Detectar sinais elétricos de plantas

Minha filha quer fazer um experimento na feira de ciências que envolve a leitura dos sinais elétricos nas plantas, mas o custo de um voltímetro múltiplo com registro de dados é muito alto. Alguém pode sugerir uma configuração por menos de US $ 100? Talvez ela não precise de uma configuração tão complicada se testar uma planta de cada vez? Mas acredito que a taxa de amostragem deve ser de pelo menos 3000 s / s.

Aqui está uma configuração para um experimento semelhante: um multímetro digital PXI-4071 (National Instruments, Austin, TX, EUA) conectado a eletrodos Ag / AgCl reversíveis não polarizáveis ​​de 0,2 mm de espessura foi usado para registrar os dados digitais. O multímetro digital de alta resolução PXI-4071 fornece medições rápidas de tensão de 10 nV a 1000 V, medições de corrente de 1 pA a 3 A e medições de resistência de 10 µΩ a 5 GΩ. UMA

Atualização: Uma das pesquisadoras deste campo respondeu ao e-mail da minha filha e disse que ela poderia usar um KEITHLEY DMM. Isso ainda requer um amplificador? Os únicos acessíveis no ebay (modelos 169, 177, 179) têm apenas uma leitura digital, sem interface para PC. Acho que ela precisa de algum tipo de dispositivo de gravação de saída, como um osciloscópio? Que tal um Radio Shack MM com interface para PC e amplificador operacional (em uma placa de ensaio?)?

ATUALIZAÇÃO: Ela acabou usando um multímetro digital RS com interface para PC. O software foi fácil de usar e os dados podem ser salvos em arquivos de texto no computador. Para cada teste, o DMM fazia uma leitura a cada segundo por 100 segundos (também existem outras opções). O MM foi configurado para gravar mA. Clorou fios de prata de calibre 30 com alvejante para os eletrodos. Aqueles funcionaram bem, mas talvez pudessem ter sido mais grossos e não dobrados tanto. O DMM mediu uma forte reação da planta quando foi submetida a tensão alta (fio de latão acoplado à caneta de bronze para queima de madeira) aplicada por 5 segundos. A tensão da linha de base parecia variar muito de um dia para o outro (mais de 20 dias), mas acho que é porque o eletrodo tocava uma folha ou parte de uma folha diferente a cada dia. Da próxima vez, deve estar no mesmo local para cada planta durante todos os dias.

Se forem necessárias 3000 amostras por segundo, sugiro que o data logger seja construído em algum ATMega com DAC interno e vários canais analógicos. Através do UART, essa configuração será conectada a um PC simples.

A parte difícil é construir o amplificador preciso de mV para as sondas de íons. Este amplificador deve ser de impedância muito alta, com alto ganho e provavelmente com entrada diferencial. Mas existem opamps baratos e precisos nos dias de hoje, por isso não é um grande problema IMHO. Pelo menos US $ 100 deve ser mais do que suficiente.

Não posso apontar a referência exata para essa parte analógica do projeto, mas tenho alguma lembrança de que vi algo semelhante no grande livro "A arte da eletrônica". Pesquise lá alguns esquemas.

Eu usaria alguma solução DAQ de baixo custo como http://labjack.com/u3 ou http://www.mccdaq.com/usb-data-acquisition/USB-1208FS-LS-1408FS-Series.aspx (paraíso também não é usado, mas ambos parecem bons - isso é simples) ou qualquer pacote de hardware / software do osciloscópio USB.

Você precisará de um pré-amplificador para os eletrodos Ag / AgCl, que podem ser construídos com um amplificador de instrumentação como o AD623, circuito inteiro provavelmente com cerca de US $ 20.

Como alternativa, o http://www.backyardbrains.com possui vários kits com amplificadores de ganho bastante alto para biopotenciais, e alguns deles podem ser adaptáveis ​​para seus propósitos.

3KHz soa alto.

Se você puder ser um pouco mais exato sobre quais respostas ela gostaria de avaliar, talvez eu possa ser um pouco mais útil. Incentive-a a criar o experimento para abordar uma hipótese que ela possa responder.

Um DSO-nano ou osciloscópio similar pode ser melhor para o dinheiro, pois permite a visualização de formas de onda (um escopo antigo e barato de CRT por US $ 20 mais uma câmera digital é outro método).

TBH Eu não sabia que as plantas emitiam sinais elétricos; é provável que você tenha dificuldade em provar que é a planta e não apenas a EMC perdida e a planta agindo como uma antena.

Acho muito difícil acreditar que são necessárias 3000 amostras por segundo. Os processos das células humanas são da ordem de 10 a 100 de Hz e nos movemos muito mais rápido e temos um pouco mais de capacidade de processamento / resposta do que as plantas. Eu ficaria surpreso se você precisar de algo mais rápido que alguns Hz. Como caso de teste, acredito que uma armadilha da mosca venusiana é uma das plantas que se movem mais rapidamente e elas se movem lentamente (sim, existem vagens de sementes que entram em erupção a Km / h, mas que armazenam energia).

Há uma razão pela qual esse eqt é caro, é muito difícil detectar pequenos sinais. Existem amplificadores de instrumentação com grau de eletrômetro disponíveis, mas mesmo o uso desses dispositivos é muito complicado, pois as correntes de fuga na superfície do material usado podem causar sinais notáveis. Ter largura de banda / velocidade mais baixa será essencial para reduzir o ruído em qualquer circuito que você criar.

Ironicamente, a maneira mais barata de montar este circuito será a melhor (ou seja, insetos mortos), pois você não desejará construí-lo em uma placa perf ou proto, as correntes de fuga serão muito altas.

Provavelmente, existem amplificadores de instrumentação com grau de eletrômetro. Observarei que muitos dos dispositivos em www.analog.com que eram os "ir para" agora estão obsoletos. Observe também que muitos fabricantes testam dispositivos gratuitamente, especialmente para crianças e projetos científicos ...

Agora, isso leva você apenas a um sinal amplificado e buffer que você precisa inserir no domínio digital, mas observo que outros já lhe deram pistas.

Você precisa de pelo menos 10 gigaohms de impedância - ou seja, maior que a impedância da planta - os instrumentos do texas fazem um bom opamp por cerca de 5 dólares para essa finalidade - caso contrário, a corrente achará mais fácil inserir seu equipamento de medição do que continuar seu caminho pela planta . . 100 amostras por segundo são suficientes - se você acha que um potencial de ação dura talvez 30 ms. Leia a segunda parte deste artigo - um guia de artistas para eletrofisiologia das plantas http://plasticites-sciences-arts.org/PLASTIR/Leudar%20P34.pdf - e deixe-nos saber como é!