检测来自植物的电信号

8

我的女儿想做一个科学竞赛的实验，涉及读取植物中的电信号，但是带有数据记录功能的多电压表的成本非常高。谁能建议一个低于$ 100的安装程序？如果一次测试一个工厂，也许她不需要这么复杂的设置？但是我相信采样速率必须至少为3000 s / sec。

这是类似实验的设置：使用连接到0.2毫米厚的非极化可逆Ag / AgCl电极的PXI-4071数字万用表（National Instruments，奥斯汀，美国，美国）记录数字数据。PXI-4071高分辨率数字万用表可提供10 nV至1000 V的快速电压测量，1 pA至3 A的电流测量以及10 µΩ至5GΩ的电阻测量。一个

更新：该领域的一位研究人员回复了我女儿的电子邮件，并说她可以使用KEITHLEY DMM。那还需要放大器吗？eBay上唯一可负担的设备（型号169、177、179）仅具有数字读出功能，无PC接口。我猜她需要某种输出记录设备，例如示波器？带有PC接口和运算放大器的Radio Shack MM怎么样（在面包板上？）？

更新：她最终使用了带PC接口的RS数字万用表。该软件易于使用，数据可以保存到计算机上的文本文件中。对于每个测试，DMM每秒读取一次读数，持续100秒（还有其他选择）。MM设置为记录mA。我用漂白剂对30号银线进行了氯化处理，并将其用于电极。那些工作正常，但可能会更厚而不弯曲那么多。当用5秒钟的高热量（黄铜丝连接到黄铜燃木笔上）施加压力时，数字万用表确实测量到了该设备的强烈反应。基线电压似乎每天都在变化（超过20天），但是我认为这是因为电极每天都接触到不同的叶子或叶子的一部分。下次，整天每个工厂的位置都应该在同一位置。

signal multimeter biopotential

— 凯瑟琳·格鲁伯
source

我想回答一下，我不仅需要继续这样做-也许您有一个指向该站点的链接，该站点显示了此操作的完成方式。

— 安迪（aka）

1

您的意思是否像“ 使用离子选择微电极可以测量从叶到叶的植物中的电信号 ”之类的东西？

— RedGrittyBrick

是的，这是我女儿发现的文章之一。

— 凯瑟琳·格鲁伯

1

我需要阅读一些文件，但我对这个有趣的项目的第一反应是最低端的商业/业余配对测量设备将有一个阻抗方式太低，无法从工厂拿起任何信号。基本上：测量电压的行为将严重影响所述电压。但是，一切并没有丢失。运算放大器的输入电流比我的Fluke万用表低100倍，比RadioShack万用表低1000倍，这很容易。

— 尼克·T

1

通过将银丝在漂白剂中粘约30分钟，然后将其冲洗干净，您应该能够制造Ag / AgCl电极。

— Scott Seidman

3

如果每秒需要3000个样本，我建议将数据记录器构建在带有内置DAC和几个模拟通道的ATMega上。通过UART，此设置将连接到简单的PC。

困难的部分是为离子探针构建mV精密放大器。该放大器必须具有很高的阻抗，高增益并可能具有差分输入。但是，如今有便宜又精确的运算放大器，所以恕我直言，这不是什么大问题。至少$ 100应该足够了。

我无法为该项目的模拟部分提供确切的参考，但是我有一些记忆，我在很棒的书《电子艺术》中看到了类似的内容。在此处搜索一些原理图。

— 约翰·芬德
source

“电子艺术”可能是指霍洛维茨和希尔的书，这确实是一本好书。

— 叶立昂2014年

@ Li-aungYip-是的，霍洛维兹和希尔。我虽然每个人都认识作者。:)

— johnfound 2014年

3

我会选择一些低成本的DAQ解决方案，例如http://labjack.com/u3 或 http://www.mccdaq.com/usb-data-acquisition/USB-1208FS-LS-1408FS-Series.aspx（天堂两者均未使用，但看起来都不错-这很简单）或任何USB示波器硬件/软件包。

您将需要一个用于Ag / AgCl电极的前置放大器，可以使用诸如AD623之类的仪表放大器来构建前置放大器，整个电路的价格大约为20美元。

作为替代方案，http：//www.backyardbrains.com 提供了一堆小工具，它们具有相当高的生物电势增益放大器，其中一些可能适合您的目的。

3KHz听起来确实很高。

如果您对她想衡量的回答更加准确，我可能会有所帮助。鼓励她进行实验以解决她可以回答的假设。

— 斯科特·塞德曼
source

她希望能够检测植物在急性胁迫下的电响应，例如在叶片上加热。这将每天对工厂进行。一些植物将同时受到蓝光（控制：仅光照，仅加热等）。这些植物的种子将被收获和生长。将对第2代进行蓝光测试（不加热），以查看第1代对热的响应。因此，她不需要对信号进行定量测量，但是我认为是/否。（这种表观遗传学习不是通过基因的变化，而是通过表达。）

— Catherine Gruber13年

1

听起来可行。我建议尝试查找以下文章：Fromm和Lautner，植物中的电信号及其生理意义植物，细胞与环境，第30卷，第3期。您的采样速度不必高于100 Hz。

— Scott Seidman

1

DSO-nano或类似的示波器可能更适合花这笔钱，它可以查看波形（另一种便宜的CRT示波器，价格为20美元，外加数码相机）。

TBH我不知道工厂会发出任何电信号，您可能很难证明它是工厂，而不仅仅是流浪的EMC和充当天线的工厂。

— 约翰·U
source

谢谢您，我们正计划在植物周围建造一个法拉第笼，以阻止其他信号。

— 凯瑟琳·格鲁伯

1

@Catherine Gruber请记住，测试设备也会辐射。另一个非常重要的事情是测试设备将吸收自身的辐射！尝试进行设置，以某种方式可以使所有东西保持完好无损，并断开设备的连接，这样就可以获得基线值，用于拾取杂散辐射。

— AndrejaKo 2013年

2

可能需要使用“参考”模型，例如，死植物或锅中潮湿的棍棒之类的东西，只是为了确认您所测量的仅存在于活植物中。

— 约翰·U

1

我发现很难相信每秒需要3000个样本。人类细胞过程的频率约为10到100赫兹，与植物相比，我们的移动速度更快，处理/响应能力也更高。如果您需要比几赫兹快的速度，我会感到惊讶。作为一个测试案例，我相信金星捕蝇器是移动最快的植物之一，并且移动缓慢（是的，有种子荚以Km / Hr的速度爆发，但是存储了能量）。

这种eqt价格昂贵是有原因的，很难检测到小信号。有静电计级的仪表放大器，但即使使用这些设备也非常棘手，因为在所用材料表面的泄漏电流会引起明显的信号。降低带宽/速度将是减少任何电路噪声的关键。

具有讽刺意味的是，组装该电路的最便宜的方法将是最好的方法（例如，死虫），因为您不希望在性能评估板或原型开发板上构建该电路，泄漏电流会过高。

可能还有静电计级的仪表放大器。我将注意到，www.analog.com上的许多“转到”设备现在已过时。另请注意，许多制造商将免费提供设备样品，尤其是针对儿童和科学项目的设备。

现在，这仅将您带到缓冲和放大的信号，然后您需要将其塞入数字域，但我注意到其他人已经给您带来了机会。

— 占位符
source

是的，我不确定此实验需要3000秒/秒。我猜想信号/无信号的某种指示就足够了。在我们研究的研究中，他们正在测量信号，而不仅仅是测量信号是否存在。

— 凯瑟琳·格鲁伯

在她链接的论文中（PDF，555 kB），有些信号的上升时间小于1毫秒

— Nick T

仅需一点信息，单元处理就可以比100赫兹快得多。神经动作电位几乎始于1KHz，并具有高达10KHz的信息。肌肉（未经过滤的肌电图）高达约2KHz

— Scott Seidman

@ScottSeidman给出的距离比例尺较小（像元大小），这是有道理的。

— 占位符

0

您至少需要10吉欧的阻抗-即高于设备的阻抗-为此，德州仪器可以为5美元左右的电流提供良好的运算放大器-否则，电流会比进入设备继续运行更容易进入您的测量设备。。每秒100个样本就足够了-如果您认为动作电位可持续30毫秒。阅读本文的第二部分-植物电生理艺术家指南http://plasticites-sciences-arts.org/PLASTIR/Leudar%20P34.pdf-让我们知道它的进展！

— 奥古斯丁·洛达（Augustine Leudar）
source