140. Mason E.A., McDaniel E.W. The mobility and diffusion of ions in gases. -New York: John Wiley, 1972. 220 p.

141. Mason E.A., McDaniel E.W. Transport properties of ions in gases. New York: John Wiley, 1988. - 312 p.

142. Misaki M., Ohtagaki M. Kanazawa I. Mobility spectrometry of the atmospheric ions in relation to atmospheric pollution // Pure Appl. Geophys. 1972.-№100.- P.133-145.

143. Morton L.L., Kershner J.R. Differential negative air ion effects on learning disabled and normal-achieving children // International Journal Biometeorology. 1990. -№34.-P.3 5-41.

144. Nagato K., Ogawa, T. Evolution of tropospheric ions observed by an ion mobility spectrometer with a drift tube // J. Geophys. Res. -1998.-№103.- P.13917-13925.

145. Partonen Т. Bright light and high-density negative air ionization reduces symptoms of seasonal affective disorder // West Journal Medicine -1999. V. 171, №5-6. -P.315-316.

146. Philips for Neonatal Intensive Care. Eindhoven: Koninklijke Philips Electronics N.V, 2005. - P. 12.

147. Physical effects of negative air ions in a wet sauna /1. Watanabe, H. Noro, Y. Ohtsuka et al. // International Journal Biometeorology. -1997. №40. - P.107 -112.

148. Priiller P., Reinet J. Long-term investigations of atmospheric ionization in Tartu, Estonian SSR// Int. J. Biometeorol.-1966.- V.10. P.127-133.

149. Rader D.J. Momentum slip correction factor for small particles in nine common gases//J. Aerosol Sci.- 1990.-№21.-P. 161-168.

150. Reduction of fine airborne particulates (PM3) in a small city centre office, by altering electrostatic forces/ G. Richardson, D.J. Harwood, S.A. Eick et al. // The Science of the Total Environment. 2001.- V.269.- P. 145-155.

151. Reilly Т., Stevenson I.C. An investigation of the effects of negative air ions on responses to submaximal exercise at different times of day // J. Hum. Ergol. -1993. №22. - P. 1-9.

152. Ryushi Т., Kita I., Sakurai T. The effect of exposure to negative air ions on the recovery of physiological responses after moderate endurance exercise // International Journal Biometeorology. 1998. - V.41, №2. - P. 132-136.

153. Sensitivity of Candida albicans to negative air ion streams / J.M. Shargawi, E.D. Theaker, D.B. Drucker et al. // J. Appl. Microbiol.-1999.- №87.-P.889-897.

154. Seo K.H., Mitchell B.W., Holt P.S. Bactericidal effects of negative air ions on airborne and surface Salmonella enteritidis from an artificially generated aerosol // Journal Food Protection. 2001. - V.64, №1. -P.l 13-116.

155. Sizing nanoparticles and ions with a short differential mobility analyzer / J. Rosell-Llompart, I.G. Loscertales, D. Bingham, J. Fernandez de la Mora // J. Aerosol Sci.-1996.-V.27.-P. 695-719.

156. Sulman F. G. The Effect of Air Ionization, Electric Fields, Atmospheric and Other Electric Phenomena on Man and Animal.- Springfield: Thomas Publ., 1980. 47 p.

157. Tal E., Pfeifer Y., Sulman F.G. Effect of air ionization on blood serotonin in vitro // Experienta. -1976. №32.- P.326-327.

158. Tammet H. Reduction of air ion mobility to standard conditions I I Journal of Geophysical Research. -1998.- №103. -P.13933 -13937.

159. Tammet H. Size and mobility of nanometer particles, clusters and ions // Journal of Aerosol Science. -1995.- №26. P.459 -475.

160. Tammet H. The limits of air ion mobility resolution // Proc. 11th Int. Conf. Atmos. Electr. Montgomery, 1999. - P.626-629.

161. Terman M, Terman J.S., Ross D.C. A controlled trial of timed bright light and negative air ionization for treatment of winter depression // Arch Gen Psychiatry. -1998. -№55(10).-P.875-882.

162. The Primary Physico-Chemical Mechanism for the Beneficial Biological/Medical Effects of Negative Air Ions/ M.N. Kondrashova, E.V. Grigorenko, A.N. Tikhonov et al. // IEEE Transactions on plasma science. 2000. - V. 28, №1.- P. 230238.

163. The protective effects of negative air ions in acute stress in rats with different typological behavioral characteristics/ L.M. Livanova, I.P. Levshina, L.V. Nozdracheva et al. // Neurosci. Behav. Physiol. -1999. №29. - P.393-395.

164. Warner J.A., Marchant J.L., Warner J.O. Double blind trial of ionisers in children with asthma sensitive to the house dust mite // Thorax. 1998.-V.48. - P. 4.

165. Wiszniewski A., Baran M. Changes in the state of air ionization caused by medical equipment //Medical Pribore-2001.-V.52,№4.-P.271-275.

166. Wu C.C., Lee W.M. Oxidation of volatile organic compounds by negative air ions // Atmospheric Environment. 2004. - V.38. - P.6287-6295.

167. Yamamoto T. Optimization of non-thermal plasma for the treatment of gas streams //Journal Hazard Material. -1999. V. 67, №2. - P. 165-181.

168. Zeleny J. The distribution of mobilities of ions in moist air // Physical Review. -1929.- V.34.- P. 310-334.

169. Оборудования для искусственной аэроионизации и измерения концентрации аэроионов, использованного в экспериментах на дрозофиле, проводимых лабораториями экологии и гигиены жилой среды и генетического мониторинга.

170. Разработки экспериментальной установки для исследования генотоксических эффектов ионизированного воздуха на дрозофиле.

171. Результаты внедрялись при выполнении НИР по теме «077 гигиенические основы управления качеством внутренней среды в современных общественных зданиях»

172. Председатель комиссии: В.Н.С. лаб. генетического мо1. Д.б.н.1. Член комиссии:

173. Предложенные технические средства применимы для автоматического управления и контроля уровня искусственной ионизации воздушной среды закрытых обитаемых помещений.

174. Результаты работы будут использованы при разработке ГОСТ РВ «Требования к аэроионному составу воздуха в обитаемых помещениях и методы его контроля».

175. Главный научный сотрудник НИЦкандидат медицинских наук

176. Курсовых, дипломных и научных работ студентов кафедр БМТ1 и БМТ2.

177. Семинарских занятий по курсу «Медицинские приборы, аппараты и комплексы».

178. Результаты внедрялись при выполнении НИР Г53Ж по теме «Разработка технических средств измерения концентрации ионов кислорода для аппаратуры аэроионопрофилактики и терапии» (программа Минобразования РФ «Технологии живых систем», 2001 2002 гг.)

179. Председатель комиссии: П.В. Лужнов1. Член комиссии:1. И.А. Аполлонова