Erkennen Sie elektrische Signale von Pflanzen

Meine Tochter möchte ein wissenschaftlich faires Experiment durchführen, bei dem die elektrischen Signale in Pflanzen gelesen werden, aber die Kosten für ein Multivoltmeter mit Datenerfassung sind sehr hoch. Kann jemand ein Setup für weniger als 100 US-Dollar vorschlagen? Vielleicht braucht sie keine so komplizierte Einrichtung, wenn sie jeweils eine Anlage testet? Ich glaube jedoch, dass die Abtastrate mindestens 3000 s / s betragen muss.

Hier ist ein Aufbau für ein ähnliches Experiment: Ein digitales Multimeter PXI-4071 (National Instruments, Austin, TX, USA), das an 0,2 mm dicke nicht polarisierbare reversible Ag / AgCl-Elektroden angeschlossen war, wurde zur Aufzeichnung der digitalen Daten verwendet. Das hochauflösende Digitalmultimeter PXI-4071 liefert schnelle Spannungsmessungen von 10 nV bis 1000 V, Strommessungen von 1 pA bis 3 A und Widerstandsmessungen von 10 µΩ bis 5 GΩ. EIN

Update: Einer der Forscher auf diesem Gebiet beantwortete die E-Mail meiner Tochter und sagte, dass sie ein KEITHLEY DMM verwenden könne. Würde das noch einen Verstärker erfordern? Die einzigen erschwinglichen bei ebay (Modelle 169, 177, 179) haben nur eine digitale Anzeige, keine PC-Schnittstelle. Ich vermute, sie braucht eine Art Ausgabegerät, wie ein Oszilloskop? Was ist mit einem Radio Shack MM mit PC-Schnittstelle und Operationsverstärker (auf einem Steckbrett?)?

UPDATE: Am Ende verwendete sie ein RS-Digitalmultimeter mit PC-Schnittstelle. Die Software war einfach zu bedienen und die Daten konnten in Textdateien auf dem Computer gespeichert werden. Für jeden Test nahm das DMM 100 Sekunden lang jede Sekunde einen Messwert vor (es gibt auch andere Optionen). Das MM wurde so eingestellt, dass es mA aufzeichnet. Ich habe 30 Gauge Silberdrähte mit Bleichmittel für die Elektroden chloriert. Die funktionierten einwandfrei, hätten aber vielleicht dicker und nicht so stark gebogen sein können. Das DMM maß eine starke Reaktion der Pflanze, wenn es 5 Sekunden lang mit hoher Hitze (Messingdraht am Messingholzbrennstift) belastet wurde. Die Grundspannung schien von Tag zu Tag (über 20 Tage) stark zu variieren, aber ich denke, das liegt daran, dass die Elektrode an jedem Tag ein anderes Blatt oder einen Teil eines Blattes berührte. Das nächste Mal sollte es für jede Pflanze über alle Tage hinweg an derselben Stelle sein.

Wenn 3000 Samples pro Sekunde benötigt werden, würde ich empfehlen, den Datenlogger auf einem ATMega mit integriertem DAC und mehreren analogen Kanälen aufzubauen. Über den UART wird diese Einstellung mit einem einfachen PC verbunden.

Der schwierige Teil besteht darin, den mV-präzisen Verstärker für die Ionensonden zu bauen. Dieser Verstärker muss eine sehr hohe Impedanz haben, mit hoher Verstärkung und wahrscheinlich mit Differenzeingang. Aber es gibt heutzutage billige und präzise Opamps, daher ist es meiner Meinung nach kein großes Problem. Mindestens 100 Dollar sollten mehr als genug sein.

Ich kann Sie nicht auf eine genaue Referenz für diesen analogen Teil des Projekts verweisen, aber ich habe einige Erinnerungen daran, dass ich in dem großartigen Buch "Die Kunst der Elektronik" etwas Ähnliches gesehen habe. Suchen Sie dort nach einigen Schaltplänen.

Ich würde mich für eine kostengünstige DAQ-Lösung wie http://labjack.com/u3 oder http://www.mccdaq.com/usb-data-acquisition/USB-1208FS-LS-1408FS-Series.aspx (Port) entscheiden entweder nicht verwendet, aber beide sehen in Ordnung aus - das ist einfaches Zeug) oder irgendein Hardware- / Softwarepaket für ein USB-Oszilloskop.

Sie benötigen einen Vorverstärker für die Ag / AgCl-Elektroden, der mit einem Instrumentenverstärker wie dem AD623 gebaut werden kann. Die gesamte Schaltung kostet wahrscheinlich etwa 20 US-Dollar.

Als Alternative bietet http://www.backyardbrains.com eine Reihe kleiner Kits mit ziemlich hohen Verstärkungsverstärkern für Biopotentiale, von denen einige möglicherweise für Ihre Zwecke anpassbar sind.

3KHz klingt hoch.

Wenn Sie etwas genauer wissen könnten, welche Antworten sie messen möchte, könnte ich vielleicht etwas hilfreicher sein. Ermutigen Sie sie, das Experiment aufzubauen, um eine Hypothese anzusprechen, die sie beantworten kann.

Ein DSO-Nano oder ein ähnliches Oszilloskop könnte für das Geld besser sein, es würde das Betrachten von Wellenformen ermöglichen (ein billiges altes CRT-Oszilloskop für 20 USD plus eine Digitalkamera ist eine andere Methode).

TBH Mir war nicht bewusst, dass Pflanzen elektrische Signale abgaben. Es wird Ihnen wahrscheinlich schwer fallen, zu beweisen, dass es sich um die Pflanze handelt und nicht nur um EMV-Streuung und die Pflanze, die als Antenne fungiert.

Es fällt mir sehr schwer zu glauben, dass 3000 Proben pro Sekunde benötigt werden. Menschliche Zellprozesse liegen in der Größenordnung von 10 bis 100 Hz, und wir bewegen uns viel schneller und haben etwas mehr Verarbeitungs- / Reaktionsfähigkeit als Pflanzen. Ich wäre überrascht, wenn Sie etwas schneller als ein paar Hz benötigen. Als Testfall glaube ich, dass eine Venusfliegenfalle eine der sich am schnellsten bewegenden Pflanzen ist und sich langsam bewegt (ja, es gibt Samenkapseln, die bei km / h ausbrechen, aber gespeicherte Energie sind).

Es gibt einen Grund, warum dieses Gerät teuer ist. Das Erkennen kleiner Signale ist sehr schwierig. Es gibt Instrumentenverstärker in Elektrometerqualität, aber selbst die Verwendung dieser Geräte ist sehr schwierig, da Leckströme über die Oberfläche des verwendeten Materials bemerkenswerte Signale verursachen können. Eine geringere Bandbreite / Geschwindigkeit ist der Schlüssel zur Reduzierung des Rauschens in jedem von Ihnen entwickelten Schaltkreis.

Ironischerweise ist die kostengünstigste Art, diese Schaltung zusammenzubauen, die beste (dh tote Abhörung), da Sie diese nicht auf einer Perf-Platine oder Protoplatte aufbauen möchten. Die Leckströme sind zu hoch.

Es gibt wahrscheinlich Instrumentenverstärker, die ebenfalls elektrometerfähig sind. Ich werde feststellen, dass viele der Geräte auf www.analog.com, die die "Gehe zu" -Geräte waren, jetzt veraltet sind. Beachten Sie auch, dass viele Hersteller Geräte kostenlos testen, insbesondere für Kinder und wissenschaftliche Projekte ...

Dies führt Sie nur zu einem gepufferten und verstärkten Signal, das Sie dann in die digitale Domäne einfügen müssen, aber ich stelle fest, dass andere Ihnen bereits Leads gegeben haben.

Sie benötigen eine Impedanz von mindestens 10 Gigaohm - dh höher als die Impedanz der Anlage - Texas Instruments leisten für diesen Zweck einen guten Opamp für etwa 5 Dollar - andernfalls fällt es dem Strom leichter, in Ihr Messgerät einzutreten, als seinen Weg durch die Anlage fortzusetzen . . 100 Samples pro Sekunde sind sogar genug - wenn Sie glauben, dass ein Aktionspotential vielleicht 30 ms dauert. Lesen Sie den zweiten Teil dieses Papiers - einen Leitfaden für Künstler zur Pflanzenelektrophysiologie http://plasticites-sciences-arts.org/PLASTIR/Leudar%20P34.pdf - und lassen Sie uns wissen, wie es geht!