Как правильно сушить электроды: как просушить электроды в домашних условиях

Содержание

как просушить электроды в домашних условиях

Поскольку новички часто сталкиваются с вопросом, как прокалить электроды в домашних условиях, мы подготовили для вас пошаговый обзор. Важно понимать, что поверхность электрода – это смазка с пористой структурой. При попадании влаги она может отслаиваться, сыреть, что приводит к негодности проводников. По этой же причине сварщики сталкиваются с проблемой прилипания, искажением шва и другими трудностями.

Чтобы электроды оставались пригодными к использованию, их хранят в герметичной упаковке. Если же производитель не придерживается правил хранения, транспортировки, а реализатор вовсе не знал о правилах хранения проводников, вы сталкиваетесь с отсыревшим расходным материалом. Именно поэтому нужно понимать, как просушить электроды в домашних условиях, чтобы использовать их для сварки. Существует несколько видов сушки. Рассмотрим плюсы и минусы каждой технологии, определимся с наиболее простым способом прокалывания.


Сушка электродов: что собой представляет

Чтобы понять, как прокалить электроды, нужно понимать суть самой технологии. Она представляет собой обработку проводников при воздействии высоких температур – до 400 градусов. Влага не просто присутствует на поверхности, но и разрушает покрытие электрода. Следовательно, расходник тяжело поджечь, сварщик повторяет поджоги, что приводит к созданию многослойного непрочного шва. Удержать сварочную дугу становится практически невозможно. Все это отражается на качестве работы и результате сварки электродами.

Именно поэтому, если вы затеяли сварку в домашних условиях, нужно правильно подготовить расходные материалы к применению. Просушка необходима в ряде случаев:

  • если нарушена герметичность упаковки при хранении и транспортировке электрода;
  • длительное хранение расходников;
  • хранение в условиях повышенной влажности;
  • визуальное скопление влаги на поверхности электрода.

Просушивать электроды в домашних условиях можно не более  трех раз. После этого они становятся непригодными, и даже после термической обработки вы столкнетесь с проблемами в процесс сварки.

Прокаливание сварочных электродов: какое оборудование справится с задачей

Даже если вы хотите просушить электроды в домашних условиях, существует специальное оборудование для этого. Давайте разберемся, какое оно бывает и в чем его особенности.

  1. Электропечь с возможностью прокаливать электроды со встроенным терморегулятором. Это компактное оборудование, которое легко транспортировать и переносить с одного места на другое. В мобильную электропечь помещается до 50 кг электродов. Чаще всего такие модели оснащены автоматизированным управлением, что облегчает работу с ними. Стандартных 220 В будет достаточно для запуска печи и сушки проводников. Модели отличаются между собой уровнем мощности.
  2. Электропечь с функцией сушки. Современные модели оборудования имеют микропроцессор, благодаря которому процесс становится автоматизированным. Теплоизоляционные электрические печи обеспечивают равномерный нагрев, что важно для соблюдения правил просушки электрода. В обычной печи вы не сможете просушить проводники именно из-за того, что нельзя обеспечить равномерность температурного воздействия и контролировать температуру. Максимальная мощность таких электропечей – 8,5 кг. Нагреваются проводники до 400 градусов, больше и не нужно.
  3.  Специальный пенал для сушки электродов. Он представляет собой герметичную тару с поддержанием определенной температуры. Термопенал удобен в использовании за счет компактных размеров. Отличается он спецификой нагрева электрода за счет энергии трансформатора. Также доступны сушки электродов через сеть. Минус термопенала в предельном объеме электродов – до 10 кг. Для домашних условий это оптимальный способ прокалывания.

Особенности просушки электродов в домашних условиях

Если вы решили сушить электроды, вероятнее всего, вы подозреваете попадание влаги. Следовательно, главная цель высушивания – снижение процентного содержания влаги на поверхности электрода. Не обязательно быть специалистом, чтобы просушить проводник. Обратите внимание на информацию, прописанную на упаковке. Производитель должен указать условия просушки изделия.

Если у вас нет специального термопенала, предназначенного для сушки электрода, воспользуйтесь нагревательным предметом, который есть у вас дома. Например, подойдет электрическая духовка. Она обязательно должна быть закрытого типа. Сушка электрода на открытом огне запрещена правилами безопасности.

Если вы игнорируете прокаливание в тех случаях, когда оно крайне необходимо, это может привести к низкому качеству работы, созданию неправильного шва, увеличенному расходу проводника, неудовлетворительному результату.

Сколько времени, при какой температуре и как сушат электроды

Оптимальная температура – в пределах 250, максимально допустимая – 400. Время сушки занимает до 2-х часов. Это зависит от типа электрода, производителя. Если производитель на упаковке не указал требования к процессу сушки, зайдите на его официальный сайт и уточните параметры.


Прокаливать можно любые типы электрода, исключение – целлюлозные. Они не поддаются термической обработке, поскольку при воздействии свыше 70 градусов покрытие электрода разрушается. В результате они становятся непригодными для сварки. Такие типы расходников хранят в металлических банках, поскольку при попадании влаги они не подлежат восстановлению.

Максимально можно просушивать электроды на высоких температурах 3 раза. После этого обмазка осыпается, что приводит к разрушению структуры расходника.

Если сравнивать понятия «прокаливание» и «просушивание», главное отличие заключается в том, что при прокаливании мы придерживаемся строго инструкции производителя. При просушивании электрода пытается избавиться от влаги любым удобным способом.

Соответственно, при сушке мы можем использовать любые термические приборы. Даже строительный фен позволит убрать ненужную влагу. Достаточно загрузить электрод в трубу и прогреть их при температуре не менее 150 градусов. Диаметр трубы определяется по окружности фена. Существуют модели с терморегулятором для сушки, которые позволяют контролировать температуру.

 


Сушка электродов — печь, пенали другие способы

Обмазка электрода имеет пористую структуру и работает как губка, натягивая влагу. Чтобы этого избежать нынешние производители упаковывают электроды в герметичную полиэтиленовую упаковку. Но при длительном хранении электроды все равно отсыревают. Чтобы привести их в рабочее состояние используется печь для сушки электродов. На упаковке, кроме основных характеристик, указывается температура и время просушки (прокалки). Звучит это примерно так: допустимое содержание влаги покрытия перед использованием не более 0,7%. В случае превышения этой нормы требуется электроды прокалить при t 120-160 градусов в течение 1 часа.

Содержание страницы

Когда производится сушка

Если электроды хранились на складе более 3-х месяцев, их нужно подвергнуть просушке, даже если при визуальном осмотре не обнаружено явных признаков повышенной влажности. Также поступают с электродами, которые пролежали более пяти дней без герметичной упаковки. Их технические характеристики ухудшаются, создавая неравномерную дугу и неправильный прогрев металла, как следствие получается некачественный шов. Поэтому, для электродов существуют четкие правила хранения, а также параметры прокаливания и сушки в шкафу, печи или пенале.

Сырые электроды приводят к дефектам сварного шва:

  • происходит образование пор;
  • возможно возникновение свищей;
  • образуются трещины;
  • происходит частое залипание электрода.

Если сварочный шов получается некачественный, возникли проблемы с прилипанием электрода или зажиганием дуги, то в первую очередь необходимо просушить электроды. Это даст не только качественный шов, но и уменьшает расход электродов. Не всегда получается хранить электроды в идеальных для этого условиях. На больших строительных объектах или предприятиях они закупаются крупными партиями и сберегаются достаточно продолжительное время. В домашних условиях электроды также портятся из-за длительного хранения в гараже, подвале или на даче.

Как производится сушка

Для разных электродов температура и время выдержки разные, поэтому прежде чем приступить к сушке внимательно изучите упаковку. Зарубежные производители на своих коробках не всегда указывают параметры сушки, что бы их узнать нужно зайти на сайт производителя, где выложены более подробные технические характеристики. Так как целлюлозные электроды в процессе работы должны иметь наименьшее содержание влаги в покрытии, то их упаковывают в металлические банки и данный вид электродов прокаливать не рекомендуют. На практике же их можно прокаливать при температуре не выше 70 градусов, иначе покрытие разрушится.

Для этого разработаны специальные приспособления:

  • печь;
  • шкаф;
  • пенал.

Кроме этого, существуют «народные» способы – как сушить электроды без применения специального оборудования. Прокалку и просушку рекомендуют проводить не более 3 раз. Практика показала, что при большем количестве прокаливаний обмазка крошится и осыпается.

Стационарные печи для сушки электродов

В стационарных условиях используют электронагревательную печь. Это металлический шкаф со специальными лотками под электроды. Для поддержания заданной температуры все стенки в нем отделаны теплоизолирующими материалами. Она снабжена термостатом средних температур в пределах 60 – 500 градусов для того, чтобы проводить сушку в строгом соответствии с требованиями производителя. Это гарантирует равномерный нагрев и сохранение температуры на протяжении всего процесса. В зависимости от размеров и количества лотков, печь может быть рассчитана на одновременную загрузку партий весом от 10 до 250 кг.

Процесс сушки очень прост – электроды помещаются внутрь печи на требуемое время. Температура нагрева регулируется и поддерживается автоматически. В новых моделях имеется таймер, который через строго указанное время отключит печь. За счет термоизоляции процесс остывания происходит равномерно. После этого электроды уже готовы к использованию.

Пеналы термосы и термопеналы

Часто так случается, что сварочные работы ведутся на улице или в условиях повышенной влажности, поэтому электроды могу быстро отсыреть и вновь прийти в негодность. Для таких случаев специально разработаны пеналы. Они герметичны и имеют термоизоляцию, позволяя электродам длительное время находится в сухом состоянии. По конструкции различают пеналы термосы и термопеналы.

Пеналы термосы небольшого размера и имеют теплоизолирующее внутреннее покрытие. Они особенно удобны для хранения уже просушенных электродов на объектах строительства в любую погоду и пору времени. Пенал для сушки электродов оснащен нагревательными элементами, термостатом и позволяет проводить сушку прямо на месте. Он небольшого размера и может высушить около 10 килограмм электродов за раз. Термопеналы имеют два типа подключения – к розетке и к сварочному трансформатору.

Сушильное оборудование дает возможность получения различных температурных режимов и точный контроль по времени, позволяя прокаливать электроды различных марок и производителей. Оно восстанавливает рабочие свойства электродов, ускоряет работу сварщика и экономит деньги на покупке новых электродов. Просушить электроды намного быстрее и проще, чем переделывать потом некачественный сварной шов.

Как сушить электроды в домашних условиях

Главной целью прокалки является уменьшение процентного содержания влаги в покрытии сварочных электродов, структура при этом никоим образом не меняется. Чтобы высушить электроды не нужно владеть особыми навыками или знаниями. Достаточно посмотреть на упаковке температуру и время проведения процесса. В среднем советуется проводить процедуру при температуре 220 – 250 градусов в течение 1,5 – 2 часов.

Для этого можно воспользоваться любым нагревательным прибором, который у вас есть дома. Отлично подойдет электродуховка или газовая духовка. Электродуховка более пригодна для сушки, чем газовая, так как в газу содержится некоторое количество воды и ни в коем случае нельзя проводить прогрев на открытом огне. Качество такого способа ни сравнится с результатом, используя профессиональный шкаф или пенал.

В данной ситуации самым неправильным решением будет совсем не прокаливать электроды. Это приведет к увеличенному расходу материалов, некачественному шву, и потери времени, а в худшем варианте переделке всей работы.

Процедура просушивания (дегидратации) электродов — как и зачем выполняется


Главная / Электроды

Назад

Время на чтение: 2 мин

0

55

Электрод – это металлический стержень, покрытый специальной пористой смесью. Которая при взаимодействии с внешней средой напитывается водой делая электроды не пригодными для работы.

Для сбережения функций стержни пакуют в вакуумные упаковки. Однако, после вскрытия вода проникает в напыление и через некоторое время становиться понятным, что электроды отсырели.

Начинаем интересоваться, можно ли просушить стержни своими руками, чтобы вновь ими воспользоваться. Предварительно нужно пополнить знания о правильности высушивания электродов.

Ниже мы распишем, что собой представляет прокалка (просушка) сварочных стержней и какие виды дегидратации следует применять.

  • Прокалка сварочных стержней
  • Агрегаты для прокаливания
  • Принцип дегидратации
  • Просушка своими руками
  • Просушка УОНИ13/55
  • Подытожим

Что представляет собой прокалка электродов перед сваркой?

Прокалка электродов в домашних условия – это термическая обработка, которая позволяет избавиться от влаги в их покрытии. Лишнее количество влаги приводит к тому, что электрод сложно поджигать и его покрытие начинает осыпаться. Все это самым непосредственным образом сказывается на качестве работы. Именно поэтому, прежде чем сваривать что-то электродом, нужно их тщательно проверить и произвести их подготовку.

Многие пользователи задаются вопросом: с какой целью производят прокалку?

Выполнять ее нужно в таких ситуациях:

  • материалы хранились длительный период времени,
  • электроды находились в местах, где слишком большой уровень влажности,
  • на изделия попала влага.
  • в процессе работы вы заметили, что на них слишком много влаги.

Обратите внимание! Прокалка электродов перед сваркой – важнейший процесс, без которого просто невозможно получить хороший результат работы. Но, выполнять процедуру более двух раз нельзя, т.к. существует высокая вероятность того, что все покрытие может отколоться от стержня.


контейнер для хранения электродов

Прокаливать электроды нужно еще и в тех случаях, когда необходимо повысить температурный режим расхода материалов перед работой. Не со всеми из них можно работать без предварительного разогрева, поскольку из-за слишком большого перепада температур можно изувечить сварочную ванну, и в конченом итоге вы будете иметь некачественный шов.

Пеналы термосы и термопеналы

Часто так случается, что сварочные работы ведутся на улице или в условиях повышенной влажности, поэтому электроды могу быстро отсыреть и вновь прийти в негодность. Для таких случаев специально разработаны пеналы. Они герметичны и имеют термоизоляцию, позволяя электродам длительное время находится в сухом состоянии. По конструкции различают пеналы термосы и термопеналы.

Пеналы термосы небольшого размера и имеют теплоизолирующее внутреннее покрытие. Они особенно удобны для хранения уже просушенных электродов на объектах строительства в любую погоду и пору времени. Пенал для сушки электродов оснащен нагревательными элементами, термостатом и позволяет проводить сушку прямо на месте. Он небольшого размера и может высушить около 10 килограмм электродов за раз. Термопеналы имеют два типа подключения – к розетке и к сварочному трансформатору.

Сушильное оборудование дает возможность получения различных температурных режимов и точный контроль по времени, позволяя прокаливать электроды различных марок и производителей. Оно восстанавливает рабочие свойства электродов, ускоряет работу сварщика и экономит деньги на покупке новых электродов. Просушить электроды намного быстрее и проще, чем переделывать потом некачественный сварной шов.

Разновидности оборудования для прокалки

Сушка электродов в домашних условиях производится в специальных приспособлениях. Для этого вы можете использовать:

Правильное хранение

Чтобы не допустить образования лишней влаги в электродах, их следует правильно хранить. Заводская термоусадочная пленка не всегда может уберечь изделия, особенно при длительном хранении.

Первое, что нужно запомнить — это температурный режим в помещении, где лежат стержни. На складе или в подсобке должно быть не холоднее 15°С. Комнатной температуры будет вполне достаточно, чтобы они не отсырели. Не допускайте также больших перепадов температур. Из-за этого внутри упаковок может образоваться конденсат.

Другой важный момент — это уровень влажности. Он должен быть минимальным. В противном случае электроды очень быстро наберут влагу. Сушка может не помочь и придется тратить много времени на прокалку.

Отдельно позаботьтесь о защите электродов от механических воздействий. Повреждение или скол покрытия ухудшают сварочные свойства.

Соблюдение таких простых правил позволит продлить срок хранения электродов. Они сохранят свои качества, и вы сможете выполнить качественные и надежные соединения.

Технология сушки электродов

Для различных электродов температура и временной период выдержки – разные. Именно поэтому, перед тем как прокаливать их, нужно хорошо ознакомиться с инструкцией, имеющейся в упаковке, чтобы понять как сушить электроды того или иного производителя. Зарубежные производители не всегда указывают условия и параметры сушки на упаковке. Поэтому придется зайти на их сайт и найти интересующую вас информацию.

На заметку! Целлюлозные электроды должны иметь минимальное содержание влаги в покрытии, в связи с этим, они выпускаются в металлических банках и специалисты не советуют прокаливать такой вид электродов.

Как показывает практика, температура прокалки электродов этого типа должна быть не более 70°С, иначе их покрытие будет повреждено.

Итог

Правильная подготовка к сварочным работам является залогом ее надежного и качественного выполнения. Это касается и электродов, которые должны быть высушены и прокалены, особенно при сварке ответственных металлических конструкций или получении герметичных швов.

В то же время не стоит забывать сколько раз можно подвергать их термообработке, ведь прокаливать электроды более двух раз не рекомендуется. Это связано с тем, что электродное покрытие может разрушиться, и стрежни станут непригодными для работы.

Как просушить электроды в домашних условиях

Как уже отмечалось, основная цель прокалки – это снижение количества влаги, содержащегося в покрытии электродов. Процедура эта — достаточно простая и нетрудоемкая. Вам необходимо изучить упаковку и найти параметры температуры и времени, в соответствии с которыми должна выполняться работа. В среднем, прокалка занимает полтора-два часа при температуре 200-250°С. Использовать вы можете любой нагревательный прибор, который у вас имеется. Лучше всего выполнять процесс сушки в духовке. Безусловно качество такой процедуры будет ниже, чем при использовании электропечи или термопенала, но все же лучше, чем ничего.

Просушка УОНИ13/55

Стержни УОНИ13/55 незаменимы при сваривании ответственных элементов и конструкций. Они наиболее нужные и популярны. Прокалить (просушить) сварочные стержни УОНИ13/55 нужно перед использованием.

Тем самым вы создадите стабильное горение дуги и высокое качество шва. Вводные параметры для осушения: 250-300 градусов Цельсия, время – 1 час. Лучшего результат можно достичь производя такую процедуру в электропечах в спецтаре.

Прокалка электродов уони


печь для прокалки электродов
Наиболее популярными и востребованными считаются электроды уони 13/55. Для примера мы рассмотрим технологию их прокалки. Прокаливание сварочных электродов уони 13 55 должно производиться перед их применением. Так вы сможете обеспечить стабильное горение сварочной дуги и высокое качество образуемого шва. Температура, при которой производится процедура, должна быть 250-300°С, время – 1 час. Лучше всего прокаливать электроды в специальной печи, поместив их в специальные коробки.

Подводя итог всего вышеописанного понятно, что сушка электродов для сварки — процедура не сложная, но обязательная. Лучше всего использовать печь для прокалки электродов. Зная как просушить электроды в домашних условиях, вы значительно облегчите сварочные работы.
[Всего голосов: 1 Средний: 1/5]

Когда производится сушка

Если электроды хранились на складе более 3-х месяцев, их нужно подвергнуть просушке, даже если при визуальном осмотре не обнаружено явных признаков повышенной влажности. Также поступают с электродами, которые пролежали более пяти дней без герметичной упаковки. Их технические характеристики ухудшаются, создавая неравномерную дугу и неправильный прогрев металла, как следствие получается некачественный шов. Поэтому, для электродов существуют четкие правила хранения, а также параметры прокаливания и сушки в шкафу, печи или пенале.

Сырые электроды приводят к дефектам сварного шва:

  • происходит образование пор;
  • возможно возникновение свищей;
  • образуются трещины;
  • происходит частое залипание электрода.

Если сварочный шов получается некачественный, возникли проблемы с прилипанием электрода или зажиганием дуги, то в первую очередь необходимо просушить электроды. Это даст не только качественный шов, но и уменьшает расход электродов. Не всегда получается хранить электроды в идеальных для этого условиях. На больших строительных объектах или предприятиях они закупаются крупными партиями и сберегаются достаточно продолжительное время. В домашних условиях электроды также портятся из-за длительного хранения в гараже, подвале или на даче.

Сварочный аппарат для меди

Основные агрегаты определены как полуавтоматические, автоматические, аргонные, инверторные агрегаты. Каждый из аппаратов выполняет работы различным способом производства, оснащен отличительными характеристиками.

  1. Соединение медных пластин может осуществляться аргонной средой органами вольфрамового типа. Инверторы современного типа питаются от бытовой сети, оснащены автономной системой охлаждения, имеют малый вес.
  2. С проволокой применяется полуавтоматические установки. Существуют различные узлы, в том числе и отечественные, не уступающие импортным аналогам по производительности.
  3. Медные провода также соединяются инвертором, основной особенностью является экономичность, низкое потребление электроэнергии. Защита от залипания, горячий старт позволят действовать начинающему мастеру без предварительного обучения.

Самодельный сварочный аппарат для сварки угольными электродами

При домашнем использовании наилучшим выбором является агрегат мощностью до 3,5 кВт. Выдаваемой мощности достаточно для соединения меди толщиной 5 мм. Низко ресурсные механизмы не навредят бытовой электросети, предотвратят выход из строя приборов.

Прокалить или просушить — в чем разница

Процедуры прокалки и сушки схожи практически по всем параметрам. Однако, есть некоторые незначительные различия. Прокаливание выполняется строго по инструкциям, представленным на упаковке (как на фото выше). Главная цель просушивания — удаление влаги. Поэтому для данной процедуры не так важно точно и серьезно следовать рекомендациям.

Таким образом, в некоторых случаях можно применять «народные» средства для осуществления термообработки. Но для этого необходимо обладать информацией о том, как просушить электроды в домашних условиях. Сведения следует черпать из надежных источников и полагаться только на мнения мастеров. Основные разъяснения о том, как просушить электроды в домашних условиях указаны ниже.

Трудности при сварке

Необходимо следовать рекомендациям мастеров, т.к. металл отличается по характеристикам от других составляющих. Основные трудности и моменты, возникающие в процессе:

  • Жидко текучесть осложняет соединение швов вертикальным положением. Нижним положением сваривание производится с применением прокладки, вертикальные произведения доступны в кратковременном режиме.
  • Высокая степень теплопроводности материала, потребует использования способов отвода тепла из зоны стыковки.
  • Линейное расширение при нагреве влияет на повышенную склонность к деформации, образование трещин.

Также следует помнить про способность поглощать кислород и водород, при воздействии высоких температур. Склонность к окислению требует применения специальных гелей, состоящих из кремния, фосфора либо марганца.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сварка меди и ее сплавов технология

Сплавы меди в отличие от чистого вида металла имеют пониженную теплопроводность, следствием чего не требуется повышенная температура. Существует несколько разновидностей сплавов, наилучшим вариантом является бескислородная медь. Технология сварки меди подразумевает использование предварительно подготовленных изделий. Перед сваркой изготавливаются детали соответствующего размера, у составляющей длиной до 18 мм подготавливаются кромки фасок.

При действиях с большими объемами, скорость обработки достигается с использованием фаскоснимателя, который способен обрабатывать деталь в нужной форме. Кроме того, места соединений тщательно очищаются от грязи и окислений, во избежание образования дефектов. Сварка меди происходит защищенной от кислорода среде, для этого используются проволока из сплавов алюминия с добавлением фосфора. Очищенная от примесей часть требует предварительного нагрева, иначе слой флюса растечется по швам неравномерно.

Дуговая сварка

Качественное производство выполняется с применением электродов, длина дуги составляет не более 5 мм. Соединение импульсно – дуговым методом позволяет производить различные швы, использовать тонкий металл. В сложных ситуациях, во избежание излома и образования трещин, подкладывается упор, который способствует надежному креплению деталей.

Требования к прокалке

Основными показателями при прокалке являются следующие параметры: необходимость проведения процедуры сушки, её режимы и количество прокалок.

Отсутствие термообработки может привести к увеличенному расходу материалов, получению некачественного шва, потери времени, а иногда и к переделке всей работы. Поэтому, если существует неуверенность в условиях и продолжительности хранения электродов или в покрытии присутствует влага, то необходимо обязательно произвести прокаливание.

  • Оптимальный режим просушки материалов указан на упаковке или в технической документации.
  • Электроды проходят заводскую прокалку, поэтому проводить их обработку снова можно не более трех раз.

Более подробно о процессе прокаливания в отдельной статье.

[ads-pc-2][ads-mob-2]

Что такое электросварка?

Электрическим называют один из методов сварки, когда для нагрева и последующего расплавления металлов применяется электрическая дуга. Температура последней доходит до 7000°С, что намного превышает температуру плавления большинства металлов.

Процесс электросварки протекает следующим образом. Для образования и поддержания в рабочем состоянии электрической дуги подается ток от сварочного прибора к электроду.


В процессе сварки основной металл и металлическая сердцевина электрода расплавляются и перемешиваются, образуя прочный и неразрывный шов (+)

Когда электродный стержень касается свариваемой поверхности, проходит сварочный ток. Под его воздействием и воздействием электрической дуги электрод и металлические кромки свариваемых элементов начинают плавиться. Из расплава образуется, как говорят сварщики, сварочная ванна, в которой расплавленный электрод перемешивается с основным металлом.

На поверхность ванны всплывает расплавленный шлак, который образует защитную пленку. После отключения дуги металл постепенно остывает, образуя шов, покрытый окалиной. После полного остывания материала ее счищают.

Для сварки могут использоваться неплавящиеся и плавящиеся электроды. В первом случае для образования сварочного шва в расплав вводят присадочную проволоку, во втором этого не требуется. Для образования и последующего поддержания в рабочем состоянии электрической дуги используется специальное оборудование.

Навыки на поприще сварщика в бытовых условиях требуются для выполнения обширного ряда работ:

Галерея изображений

Фото из

Сооружение металлического каркаса теплицы

Сборка арматурной сетки для фундамента

Изготовление больших и малых ограждений

Устройство лестниц и входных групп

Как просушить электроды — Сварочные электроды

Как просушить электроды

Повышенная влажность способна значительно навредить работоспособности электродов и сделать невозможным создание герметичных соединений при ручной сварке. Выходом является прокалка электродов, которая позволит созданным соединениям работать даже под давлением.

Вопрос – как просушить электроды решается различными путями. На сегодняшнее время существуют специальные приспособления для этих целей, например термопенал ТП 10/150 и ТП-5/150. Преимущества применения термопеналов очевидны, поскольку сушка электродов в них происходит равномерно и быстро, что значительно влияет на качество сварки.

Как просушить электроды

Следует иметь в виду, что если электрод уже слишком сильно пострадал от влаги, то резко сушить его с помощью высоких температур запрещено: вода даст налёт известняка и пузыри от закипания. Рекомендуется выдержать электрод не менее двух часов в температуре меньше 100 градусов, после чего можно повысить её.

Важно, чтобы размещение в более низкую температуру, осуществлялось вместе с сушильной печью. Вред может принести и слишком резкое вынимание высушенных электродов на воздух.

Сушку электродов в домашних условиях можно осуществить на обычном радиаторе отопления: горячая батарея может всего за двое суток сделать электроды пригодными для сварки. Простым способом является и сушка электродов в домашнем духовом шкафу.

Однако если предполагаемая сварка не является бытовой и требует особо серьёзного подхода, то необходимо воспользоваться специальной сушащей электропечью. Рабочий диапазон таких печей позволяет производить сушку и прокаливание электродов для сварки до 400 градусов. Ознакомиться с подобным оборудованием, можно перейдя по ссылке http://m-stroykomplekt. ru/ .

При этом важно знать то, что прокаливание может принести пользу только без злоупотреблений: его нельзя производить более двух раз.

Как хранить электроды

Для правильного хранения электродов, запрещено выбирать места с повышенной влажностью, а также использовать негерметичные упаковки. Следует знать, что если вследствие нарушения правил хранения, из электрода выделяется вода, то даже их прокалка может не помочь в достижении качественных результатов при ручной сварке.

Как видно, сушка и прокалка электродов могут осуществляться различными способами, но самым универсальным и экономичным вариантом будет приобретение термопенала. Такое устройство достаточно компактно и без труда перемещается при необходимости. Пенал хранит электроды в условиях до 150 градусов и защищает их от возможных вредных воздействий окружающей среды.

Особенности прокалки и сушки сварочных электродов

Многие задаются вопросом, как прокалить электроды в домашних условиях. Они хорошо впитывают влагу, поскольку покрытие имеет пористую структуру. Чтобы уберечь стержни от влаги, производители поставляют их в герметичной упаковке. Тем не менее она не может защитить электроды, если они долго не использовались или хранились в плохих условиях. Чтобы вернуть им изначальные свойства, необходимо уменьшить уровень влаги. Сегодня мы узнаем, как проводится сушка электродов и что для этого нужно.

Содержание статьи:

Оборудование для прокалки электродов

Есть несколько видов оборудования, предназначенного для термической обработки электродов и подготовки их к работе. Начнем с основного — печь.

Печь для прокалки представляет собой металлический ящик с лотками для стержней. Чтобы сохранять в ней постоянную температуру, стенки отделаны специальными материалами, удерживающими тепло. Благодаря этому электроды будут прогреваться равномерно в течение всего времени прокалки. В зависимости от ваших нужд, печи могут нагреваться до различных температур. Наиболее “ходовыми” являются значения от 50°С до 650°С.

Увидеть как выглядит такая печь, можно на этом видео:

Другой “гаджет”, который пригодится сварщикам — это пенал. Он не прогревает электроды, а только поддерживают их в сухом и подогретом состоянии. Его особенность в том, что он полностью изолирован и герметичен. Используя пенал, можно быть полностью уверенным, что электроды не отсыреют, пока вы будете работать.

Есть и другая разновидность такого приспособления — термопенал. Он позволяет не только сохранять температуру стержней, но также может их прогревать. Термостат и встроенный нагрев, позволяют подготавливать расходники прямо на месте работы.

Термопеналы выглядят как маленькие ящики с дверцей. Они весят около 3 кг и могут выдавать температуру до 120°С.

Другой тип оборудования — это шкафы. Они имеют схожие с термопеналами функции. Корпус шкафа изолирован и сохраняет тепло. В зависимости от модели, шкафы оснащаются термостатом и термометром.

Шкафы применяются на больших производствах, где нужно одновременно подготовить большое количество стержней.

Инструкция прокалки

Разные электроды требуют разной температуры и времени прокалки. Эти параметры указываются на упаковках. Поэтому перед работой необходимо ознакомиться с инструкциями производителя. Иностранные заводы не всегда пишут как нужно прогревать стержни. Придется зайти на официальный сайт и найти эту информацию.

Не все электроды нужно прокаливать. Так, стержни с целлюлозным покрытием выпускаются в металлических банках и прогревать их перед работой не нужно.

На практике прокалка выглядит очень просто. Нужно разогреть печь до нужной температуры и поместить в нее электроды на определенное время, по истечении которого они будут готовы к работе. Ими сразу можно варить, либо можно переместить их в термопенал, чтобы взять с собой на объект.

Для примера, электроды Уони 13/55 прокаливаются при температуре около 270°С в течение 1 часа.

Сушка и прокалка — различия и особенности

Помимо прокалки, имеется такое понятие как сушка электродов. Оно означает непосредственную подготовку изделия к работе. В свою очередь прокалка электродов выполняется для ликвидации лишней влаги и устранения последствий неправильного или долгого хранения.

Сушка подразумевает сокращение уровня влаги в стержнях до минимально-приемлемого. Она производится при небольших температурах и не оказывает серьезного влияния на покрытие.

Прокалка может выполняться для улучшения качеств электродов и приведения их в “рабочее состояние”. Особенностью этой процедуры является продолжительное время воздействия и высокая температура.

Обратите внимание, что специалисты не рекомендуют прокаливать электроды более 2 раз. Покрытие можно отколоться от сердечника и ими будет невозможно пользоваться.

Прокалка в домашних условиях

Подготавливать электроды в домашних условиях следует только если у вас нет другой возможности, и только если стержни будут использоваться дома. “Народные” методы можно использовать для не очень важных работ, к которым не предъявляются высокие требования качества.

Самым простым и очевидным вариантом является прокалка в духовке. Прокаливать электроды на газу не стоит, потому что в нем содержится некоторое количество воды.

Данную процедуру можно также провести на радиаторе отопления. Оставьте на нем прутки на пару дней. Этого будет достаточно, чтобы провести сварку.

Некоторые мастера используют для прокалки строительный фен. В этом случае нужно будет поместить электроды в трубу или другу емкость.

Не пользуйтесь такими методами прокалки и сушки при работе с ответственными конструкциями.

Правильное хранение

Чтобы не допустить образования лишней влаги в электродах, их следует правильно хранить. Заводская термоусадочная пленка не всегда может уберечь изделия, особенно при длительном хранении.

Первое, что нужно запомнить — это температурный режим в помещении, где лежат стержни. На складе или в подсобке должно быть не холоднее 15°С. Комнатной температуры будет вполне достаточно, чтобы они не отсырели. Не допускайте также больших перепадов температур. Из-за этого внутри упаковок может образоваться конденсат.

Другой важный момент — это уровень влажности. Он должен быть минимальным. В противном случае электроды очень быстро наберут влагу. Сушка может не помочь и придется тратить много времени на прокалку.

Отдельно позаботьтесь о защите электродов от механических воздействий. Повреждение или скол покрытия ухудшают сварочные свойства.

Соблюдение таких простых правил позволит продлить срок хранения электродов. Они сохранят свои качества, и вы сможете выполнить качественные и надежные соединения.

Заключение

Прокалка и сушка электродов очень важный этап в подготовке к сварочным работам. Благодаря этим процессам, стержни приходят в рабочее состояние и обеспечивают максимальное качество соединения и комфортную работу. После прокалки у вас не будет возникать сложностей с поджигом дуги, залипанием и формированием шва.

 

Сколько раз можно прокаливать электроды

Некоторые сварщики, даже опытные, могут интересоваться вопросом, сколько можно раз прокаливать электроды. Например, перед использованием Вы прокалили сварочные электроды. Потом Вы сделали ними какую-либо работу, то есть сварили изделие.

После того как Вы закончили работу у Вас может остаться несколько десятков электродов, а, может быть, и больше. Потом они могут пролежать у Вас несколько месяцев, и, они Вам могут снова понадобиться. Прокаливая их повторно, Вы можете задумываться над тем, влияет ли количество прокаливаний на качество покрытия, а, соответственно, и на качество сварочного шва.

В таком случае Вам нужно помнить, что количество прокаливаний может негативно сказаться на качестве покрытия сварочных электродов. Таким образом, слишком частые прокаливания электродов негативно сказываются на сварочном шве, нанесенном ними.

Поэтому прокаливание сварочных электродов рекомендуется не производить более трех раз, потому что прокаливание более трех раз негативно влияет на прочность сваренных ними изделий. Если Вы решили производить прокаливание в четвертый раз, то Вам нужно помнить, что Вы подвергаете сваренное изделие на быструю изнашиваемость и разрушение. Таким образом, изделие, сваренное четыре и более раз, будет сильно подвержено разрушению и не сможет быть долговечным.

Однако для того чтобы сварочные электроды не нуждались в повторной прокалке Вам нужно правильно их хранить. Хранить их от воздействия влаги Вы можете прямо в печи для прокалки электродов, которую Вы используете, чтобы прокаливать сварочные электроды.

Чаще всего для хранения используются специальные склады, которые могут быть разными: переносными или стационарными. Также нередко используются переносные контейнеры, в которых можно хранить сварочные электроды. В таком месте они не будут подвержены воздействию факторов окружающей среды.

Для хранения сварочных электродов прямо на рабочем месте Вы можете использовать небольшие пеналы, в которых они будут в безопасности. Емкость такого пенала составляет до 5 килограммов электродов. Находясь в таком пенале, электроды надежно защищены от влаги благодаря конструкции пенала, которая обеспечивает герметичность.

Также электроды в некоторых случаях подвешивают на ремнях, чтобы они не подвергались воздействию влаги и других факторов окружающей среды. Ремень очень удобен и для того чтобы взять его с собой. Масса такого пенала составляет около 600 грамм.

Вам важно помнить, что если сварочные электроды хранятся в хороших условиях и не подвергаются воздействию влаги, то они не будут нуждаться в многочисленной прокалке. Если же Вы разгермитизировали упаковку, то Вам нужно прокалить электроды, потому что они, скорее всего, уже подверглись влиянию влаги и не смогут производить сваривание высокого качества. Из всего выше сказанного можно заключить, что электроды нужно правильно хранить и не прокаливать более трех раз.


Прокалка электродов: температура, время, способы прокаливания | ММА сварка для начинающих

Прокалка электродов: температура, время, способы

Прокалка электродов: температура, время, способы

Чтобы электроды не прилипали к поверхности металла, и варить ими было намного проще, следует их прокалить перед применением. Процедура прокаливания электродов достаточно проста, нужно лишь знать температуру и время, а также, где можно осуществить прокалку электродов в домашних условиях.

Забегая вперёд, следует отметить, что для прокаливания электродов существуют специальные печи и термопеналы. Что же касается бытовых условий, то прокалить электроды, в данном случае, можно разными способами, соблюдая при этом температуру и время прокаливания.

Также нужно помнить о том, что прокалка электродов осуществляется лишь определенное число раз. В противном случае, можно испортить электродную обмазку и выкинуть деньги на ветер. Итак, о том, как прокалить электроды в домашних условиях, можно будет узнать из этой статьи сайта про ММА сварку mmasvarka.ru.

Когда нужна прокалка электродов

Прокаливание электродов целесообразно выполнять в ряде таких случаев:

  • Когда электроды долго не использовались или хранились в ненадлежащих условиях, например, при повышенной влажности в месте хранения;
  • В том случае, если варить электродами трудно, и они все время прилипают к металлу;
  • При визуальном осмотре электродов видно, что их обмазка оказалась сырой.

Во всех вышеперечисленных случаях, осуществлять сушку и прокалку электродов просто необходимо, для того, чтобы получить качественный сварочный шов.

Сколько раз можно прокаливать электроды

Как было сказано выше, существует определенное количество раз прокалки электродов. Делать прокаливание, каждый раз, перед выполнением сварочных работ, нет необходимости. Если говорить конкретно о количестве, то не рекомендуется прокаливать электроды более трех раз.

Следует знать, что на заводе, уже осуществлялась прокалка электродов перед их упаковкой, поэтому, если электроды были только что приобретены, то они, как правило, не требуют какой-либо прокалки, и уже полностью пригодны к работе. Кроме того, не следует прокаливать все электроды одним махом. В любом случае, если вы их не сумеете выработать, то прокаливание потребуется осуществлять снова.

Поэтому достаточно взять требуемое количество электродов для работы, после чего прокалить их и использовать. О том, как рассчитать, сколько электродов в одной пачке, уже рассказывалось ранее на сайте про ручную дуговую сварку.

Время и температура прокалки электродов

Следует знать, что разные типы электродов, требуют разного времени и температуры прокаливания. Найти более точную информацию по данному поводу можно на пачке с электродами, которая, как правило, всегда снабжена подобного рода информацией.

Для большинства электродов, достаточно 25-30 минут прокалки, при температуре в +110 градусов. Кроме того, не следует путать прокалку и сушку электродов, поскольку при сушке, достаточно положить электроды перед использованием на работающую батарею отопления. Здесь нет необходимости в больших температурах.

Где прокалить электроды в домашних условиях

Если под рукой не оказалось термопенала или нет специальной печи для прокалки электродов, то, в домашних условиях, качественно осуществить прокаливание электродов можно в электрической духовке или на крайний случай в газовой.

Почему не рекомендуется прокаливать электроды в газовой духовке? На самом деле все очень просто, поскольку в газе имеется некоторые количество влаги, которая негативным образом повлияет на процесс прокалки. Кроме того, следует всегда помнить о том, то прокалка электродов на открытом огне, попросту недопустима.

Можно использовать для прокалки электродов и строительный фен. Чтобы осуществить прокалку таким способом, электроды помещаются в металлическую трубу, которая затем нагревается строительным феном. Однако у этого способа прокалки электродов очень много недостатков, и самый главный из них, это невозможность поддержания оптимальной температуры прокаливания.

Еще статьи про сварку:

Сухие электроды ЭЭГ — PMC

В этом подходе поверхность электрода состоит из массива шипов, которые либо непосредственно соприкасаются с кожей головы, либо прокалывают SC для лучшего электрического прикрепления и механической фиксации к коже головы. Шипы были разработаны в масштабе нанометров, микрометров (MEMS) и миллиметров.

3.1.1. Nano, Micro и Millineedles

В работе [8] набор силиконовых микроигл был протестирован для записи ЭЭГ во время мониторинга анестезии (см. ).Конфигурации электродов с различными аспектами и характеристиками были проанализированы, и было установлено, что наиболее значимыми факторами, влияющими на импеданс, были размер электрода и материал покрытия. Например, электроды с покрытием Ag/AgCl показали значительно более низкий импеданс, чем электроды с покрытием Ag ( p < 0,01). Как и в случае электродов Ag/AgCl дискового типа, импеданс увеличивался с уменьшением размера электрода. Адекватный импеданс для измерений ЭЭГ был получен с электродной решеткой всего 3 × 3 мм 2 .Длина шипов, которая является ключевым фактором в конструкции, поскольку она определяет хрупкость электрода, также была проанализирована, не обнаружив существенной разницы между 200 и 170 мкм ( p > 0,3). При наилучшей конфигурации (с покрытием Ag/AgCl, 3 × 3 мм 2 ) минимальные импедансы составляли 0,65 кОм и 16 кОм при 1 кГц и 0,6 Гц соответственно. Что касается качества записанного сигнала, записи ЭЭГ с коммерческими электродами Zipprep показали аналогичное качество при визуальном осмотре.Исследование пришло к выводу, что массив микроигл удобен для пациента, а также подходит для долгосрочной записи ЭЭГ в реальном времени. Этот подход, однако, имеет недостаток, а именно прочность игл. Хотя в исследовании сообщалось о низкой частоте сломанных спайков (0,3%), когда спайки сломаны, они вызывают несоответствие импеданса в дифференциальных показателях, а также инфекции. Последнее оправдывало бы проведение процесса стерилизации за три часа до начала эксперимента.С точки зрения удобства использования этот процесс, очевидно, менее удобен, чем мокрые электроды, и вряд ли будет использоваться в неклинических приложениях, таких как интерфейсы мозг-компьютер (BCI) [9,10]. Другим важным аспектом, который следует учитывать, является то, что электроды располагались на лбу для контроля анестезии (механизм фиксации не сообщался). Поэтому ограничения, связанные с наличием волос, не оценивались.

( a ) Комплект силиконовых микроигл.Адаптировано из [8]; ( b ) Массивы многослойных углеродных нанотрубок. Адаптировано из [11]; ( c ) Детали микронаконечника. Адаптировано из [12]; ( d ) Сухой миллиэлектрод, напечатанный на 3D-принтере. Адаптировано из [16].

Шесть лет спустя были разработаны массивы многослойных углеродных нанотрубок (см. ), чтобы проникать в роговой рог, что привело к удобному и безболезненному интерфейсу благодаря крошечному размеру шипов [11]. Использование этой технологии меньшего размера (диаметр нанотрубки 50 нм, длина 15 мкм) привело к снижению риска инфицирования по сравнению с микроподходами.Производительность и качество записанного сигнала визуально сравнивались с коммерческой системой влажной ЭЭГ, показывая аналогичные результаты как в частотной, так и во временной областях. Хотя было заявлено, что нанотрубки могут быть покрыты для улучшения преобразования ионных токов в электронные, импеданс электрода не сообщался. Эта отсутствующая информация имеет решающее значение для оценки относительного влияния как входного сопротивления входного усилителя, так и импеданса рассогласования. Общим аспектом с [8] является то, что положение сухого электрода во время протокола оценки было на лбу (положение Fp2 в международной системе 10–20) с референсом на носу.Опять же, не оценивалось ни нарушение, связанное с наличием волос, ни механизм фиксации (из контекста предполагается, что использовались повязки на голову или шлем).

Возвращаясь к микродиапазону, в 2010 году был представлен новый сухой электрод, состоящий из массива микроострий 4 × 4 на кремниевой подложке, покрытой оксидом иридия [12]. Самой замечательной новинкой этого сухого электрода была его способность как для записи, так и для электротактильной стимуляции. Использование оксида иридия является перспективным материалом для стимуляции, который обеспечивает высокую емкость переноса заряда и низкий постоянный импеданс во всем диапазоне частот [13].Электрод был электрически охарактеризован не в эксперименте in vivo , а в монтаже «спина к спине» (, т. е. , монтаж «электрод-получил-электрод», см. фазу примерно от 4 Гц и далее. Сигналы, записанные с помощью этого электрода, визуально сравнивались с мокрыми электродами как в частотной, так и во временной области, что дало аналогичные результаты. Из-за хрупкости наконечника и необходимого давления для прокола кожи головы некоторые из наконечников могут сломаться во время проникновения через кожу, особенно те, у которых соотношение сторон больше, чем у предлагаемого электрода, а именно 150–200 мкм основание, 100–200 мкм рост, 54.угол 7° (см. ). Как и в двух предыдущих исследованиях, измерения проводились на участках без волос. Фактически в данном исследовании проводилась не регистрация ЭЭГ, а ЭОГ, для которой электроды располагались в углах глаз. Амплитуды сигналов ЭОГ, зарегистрированных в исследовании, были примерно на два порядка выше типичных амплитуд ЭЭГ (например, сотен мкВ против единиц мкВ). Таким образом, в этом исследовании не оценивалось ни влияние волос, ни пригодность для записи сигналов ЭЭГ.

( a ) Измерение ESEI с помощью тестового сигнала. Адаптировано из [30]; ( b ) Преобразователь импеданса в напряжение для измерения EEI. Адаптировано из [12]. Схема воспроизведения.

В других исследованиях, например в [14], сообщается, что сухие МЭМС-электроды имеют ряд преимуществ по сравнению с влажными, например импеданс на границе раздела электрод-кожа, интенсивность сигнала и размер электрода. Каждый электрод состоял из массива 20 × 20 микрозондов, покрытых титаном/платиной (высота каждого зонда 250 мкм, диаметр 35 мкм, эффективное проникновение 200 мкм).Длины зондов не хватило для регистрации на волосистых участках. Поэтому тестировались только положения Fp1 и Fp2. Кроме того, они также разработали систему оценки сонливости водителя, чтобы продемонстрировать потенциальное применение электродов MEMS в операционных приложениях.

Принцип нано- и микроигольчатого подхода заключается в возможности обхода СК, получая доступ к внутренним слоям кожи с более низким импедансом. Однако эти микроскопические структуры часто расщепляются, вызывая инфекции и несоответствие импеданса между электродами.В 2012 г. Forvi E. et al. [3] проведена технологическая оценка сухих электродов на основе микроиглы, не ломающихся при прокалывании СК. В этом исследовании они изготовили сухой электрод ЭЭГ из пирамидальных микроигл 8 × 8, размещенных на площади всего 10 мм 2 , с более острыми микронаконечниками, которые облегчили прокалывание SC, что позволило избежать поломки наконечников. После того, как электрод проткнул СК, он достиг импеданса всего 13 кОм без выхода из строя ни одного наконечника к концу эксперимента.Они сообщили об экспериментах по проверке ЭКГ, ЭМГ и ЭЭГ. В методологическом разделе эксперимента с ЭЭГ говорится, что электроды располагались в положениях Fp1, Fp2, T3 и T4 по системе 10–20 (не волосатые и волосистые участки соответственно) с заземлением и эталоном в Fpz. Однако в разделах результатов анализировались только сигналы, зарегистрированные с использованием Fp2 (участок без волос). Поэтому, как и в ранее рассмотренных исследованиях, ограничения, связанные с наличием волос, не оценивались.

Подходы, описанные ранее в этом разделе, основанные на нано- и микроиглах, являются альтернативой мокрым электродам.Они имеют низкий импеданс электрода, высокую механическую стабильность с меньшим количеством артефактов, связанных с движением, возможность долгосрочных измерений и быструю настройку. Однако эти подходы не являются простыми или дешевыми в производстве. При этом не всегда уточнялась фиксация электродов и ни один из них не оценивался на участках, покрытых волосами. Обоснование последнего заключается в том, что размер наконечников должен поддерживать баланс между инвазивностью, надежностью от разрывов и возможностью полного прокола SC.СК имеет толщину 10–40 мкм, тогда как человеческий волос в среднем составляет 50–100 мкм [15]. Это означает, что типичные кончики 100 мкм должны быть увеличены как минимум на 200–300 мкм дополнительно, чтобы обеспечить полное прокалывание SC в областях, покрытых обильным волосяным покровом. Как следствие, электрод такой длины может быть как инвазивным, так и хрупким.

Чтобы избежать проблем нано- и микрометрового масштаба, был разработан неинвазивный вариант микроскопических шипов в миллиметровом масштабе. В [16] на 3D-принтере с микрометрическим разрешением был изготовлен сухой электрод, состоящий из 180 конических игл, обработанных титаном и золотом для снижения импеданса и предотвращения окисления (см.Такой подход позволил обеспечить быстрое и недорогое производство с высокой точностью, таким образом, он был немедленно готов к мелкосерийному домашнему производству. Этот подход не является инвазивным, и его можно использовать бесконечное количество раз, казалось бы, без обслуживания. Иглы намного больше, чем упомянутые ранее нано- или микроиглы. В этом исследовании каждая игла имела длину 3 мм, диаметр основания 600 мкм и диаметр кончика около 100 мкм. Кроме того, расстояние между иглами, а именно 250 мкм, позволяло проводить операции на волосистых участках без ущерба для хрупкости или инвазивности игл.Электрод с миллинеями визуально сравнивали в частотной и временной области с электродами на основе геля, показывая аналогичные результаты. Одним из преимуществ этого подхода является то, что из-за их размера измерения ЭЭГ можно проводить на участках с волосами (например, на затылке). Одним логическим недостатком подхода с миллиметровым масштабом являются вероятные артефакты движения из-за неадекватного контакта/прикрепления к коже, поскольку миллиметровые иглы не прокалывают роговую оболочку. Ее можно было решить, прикрепив электроды к ремню и закрепив его на голове пользователя.Тем не менее, этот метод может быть неприятным и даже болезненным для пациента. Вместо этого считается, что специальный колпачок со встроенными электродами обеспечит хороший контакт с кожей. Другим недостатком является более высокий импеданс электрода, который примерно достигает 50 кОм для нижней части спектра ЭЭГ (постоянный ток-20 Гц).

Подводя итоги, можно сказать, что сухие электроды на основе игл и их соответствующие варианты представляют собой подходы, позволяющие избежать необходимости в проводящем геле и фиксирующей пасте.Дешевые и минимально инвазивные электроды можно легко получить с помощью 3D-принтера, с низким риском заражения и работой на волосистых участках в миллиметровом масштабе. Однако это решение не является оптимальным с точки зрения импеданса, для которого можно было бы попробовать субшкалы.

3.1.2. Наконечники

В сантиметровой шкале Matthews R. et al. [17] предложил электрод размером с монету 5 центов США на основе набора наконечников (, т.е. , «пальцы»), которые были бы достаточно большими, чтобы обеспечить электрический контакт с кожей головы через волосы.Контактное сопротивление между кожей головы и каждым пальцем достигало 10 МОм. Чтобы уменьшить этот нежелательный эффект, электрод был напрямую подключен встречно к усилителю со сверхвысоким входным сопротивлением. Наконечники располагались двумя концентрическими кольцами (см. ) для лучшего подавления синфазности. Качество сигнала визуально сравнивали с мокрыми электродами, показывающими аналогичные записи с закрытыми глазами. Кроме того, классификация рабочей нагрузки и вовлеченности в режиме реального времени выполнялась как мера способности извлекать полезную информацию из записей ЭЭГ, получая точность от 73% до 89% в бинарной классификации.Привязь для ЭЭГ фиксировала электроды в положении волос. Можно утверждать, что из-за высокого импеданса электрода требуется локальный усилитель со сверхвысоким импедансом. Другой аспект, который следует иметь в виду, заключается в том, что сравнение с мокрыми электродами проводилось на огибающих ЭЭГ с размахом 50 мкВ. Таким образом, производительность небольших потенциальных записей не была показана.

( a ) Амбулаторная беспроводная система ЭЭГ Адаптировано из [17]; ( b ) Полимерные щетинки. Адаптировано из [18]; ( c ) Зонды с пружинным контактом.Адаптировано из [19].

Спустя три года, в 2011 г., авторы [18] разработали гибкий недорогой электрод из полимерных покрытых серебром щетинок размером примерно с зубную щетку (см. ). Электроды оценивали с помощью типичных парадигм ИМК, а именно воображения движения, парадигмы нечетного шара, а также с компонентами ЭЭГ, а именно слуховыми вызванными потенциалами и P300. Результаты подтвердили способность этих электродов записывать сигналы ЭЭГ с качеством, достаточным для использования в широком спектре приложений BCI и анализа ЭЭГ.Одним из недостатков этого электрода является быстрое ухудшение импеданса электрода по мере использования. Сообщалось, что первоначальный импеданс 80 кОм ухудшился до 150–200 кОм через 10 месяцев использования. На этом этапе все электроды должны быть повторно покрыты, чтобы избежать несоответствия импеданса. Еще одним недостатком является зависимость импеданса электрода от давления на кожу головы. Некоторые участники сообщали о покалывании и неприятных ощущениях.

Хотя датчик со щетиной снижает риск инфицирования, степень инвазивности и контакт с поверхностью, он слишком инвазивен и неудобен для долгосрочных измерений.В [19] авторы представили сухой датчик ЭЭГ для работы в присутствии волос. Этот датчик был разработан для контакта с поверхностью кожи головы с помощью 17 пружинных контактных зондов, которые сохраняли высокое геометрическое соответствие между датчиком и неровной поверхностью головы, тем самым поддерживая низкий импеданс электрода (см. ). Кроме того, гибкая подложка, в которую были вставлены пружинные датчики, позволяла безболезненно прикреплять датчик к коже головы при приложении силы. Его сравнивали с мокрыми электродами, при этом были получены аналогичные результаты с точки зрения записи качества сигнала и импеданса электрода с лучшим временным выводом, что позволило вести долгосрочные записи ЭЭГ.

Границы | Дугообразный электрод: новая концепция сухого электрода для повышения комфорта при ношении

Введение

Электроэнцефалография (ЭЭГ) — это метод мониторинга головного мозга, который измеряет распределение электрического потенциала на коже головы в результате активности мозга. ЭЭГ широко используется для медицинской диагностики, например, при эпилепсии, нарушениях сна, коме, анестезии и инсульте (Niedermeyer and Lopes da Silva, 2005; Puce and Hämäläinen, 2017; Seeck et al., 2017). За последние два десятилетия его применение распространилось на постоянно растущее число областей, включая мониторинг двигательной реабилитации (Comani et al., 2015; Renton et al., 2017), развитие нервной системы у недоношенных детей (Hayashi-Kurahashi et al., 2012; Berchicci and Comani, 2015; Khazaei et al., 2021), снижение когнитивных функций, включая болезнь Альцгеймера (Paulsen et al., 2012), профессиональные спортивные тренировки (Cheron et al., 2016; di Fronso et al., 2019), психические состояния (Al-Barrak et al., 2017; di Flumeri et al., 2019), микросостояния (Michel and Koenig, 2018), сон состояний (Khazaei et al., 2021), когнитивной нагрузки (Ortiz et al., 2020) и интерфейсов мозг-компьютер (BCI) (Miranda et al., 2015; Стегман и др., 2020). Для большинства новых приложений требуются определенные характеристики оборудования ЭЭГ, чтобы их полный потенциал можно было изучить в реальных мобильных условиях. К этим требованиям относятся портативность, легкая и быстрая установка, удобство ношения и незаметность. На сегодняшний день эти спецификации не полностью выполнены, особенно в отношении простой и надежной передачи сигнала на границе скальп-электрод в мобильных условиях.

Серебряно-хлоридно-серебряные (Ag/AgCl) электроды

, используемые с проводящим электролитным гелем, долгое время были золотым стандартом для всех видов (неинвазивной) регистрации сигналов ЭЭГ благодаря их надежным электрохимическим характеристикам и низкому уровню собственный шум.Общие ограничения, такие как большие усилия по очистке и ограниченное время записи из-за высыхания геля, были устранены, например, в недавних разработках новых гидрогелей (Pedrosa et al., 2017). Тем не менее, ЭЭГ на основе геля имеет важные ограничения, связанные с использованием геля, например, длительное время подготовки, требующее специально обученного технического персонала, риск аллергических реакций и короткое замыкание электродов из-за распространения геля (Niedermeyer and Lopes da Silva, 2005). ; Клеффнер-Кануччи и др., 2012). Наконец, электродные колпачки на гелевой основе нельзя надевать самостоятельно, и пользователь должен тщательно мыть голову после исследования.

Новые электродные технологии являются важным направлением исследований для улучшения качества сигнала, быстрых и длительных измерений биопотенциала. Сухие композитные электроды с трафаретной или флексографской печатью были предложены и успешно проверены для приложений с низкой плотностью волос, включая электрокардиографию (Chlaihawi et al., 2018), электромиографию (Pani et al., 2019) и ЭЭГ ниже линии роста волос (Bleichner and Debener, 2017; Блюм и др., 2020). Кроме того, были предложены альтернативные конструкции для преодоления проблем с гелями-электролитами на волосистых участках головы.Были предложены электроды с микрошипами (Griss et al., 2002; Fu et al., 2020), в которых массив микроигл перфорирует изолирующий слой кожи рогового слоя для обеспечения надежного контакта и пути с низким импедансом без геля. Заявленные характеристики очень близки к характеристикам коммерческих электродов Ag/AgCl на основе геля. Тем не менее, 5% шипов ломаются во время исследования и в конечном итоге остаются в эпидермисе. Следовательно, это следует рассматривать как инвазивную технику, не лишенную рисков инфекции и воспаления.В концепции квазисухого (или полусухого) электрода низкоимпедансный контакт на основе электролита достигается без загрязнения кожи головы за счет контролируемого дозирования небольшого количества увлажняющей жидкости конкретно в точке контакта электрода с кожей головы. Для электродов используются фитильные материалы, принцип работы которых близок к фломастеру (Li et al., 2016; Peng et al., 2016; Pedrosa et al., 2018). В качестве альтернативы, кавернозная структура содержит небольшое количество электролита, распределяемого, например, с помощьюг., деформация под давлением во время применения (Mota et al., 2013). Недавний всесторонний обзор полусухих электродов см. в Li et al. (2020). Качество сигнала этих электродов оказалось таким же, как и у обычных электродов на основе геля Ag/AgCl, даже при достижении более высокой автономности записи (6–8 ч) из-за резервуара для жидкости на задней стороне электрода. Тем не менее, комфорт по-прежнему остается серьезной проблемой из-за необходимой аддукции и жесткости материалов. Преобразование этой технологии в функциональный многоэлектродный колпачок является дорогостоящим, а самостоятельное применение пользователем может быть подвержено ошибкам.

Сухие электроды представляют собой радикально иной подход, характеризующийся отсутствием электролитных жидкостей на границе электрод-кожа головы (Grozea et al., 2011; Salvo et al., 2012; Fiedler et al., 2015; Mullen et al., 2015). ; ди Флюмери и др., 2019). По этой причине соединение зависит исключительно от поверхности раздела кожа-электрод и механической силы, приложенной к ней. Было разработано несколько конструктивных подходов к электроду, который проходит через слой волос и обеспечивает надежное приведение к коже головы, что является основной проблемой, с которой сталкиваются сухие электроды.Сальво и др. (2012) и Фидлер и соавт. (2015) предложили булавочный подход. Маллен и др. (2015) представили датчик в форме паука, электрод с несколькими наконечниками, способный деформироваться при приложении давления аддукции. Грозеа и др. (2011) разработали щеточный электрод. Некоторые из этих конструкций уже доступны в качестве коммерческих продуктов в виде многоэлектродных колпачков и гарнитур (Fiedler et al., 2015; Mullen et al., 2015). Основные преимущества систем на основе сухих электродов заключаются в том, что (i) значительно сокращается время подготовки к экзамену (5–10 мин по сравнению с 5–10 мин).30–40 минут), (ii) отсутствие необходимости в техническом специалисте, возможность самостоятельного применения пользователем, и (iii) устранение обширной подготовки волос/кожи головы или нанесения геля, что также (iv) минимизирует требования к очистке после исследования. Таким образом, сухие электроды представляют собой важный шаг в создании портативной и ненавязчивой системы ЭЭГ, работающей по принципу «подключи и работай».

Тем не менее, сухие электроды не лишены ограничений, а именно гораздо более высокого импеданса на границе электрод-кожа (10–20 кОм против 200–1000 кОм) (Grozea et al., 2011; Сальво и др., 2012; Фидлер и др., 2015; Mullen et al., 2015), что приводит к тому, что сбор сигнала становится более подверженным шуму окружающей среды и более восприимчивым к артефактам движения (Oliveira et al., 2016; di Fronso et al., 2019; Kam et al. , 2019; Марини и др., 2019). Другим важным недостатком является ограниченный комфорт, который, как часто сообщается, ниже, чем у электродов на основе геля, что ограничивает общее время ношения. Дискомфорт усиливается при использовании цельнометаллических штыревых электродов (Xu et al., 2017), и его можно улучшить за счет использования полимерных (полу-)гибких (Fiedler et al., 2015; Mullen et al., 2015) или подпружиненных штифтов (Hinrichs et al., 2020; Kimura et al. ., 2020). Однако существующие конструкции штифтов требуют компромисса между (а) гибкостью (мягких) штифтов, чтобы избежать мест давления и повысить комфорт при ношении, и (б) жесткими штифтами для обеспечения надежного, простого и быстрого механического соединения, необходимого для получения оптимального сигнала ЭЭГ. качество (Fiedler et al., 2018).

Недавно была предложена альтернатива штифтовой конструкции (Lee et al., 2015; Kim et al., 2019) с электродом Arch/Comb на основе серебра. В этом подходе контакт с кожей головы достигается за счет набора параллельных, равномерно расположенных дуг вместо штифтов, при этом предполагается, что дуги могут обеспечивать большую контактную поверхность, что, следовательно, ограничивает локальные точки давления и повышает комфорт при ношении. Авторы пришли к выводу, что этот электрод не только демонстрирует более низкий контактный импеданс, но и действительно обеспечивает больший комфорт, чем электроды на основе штифтов, и позволяет получать более точные сигналы ЭЭГ.Что касается недостатков, то этот электрод был изготовлен из стерлингового серебра. Это, безусловно, дорогое, тяжелое и, скорее всего, нежизнеспособное коммерческое решение, несмотря на интересную концепцию. Кроме того, твердые металлы не способны адаптироваться к разным формам и размерам головы, что ограничивает комфорт при длительном ношении.

Мы представляем новый подход к дугообразному электроду, изготовленному с использованием аддитивного производства подложки из термопластичного полиуретана (ТПУ), химически покрытой пленкой Ag/AgCl.Такой подход позволяет получить более легкий, дешевый и удобный электрод, учитывая, что дуги могут адаптироваться к коже головы. Мы представляем полное электрохимическое, механическое и многоканальное исследование применимости нового сухого электрода Arch в сравнении как с обычными электродами на основе геля, так и с сухими электродами в форме Multipin.

Материалы и методы

Электроды

Дуговой электрод состоит из пяти равноудаленных дуг одинакового размера шириной 1 мм, внешним радиусом 6 мм и внутренним радиусом 4 мм.5 мм и расстояние между ними 1 мм. Дуги расположены на одной общей опорной плите с переменным сдвигом 1,2 мм и 2,4 мм. Сдвиг уменьшает наклон электродов на голове пользователя. Нижняя половина арки заполнена для повышения устойчивости каждой арки к боковому изгибу. Напротив, верхние 40% арки полые, чтобы допустить радиальную деформацию под действием силы. Схема полной конструкции и размеров электрода Arch представлена ​​на рисунках 1A, B.На рисунке 1C показана установка для исследования деформации одной арки, деформированной приложением радиальной силы сверху. Моделирование аналогично условиям приведения электрода к поверхности головы внутри шапочки ЭЭГ и иллюстрирует основной принцип электрода Arch. Деформация арки под действием радиальных сил предназначена для увеличения контактной поверхности и, таким образом, для снижения давления, что, в свою очередь, повышает комфорт при ношении для пользователя за счет предотвращения чрезмерного локального давления.

Рис. 1. 3D-модель конструкции дугового электрода: (A) Основные размеры, вид сверху, (B) , вид сбоку, и (C) Иллюстрация деформации при приложении радиальной силы к кончик арки.

Подложка электрода была изготовлена ​​с использованием нити ТПУ с твердостью по Шору A 93 (TPU 93, German RepRap GmbH, Фельдкирхен, Германия) и коммерческого принтера для моделирования методом наплавления (FDM) (N2 Plus, Raise 3d, Ирвин, США). с латеральным разрешением 200 мкм и толщиной слоя 75 мкм.Затем на электрически непроводящую подложку нанесли многофазное электрохимическое покрытие серебром/хлоридом серебра (Ag/AgCl) по адаптированному процессу, основанному на Vasconcelos et al. (2018): (1) Очистка подложки путем воздействия изопропанолом, а затем дистиллированной водой в ультразвуковой ванне по 5 минут каждая. (2) Повышение поверхностного сродства полимера к Ag путем погружения в 15% раствор ПВП:ДМСО на 30 с. (3) Функционализация поверхности путем адсорбции Ag + с последующим восстановлением до Ag 0 .(4) Серебрение с использованием адаптированного реактива Толленса. (5) Очистка, сушка и хлорирование.

В ходе исследования применения in vivo новые электроды Arch сравнивались с (а) коммерческими кольцевыми электродами из спеченного Ag/AgCl для применения на основе геля (B10-HS, Easycap GmbH, Herrsching, Германия) и (b) Сухие электроды Multipin с покрытием AgCl и твердостью по Шору A98 согласно Fiedler et al. (2015). Сводная информация о конструкции всех сравниваемых электродов, составе материалов и производственном процессе представлена ​​в таблице 1.

Таблица 1. Обзор трех сравниваемых типов электродов с информацией о материалах и изготовлении.

Колпачки для электроэнцефалографии

На основе международной системы размещения электродов «десять-двадцать» (Klem et al., 1999) 21 электрод каждого из трех типов электродов был интегрирован в отдельные колпачки ЭЭГ. Все электроды были оснащены специальными микрокоаксиальными кабелями и разъемами для подключения к усилителю ЭЭГ.

Кольцевые электроды Ag/AgCl на гелевой основе были интегрированы в коммерчески доступный полужесткий колпачок ЭЭГ (EC-40, Easycap GmbH, Herrsching, Германия).Как новые сухие электроды Arch, так и сухие электроды Multipin были интегрированы в изготовленные на заказ гибкие тканевые колпачки. Однослойная ткань индивидуальной кепки состоит из комбинации хлопка, эластана и полиамида и производится методом плоского вязания (Wunder et al., 2018). Для каждой из шапок был собран образец только среднего размера для окружности головы от прибл. 56–59 см. Для двух сравниваемых типов сухих электродов использовались одинаковые материал ткани и покрой шапочки, чтобы избежать соответствующих различий в приведении электрода в разных условиях измерения.

Схема установки электродов вместе с фотографиями собранных колпачков и типов электродов представлена ​​на рисунке 2.

Рис. 2. Колпачки электродов в сборе: (A) Коммерческий тканевый колпачок со спеченными кольцевыми электродами Ag/AgCl для нанесения на основе геля (колпачок показан снаружи), (B) Изготовленный на заказ гибкий тканевый колпачок для интеграция сухих электродов Arch (вставка слева) или Multipin (вставка справа) (колпачок показан вывернутым наизнанку) и (C) Схема 21-канальной клинической схемы в соответствии с международной системой десять-двадцать, используемой для in vivo записей ЭЭГ.

Электрохимическая характеристика

Потенциостат G300 (Gamry Instruments Inc., Уорминстер, США) использовали для всех электрохимических характеристик электродов, включая измерение потенциала разомкнутой цепи (OCP), спектроскопию электрохимического импеданса (EIS) и электрохимический потенциальный шум (EPN). Аппаратное обеспечение управлялось программным обеспечением Gamry framework (OCP и EIS) и электрохимическим анализатором сигналов Gamry ESA410 (EPN). Все электрохимические измерения проводились с электродами, погруженными в 0.9% раствор хлорида натрия (Ref. 31434, Sigma Aldrich, Сент-Луис, США). Образцы с четырьмя и пятью арочными электродами были испытаны на ОСР и межфазное сопротивление соответственно. Электрохимическая ячейка во всех испытаниях находилась внутри клетки Фарадея для снижения внешнего шума.

OCP регистрировали для каждого электрода в течение 3600 с со скоростью 0,5 выборки/с относительно электрода сравнения Ag/AgCl (XR 300, Radiometer Analytical, Hach, США). Данные ЭИС были получены в потенциостатическом режиме от 66 мГц до 66 кГц (1 точка на декаду) путем подачи синусоидального напряжения с амплитудой 5 мВ (среднеквадратичное значение).Электрод сравнения Ag/AgCl и платиновая проволока использовались в качестве электрода сравнения и противоэлектрода соответственно. Стандартная ошибка, связанная со значениями импеданса, была рассчитана с использованием стандартного отклонения и Т-распределения Стьюдента с уровнем достоверности 95%. ВПН регистрировали между двумя отдельными парами электродов Arch в течение 15 мин с частотой дискретизации 1 кГц. Расчет спектральной плотности мощности (PSD) выполняли с использованием программного обеспечения ESA410 с окном сглаживания Ханнинга.Среднеквадратичное значение шума было рассчитано после устранения тренда данных с помощью полиномиальной функции 4-й степени.

Испытания на механический износ

Для проверки стойкости покрытия ТПУ к деформации и изгибу были изготовлены специальные образцы, которые были подвергнуты соответствующим испытаниям.

Образец ТПУ с серебряным покрытием (7 × 2,5 см) подвергали деформации со скоростью 10 мм/мин с использованием машины для испытаний на растяжение (EZ Test, Shimadzu Corp., Киото, Япония). Его электрическое сопротивление одновременно измеряли вольтметром (DVM890, Velleman NV, Gavere, Бельгия), подключенным к обоим концам образца.

Аналогичным образом оценивали влияние усталости материала при изгибе путем измерения электрического сопротивления вольтметром (DVM890) в точках противоположного диаметра образцов, соответствующих стальным цилиндрам радиусом 2,5, 5 и 7,5 мм до (R0) и после (R0) R) через каждые 50 циклов изгиба.

Адгезия серебряного покрытия к подложке из ТПУ была измерена с помощью машины для испытаний на растяжение (EZ Test, Shimadzu Corp., Киото, Япония) при скорости траверсы 50 мм/мин при выполнении теста на отслаивание T-Peel путем отслаивания. двусторонний клей (tesa POWERBOND ® , ширина 19 мм, толщина 2 мм) в соответствии со стандартом ASTM D1876.

In vivo Измерения

Десять мужчин и пять здоровых добровольцев женского пола со средним возрастом 30 ± 4 года, средней окружностью головы 57 ± 1 см и длиной волос от 0,5 см до 42 см приняли участие в исследовании in vivo . Все добровольцы сообщали о здоровом состоянии кожи и отсутствии предшествующей истории злоупотребления наркотиками, неврологических или психологических расстройств. Исследование соответствовало этическим стандартам, изложенным в Хельсинкской декларации, и было одобрено местным комитетом по этике.Все добровольцы дали письменное информированное согласие до участия в исследовании.

Электроэнцефалографию и регистрацию электродно-кожного импеданса выполняли с помощью эталонного усилителя биосигнала (усилитель EE-225 eego TM , ANT Neuro B.V., Хенгело, Нидерланды) с использованием активного экранирования, нанесенного на коаксиальные электродные кабели.

Три типа колпачков и электродов были протестированы последовательно в один и тот же день. Между испытаниями различных электродов был обеспечен перерыв продолжительностью 1 час, чтобы позволить коже добровольца восстановиться и еще больше свести к минимуму перекрестное влияние.Для каждого измерения референтный электрод и заземляющий электрод пациента помещали на правый и левый сосцевидные отростки соответственно. Перед наложением электродов сравнения и заземления пациента кожу в местах расположения электродов очищали с помощью медицинских спиртовых салфеток (B. Braun Melsungen AG, Мельзунген, Германия). Спеченные кольцевые электроды Ag/AgCl на основе геля (B10-HS, Easycap GmbH, Herrsching, Германия) в сочетании с коммерческим гелем-электролитом (Electro-Gel, Electro-Cap International Inc., Eaton, США) использовались в случае электродов сравнения и заземлителей. Кроме того, для фиксации этих электродов на сосцевидных отростках использовалась медицинская клейкая лента (Leukopor Ref. 0247100, BSN medical GmbH, Гамбург, Германия).

Всех добровольцев попросили расчесать волосы и равномерно распределить их по голове перед каждым применением шапочки. В 21 позиции измерительного электрода не выполнялась очистка или истирание кожи. Только для измерений с гелевыми электродами, гелевым электролитом (Electro-Gel, Electro-Cap International Inc., Eaton, США) наносили между электродами и кожей, обеспечивая уровень импеданса электрод-кожа не более 30 кОм. В соответствии с нашими предыдущими публикациями (Fiedler et al., 2015; di Fronso et al., 2019) порог импеданса не был определен для сухих электродов, но операторов попросили индивидуально оптимизировать контакт электрода с кожей до тех пор, пока не перестанут ощущаться дальнейшие улучшения. возможно. В случае электродов Arch подготовка включала адаптацию ориентации дуги в соответствии с индивидуальной ориентацией волос добровольцев путем подъема и вращения электрода.

Наша ранее установленная парадигма проверки использовалась для оценки различий в характеристиках сигнала для разных типов электродов. Следовательно, для каждого добровольца и каждого типа электрода были зарегистрированы три теста ЭЭГ: ЭЭГ в состоянии покоя с открытыми глазами, ЭЭГ в состоянии покоя с закрытыми глазами (альфа-активность) и визуальный вызванный потенциал с реверсированием паттерна (ЗВП), включающий 150 испытаний. Оценка воспринимаемого комфорта при ношении проводилась с использованием шкалы боли Скотта и Хаскиссона в диапазоне от 1 до 10 (Скотт и Хаскиссон, 1976).Комфорт при ношении оценивали после первоначального надевания колпачка, а также прибл. 30 мин и 60 мин ношения шапочки.

Для обоих сухих электродных колпачков был проведен дополнительный тест повторного применения после последней записи ЭЭГ. Поэтому сухие колпачки электродов были полностью сняты. После расчесывания волос и последующего 10-минутного перерыва колпачки снова надевали и определяли соответствующее время повторного нанесения в соответствии с исходной процедурой нанесения.

Обработка и анализ сигналов

Сбор данных in vivo проводили с использованием программного обеспечения eego TM (ANT Neuro BV, Enschede, Нидерланды) с частотой дискретизации 1024 выборки/сек.Постобработку и анализ данных проводили с помощью пользовательских скриптов MATLAB (The Mathworks, Natick, США).

Исследуемая полоса частот была ограничена стандартной ЭЭГ между 1 Гц и 40 Гц с применением полосы пропускания Баттерворта с соответствующими частотами среза. Впоследствии данные были просмотрены вручную, выявляя плохие каналы и исключая их из дальнейшего анализа. После фильтрации и исключения плохих каналов оставшиеся каналы были повторно привязаны к общему среднему эталону.Были извлечены эпохи анализа продолжительностью 30 с. Оценка Велча PSD рассчитывалась для ЭЭГ в состоянии покоя как с закрытыми, так и с открытыми глазами.

Для анализа результатов ЗВП было усреднено 150 проб стимуляции на одного добровольца. Впоследствии была рассчитана глобальная мощность поля (GFP) (Fiedler et al., 2015). Пиковые задержки и мощность N75 и P100 были определены в GFP, и было рассчитано отношение сигнал/шум для каждого пика. Сигнал определяли как пиковое значение мощности в GFP, а шум определяли как мощность в момент появления стимула.

Статистическая значимость различий между типами электродов с точки зрения импеданса электрода и кожи и комфорта была протестирована с использованием тестов Wilcoxon-Mann-Whitney U при скорректированном по Бонферрони альфа-уровне 0,017.

Результаты

Электрохимическая характеристика

OCP на границе между электродом и электролитом оказывает важное влияние на качество регистрируемого сигнала. Большой дрейф и смещение ОЗП могут затруднить регистрацию медленных потенциальных волн и, в худшем случае, привести к насыщению входа усилителя.График на рисунке 3A представляет кривые OCP для трех типичных арочных электродов. Очевидно, что электроды Arch демонстрируют низкий дрейф потенциала и хорошую воспроизводимость потенциала. Это связано с электрохимической реакцией по уравнению. 1 (Хьюген и др., 2002):

Рисунок 3. Электрохимическая характеристика образцов дугового электрода с покрытием AgCl, погруженных в 0,9% раствор хлорида натрия: (A) Кривые ОСР для трех типовых электродов; (B) График среднего значения Боде и стандартная ошибка.Усы указывают на 95% доверительный интервал.

A⁢g+C⁢l-⁢⇄A⁢g⁢C⁢l+e⁢l⁢e⁢c⁢t⁢r⁢o⁢n(1)

Реакция происходит на границе раздела электрод/электролит, которая быстро достигает равновесного состояния, таким образом фиксируя межфазный потенциал.

Спектроскопия электрохимического импеданса (ЭИС) — это мощный метод изучения электрохимических свойств границы раздела металл-раствор (Orazem and Tribollet, 2008), поскольку он позволяет определять импеданс границы раздела в широком диапазоне частот.Стабильный и низкий межфазный импеданс в интересующем диапазоне частот необходим для точного мониторинга биосигналов (Searle and Kirkup, 2000). Диаграмма Боде границы между дуговым электродом и раствором хлорида натрия представлена ​​на рисунке 3B. В области высоких частот (66 Гц–66 кГц) импеданс остается практически постоянным (≈ 45 Ом), а фаза сигнала составляет около −2°. Следовательно, интерфейс характеризуется преимущественно резистивными характеристиками. Этот вклад связан с сопротивлением переносу заряда через интерфейс, связанным с равновесием (ср.уравнение 1). Для частот ниже 66 Гц наблюдается фазовый сдвиг, и импеданс начинает увеличиваться, что указывает на то, что измеренный импеданс получает емкостной вклад, возникающий из-за накопления межфазного заряда на границе раздела (Pedrosa et al., 2015). Однако импеданс остается ниже 100 Ом во всей исследованной полосе частот, даже для самой низкой исследованной частоты 66 мГц, благодаря очень большой межфазной поверхности, отображаемой слоем AgCl.

Анализ EPN между двумя независимыми парами образцов электродов был выполнен для измерения вклада шума границы раздела между Ag/AgCl и раствором хлорида натрия в общий измеренный шум.PSD шума, измеренная для двух пар образцов арочных электродов, представлена ​​на рисунке 4 вместе с электрическим шумом, измеренным при короткозамкнутых входах потенциостата. Можно сделать вывод, что среднеквадратичное значение электрохимического шума ниже 0,01 мкВ 2 /Гц и отличается от аппаратного шума только для частот ниже 20 мГц.

Рис. 4. СПМ зарегистрированного шума для двух наборов образцов дуговых электродов, погруженных в 0,9% раствор хлорида натрия.Шум потенциостата также отображается для сравнения. Среднеквадратические значения шума приведены на графике.

Механический износ

Подложка из ТПУ была выбрана для изготовления электродов Arch из-за ее эластомерной природы и присущей гибкости, чтобы уменьшить дискомфорт пациента при ношении колпачка и увеличить площадь контакта электрода с кожей. Однако серебряные покрытия не обладают такой гибкостью, как полимерная подложка, что может привести к разрывам на пленках и, как следствие, к снижению электропроводности или выходу из строя.Тем не менее, серебряное покрытие электродов Arch, нанесенное химическим способом, может выдержать максимальную деформацию 400% до электрического сбоя, как показано на рисунке 5A. На рис. 6 показаны микрофотографии СЭМ образцов ТПУ с серебряным покрытием до и после испытания на 400%-ную деформацию. Видно, что из-за меньшей растяжимости серебряной пленки по сравнению с ТПУ на пленке образуется сеть изломов, перпендикулярных направлению приложенного напряжения. Кроме того, размер зерен серебра уменьшается после испытания на растяжение (см. вставки для обоих условий).Это также может указывать на то, что зерна были сломаны. Однако даже при таких высоких значениях деформации образец остается проводящим, что можно приписать серебру, которое осаждается на несколько микрон под пленкой, в полимер, прочно прикрепляя пленку к подложке (Vasconcelos et al., 2018).

Рис. 5. Изменение электрического сопротивления Ag-покрытия образцов ТПУ в результате испытаний на растяжение (A) и циклических испытаний на изгиб (B) ; d c — диаметр цилиндра, используемого для сжатия, а d s — диаметр цилиндра, используемого для растяжения.

Рис. 6. СЭМ-микрофотографии образцов ТПУ с серебряным покрытием (A) до и (B) после испытаний на 400%-ную деформацию со вставками при повышенном увеличении.

Кроме того, испытания на усталость показали, что серебряное покрытие более чувствительно к сжимающим усилиям, см. рис. 5В, поскольку нормированное сопротивление имеет большую тенденцию к увеличению по мере уменьшения диаметра изгиба. В худшем случае, т. е. 150 циклов изгиба для цилиндра диаметром 5 мм, сопротивление увеличивается от 0.от 9 до 3,2 Ом. Однако после деформирования на 400 % и испытаний на усталость образцы возвращаются к своей первоначальной форме и исходному сопротивлению R 0 примерно через 5 мин. Это означает, что серебряное покрытие может адаптироваться к эластичности подложки ТПУ благодаря его адгезии к подложке >8,5 Н/см.

Подготовка и комфорт

Время подготовки для каждого электродного колпачка, измеренное с момента первоначального наложения колпачка до начала первой записи ЭЭГ, составляло 22 ± 4 мин (на основе геля), 15 ± 3 мин (Arch) и 5 ​​± 1 мин. (многоконтактный) во время первого применения.При повторном нанесении колпачков Arch время подготовки уменьшилось до 6 ± 2 мин, в то время как время подготовки колпачка Multipin осталось постоянным и составило 5 ± 1 мин.

Эволюция оценок комфорта в течение всего времени измерения показана на рисунке 7. Наилучшая оценка комфорта была достигнута при использовании колпачка на основе геля со значениями оценки 2,6 ± 0,9 (0 мин), 2,5 ± 0,7 (30 мин), и 2,7 ± 0,8 (60 мин). Оценка комфорта для электродов Arch была 2.8 ± 0,8 после нанесения по сравнению с 3,1 ± 0,9 для колпачка Multipin. Самое сильное снижение комфорта также было установлено для электродов Multipin, с самым низким комфортом 4,5 ± 1,1 через 60 мин. Несмотря на то, что не было заметно существенной разницы в комфорте между типами электродов сразу после применения, уже через 30 минут электроды на гелевой основе продемонстрировали значительно лучший комфорт, чем электроды Multipin ( p = 0,0026), в то время как разница между гелевыми электродами электродов на основе и дуги не было значимым ( p = 0.1396). Через 60 минут ношения комфорт на гелевой основе по сравнению с Multipin ( p = 0,0002) и Arch по сравнению с Multipin ( p = 0,0114) значительно отличался, тогда как разница между гелевой и Arch составила p. = 0,0498 и, таким образом, выше порога значимости, скорректированного Бонферрони, равного p = 0,017. Средние оценки оставались ниже 5 для всех типов электродов и, следовательно, в пределах безболезненного диапазона шкалы от 1 до 10.

Рис. 7. Средняя оценка комфорта трех типов электродов после наложения (0 мин), 30 мин и 60 мин по шкале от 1 (максимальный комфорт) до 10 (боль, необходимость снять колпачок). Усы указывают на стандартное отклонение. Звездочками отмечены статистически значимые различия.

Электрод-кожный импеданс и надежность канала

Общее среднее сопротивление электродов кожи трех сравниваемых типов электродов показано на рисунке 8A (среднее значение) и рисунке 8B (стандартное отклонение).Средние значения для всех положений электродов составляют 22 ± 18 кОм (на основе геля), 257 ± 118 кОм (арочный электрод) и 264 ± 125 кОм (многоштыревой). Статистически значимой разницы между импедансами электродов Arch и Multipin не было ( p ≥ 0,0225), в то время как электроды на основе геля по сравнению с электродами Arch ( p ≤ 0,0161) и электроды на основе геля по сравнению с Multipin ( p ≤ 0,0039) ) существенно отличались. Для обоих типов сухих электродов более низкие импедансы видны в лобной и височной областях, а импедансы в центральной и теменной областях головы повышены.Увеличенное стандартное отклонение и, следовательно, изменчивость уровня импеданса очевидны для положения электродов сосцевидного отростка во время измерений на основе геля.

Рисунок 8. Общие средние (A) импеданса электрод-кожа для всех трех сравниваемых типов электродов, (B) стандартного отклонения измерений импеданса и (C) канальной надежности в 45 записях ЭЭГ . Результаты для электродов на основе геля (слева), Arch (в центре) и Multipin (справа).

Относительная надежность канала показывает соотношение между записями, в которых данный канал не был помечен как плохой, и общим количеством записей (15 добровольцев × 3 теста = 45 записей). Результаты для трех типов электродов показаны на рисунке 8C. Для записей на основе геля достоверность канала ниже 100% получена для каналов F3, M1 и Pz. Для сухих электродов Arch надежность канала ниже 100% очевидна в позициях Fp2, F3, F4, C3, Cz, Pz, P4, P6, M2 и O2.При использовании сухих электродов Multipin каналы F3, F4, T3, C3, C4 и P3 показали значения достоверности ниже 100%. Самые низкие и вторые по величине значения надежности канала также очевидны для сухих электродов Multipin в положениях F4 и C4 соответственно. Средние значения и стандартные отклонения общей надежности составили 97,9 ± 5,7% (на основе геля), 91,9 ± 9,5% (Arch) и 93,7 ± 12,5% (Multipin).

Характеристики сигнала электроэнцефалографии

PSD последовательных записей ЭЭГ, выполненных в аналогичных условиях, можно использовать для сравнения характеристик сигнала в частотной области.Оценка Велча PSD для записей ЭЭГ в состоянии покоя с открытыми и закрытыми глазами показана на рисунках 9A, B соответственно. При сравнении двух условий записи (открытые глаза и закрытые глаза) подавление альфа-канала четко проявляется в уменьшении мощности в альфа-диапазоне (8–13 Гц). Пиковая мощность и пиковые частоты в альфа-диапазоне составляют 9,0 мкВ при 10,4 Гц (на основе геля), 9,4 мкВ при 10,1 Гц (Arch) и 10,9 мкВ при 10,1 Гц (Multipin).

Рисунок 9. Грандиозные средние значения PSD (оценка Велча) для 30-секундной ЭЭГ, зарегистрированной со всеми тремя типами электродов во время (A) состояния покоя с открытыми глазами и (B) состояния покоя с закрытыми глазами.Сплошные линии обозначают средние значения, а пунктирные линии обозначают стандартное отклонение.

В целом кривые PSD для разных типов электродов похожи. Как общие средние значения, так и стандартные отклонения сильно перекрываются для трех типов электродов. Однако для частот ниже 3 Гц можно наблюдать несколько сниженную мощность записей на основе геля. Точно так же повышенная мощность ниже 3 Гц видна для всех типов электродов в состоянии покоя с открытыми глазами.

В дополнение к PSD определяли смещение между каналами измерения и референтным электродом в начале каждой записи ЭЭГ.Эти значения смещения могут быть получены непосредственно из записей ЭЭГ используемого усилителя DC-EEG. Среднее значение и стандартное отклонение для типов электродов составили -0,4 ± 21,8 мВ (на основе геля), 5,6 ± 39,3 мВ (Arch) и 6,3 ± 29,4 мВ (Multipin).

В соответствии с результатами оценки PSD, оценка VEP во временной области не показывает существенных различий между тремя типами электродов. Результаты с точки зрения пиковых задержек, амплитуд и SNR перечислены в таблице 2 и показаны на рисунке 10.N75 и P100 VEP изменения паттерна четко выражены как на отдельных графиках бабочки, так и на наложенном графике GFP, показанном на рисунках 10A, B, соответственно.

Таблица 2. Количественное сравнение латентности пиков N75 и P100, амплитуд и SNR при использовании кольцевых электродов на гелевой основе, сухих арочных и сухих многоштырьковых электродов.

Рисунок 10. Общие средние значения ЗВП, зарегистрированные со всеми тремя типами электродов: (A) Отдельные графики бабочки для всех 21 канала ЭЭГ, (B) График наложения GFP для всех электродов и (C ) Типовые топографические графики для пика P100 (определены в соответствующих GFP).

Различия между амплитудами и латентностью N75 и P100 между типами электродов находятся в пределах индивидуальной изменчивости (Fiedler et al., 2014). SNR одинаково для трех типов электродов. Как видно на рисунке 10C, основные особенности топографии компонента P100 всех трех крышек аналогичны и показывают ожидаемое распределение потенциала.

Обсуждение

Мы успешно разработали конструкцию и технологию изготовления дугообразных электродов на полимерной основе, объединив специально оптимизированную форму дугообразных электродов, аддитивное производство и новый метод химического нанесения покрытий на электроды с покрытием Ag/AgCl.Мы оценили применимость электрода для регистрации ЭЭГ с точки зрения электрохимических характеристик, механической стабильности покрытия, времени применения и комфорта, а также характеристик многоканального сигнала ЭЭГ в частотной, временной и пространственной областях.

Электрохимическая характеристика подчеркивает стабильность химически изготовленного покрытия AgCl при погружении в раствор NaCl. Значения OCP хорошо воспроизводимы и имеют низкий дрейф, как и другие электроды на основе AgCl (Fiedler et al., 2014). Смещения между отдельными образцами, а также между образцами и электродом сравнения AgCl находятся в пределах диапазона, позволяющего производить запись с помощью современных усилителей биосигналов. Точно так же импеданс на границе электрод-электролит составляет менее 100 кОм в исследованном диапазоне частот. Электрохимический шум границы электрод-электролит пренебрежимо мал по сравнению со спектрами шума используемого оборудования. Таким образом, все результаты нового химического осаждения термопластичного полиуретана сопоставимы с нашими выводами по предыдущему методу нанесения покрытия на термореактивный полиуретан (Fiedler et al., 2015). Таким образом, результаты электрохимической характеристики соответствуют требованиям для сбора биосигналов и обеспечивают совместимость новых электродов Arch с современными усилителями.

Испытания электродов на механическую стабильность показали, что серебряное покрытие хорошо прилипает к подложке из термополиуретана и может выдерживать деформацию до 400 % при скорости деформации 10 мм/мин до электрического повреждения. Испытания на усталость показывают увеличение сопротивления с 0,9 до 3.2 Ом, что незначительно по сравнению с межфазным импедансом между сухими электродами и кожей, обычно порядка нескольких сотен кОм. Когда механическое напряжение снимается, образцы восстанавливают свою первоначальную проводимость через несколько минут. Таким образом, можно предположить, что электроды Arch останутся надежными после многократного использования. В случае экстремального механического напряжения необходимо соблюдать осторожность, чтобы проводить измерения ЭЭГ с интервалом в несколько минут, чтобы серебряное покрытие на электродах успело приспособиться к эластичной подложке ТПУ и вернуться в свою перколяционную сеть.

Результаты записей ЭЭГ in vivo доказывают, что качество сигнала дугообразных сухих электродов сравнимо как с нашими сухими электродами Multipin, так и с электродами сравнения на основе геля по амплитуде сигнала, спектральной плотности мощности и пространственным характеристикам. потенциальное распространение. Средняя надежность канала сухой установки составила 91,9 ± 9,5 %, что немного ниже, чем у электродов на гелевой основе, но того же порядка, что и у протестированных сухих электродов Multipin.Отказ электрода обычно происходит в областях с низкой аддукцией электрода. По сравнению с нашими предыдущими многоканальными исследованиями ЭЭГ (Fiedler et al., 2015; di Fronso et al., 2019) сообщаемая надежность каналов выше из-за меньшего количества электродов в настоящей установке, а также из-за каждого электрода. адаптация в процессе нанесения и подготовки. Низкая надежность электродов на сосцевидном отростке во всех записях, вероятно, является результатом очень низкой аддукции электрода и стабильности положения из-за разреза ткани.Адаптированный разрез должен использоваться для аналогичных исследований в будущем, чтобы улучшить аддукцию и стабильность электродов, размещенных вокруг уха, особенно при расширении схемы электродов до новой 25-канальной схемы для клинической ЭЭГ (Seeck et al., 2017) или вне.

Аналогично результатам электрохимической характеристики, импедансы электродов и кожи и потенциалы смещения каналов ЭЭГ электродов демонстрируют совместимость с современными усилителями биосигналов.

Качество сигнала в частотной области (PSD), временной и пространственной области (VEP) не показало значительных различий между сухими электродами и электродами на основе геля, что соответствует предыдущим исследованиям сухих электродов AgCl.Повышенная спектральная мощность сухих электродов ниже 3 Гц аналогично наблюдалась в предыдущих исследованиях (Fiedler et al., 2015) и может быть связана с нестабильностью на границе электрод-кожа на низких частотах. В сочетании с электрохимическими характеристиками эти результаты подтверждают вывод о разработанной методике нанесения покрытий для обеспечения адгезии и электрохимически стабильного покрытия AgCl, отвечающего требованиям к качеству сигнала для приложений биоэлектрического зондирования. В отличие от использовавшегося нами ранее покрытия из термореактивного полиуретана, новая технология покрытия специально разработана для термопластичного полиуретана и поэтому особенно подходит для электродных подложек, изготовленных методом аддитивного производства.

Электроды Arch оказались более удобными, чем электроды Multipin, особенно при использовании в течение более 60 минут. С другой стороны, новые электроды Arch требуют индивидуальной адаптации каждого электрода с точки зрения выравнивания вращения электрода и прически добровольцев. Это увеличило начальное время подготовки многоканального колпачка электрода Arch до 15 минут по сравнению с 5 минутами для сухих электродов Multipin. Однако это время подготовки все же меньше, чем у гелевых электродных колпачков со средним временем подготовки 22 мин.Кроме того, при повторном наложении колпачков электродов Arch на одного и того же добровольца время изготовления электродов в форме Multipin и Arch было сопоставимо. Начальное время подготовки можно сократить, обеспечив первоначальную ориентацию электродов в каждой области головы в соответствии с наиболее распространенной ориентацией волос (Kawana et al., 2020). Таким образом, электроды Arch специально подходят для гарнитур и головных уборов, предназначенных для многократного использования одним и тем же пользователем, например, для BCI и нейробиоуправления.

Дальнейшая оптимизация метода нанесения покрытия может быть направлена ​​на снижение затрат, а также на исследование и улучшение однородности и воспроизводимости толщины покрытия для серийного производства. Могут быть разработаны варианты дуговых электродов с конструкцией (наиболее важная высота) и гибкостью, адаптированными для отдельных областей головы, аналогично ранее предложенным волнообразным электродам для лба и областей головы без волос (di Fronso et al., 2019). Конструкции электродов для конкретных регионов могут еще больше повысить удобство и простоту применения.Разработка гарнитур и головных уборов, специально предназначенных для таких приложений, как BCI и нейробиоуправление, может способствовать сокращению времени подготовки и улучшению приведения электродов в центральные и теменные области головы для повышения надежности соответствующего канала. Специальные конструкции электродов могут использоваться для дополнительных электрофизиологических сигналов, таких как ЭКГ и ЭМГ (Zhang et al., 2020).

Заключение

Наши результаты доказывают применимость нового полиуретанового дугового электрода с серебряным покрытием для регистрации ЭЭГ.Новый электрод Arch обеспечивает повышенный комфорт, особенно при повторяющихся измерениях биопотенциала сухим контактом и при продолжительности применения более 60 минут. Более того, новый метод нанесения покрытия химическим способом на термопластичный полиуретан позволяет легко адаптировать форму электрода к различным требованиям, включая полностью индивидуализированные формы электродов для приложений сети датчиков тела, включая многоканальную ЭЭГ, матричную электромиографию и электрокардиографию.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без неоправданных оговорок.

Заявление об этике

Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Комитетом по этике Университетской больницы Йены, Германия. Участники дали письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

Вклад авторов

BV разработала методику нанесения покрытий и выполнила нанесение покрытий, а также механические характеристики образцов.BV и PF подготовили, контролировали и частично выполнили сбор данных in vivo . PF выполнил обработку и анализ данных in vivo . RM изготовила электродные подложки. BV, PF и CF написали первый черновик рукописи. Все авторы внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования, доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Это исследование было частично поддержано Германской службой академических обменов (идентификационный номер гранта 57452734), Европейским союзом в рамках Horizon 2020, Marie Sklodowska-Curie Actions h3020-MSCA-ITN-2018 (идентификационный номер гранта 813483) и Федеральным министерством экономики Германии. и Энергетика (идентификатор гранта ZF4112007TS9).BV признает Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) для получения степени доктора философии. грант (идентификатор гранта PT/BD/128477/2017). CF благодарит FCT за грант на мобильность в рамках программы двустороннего соглашения о сотрудничестве между Германией и Португалией (2019–2021). Мы подтверждаем поддержку расходов на публикацию Фондом публикаций открытого доступа Технического университета Ильменау.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все претензии, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

Ссылки

Берчиччи, М., и Комани, С. (2015). От редакции: Преодоление разрыва до и после рождения: методы и технологии для изучения функционального развития нейронов у людей. Фронт. Гум. Неврологи. 9:571. doi: 10.3389/fnhum.2015.00571

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Блейхнер, М. Г., и Дебенер, С. (2017). Скрытая, ненавязчивая регистрация ЭЭГ с центром на ухе: cEEGrids для прозрачной ЭЭГ. Фронт. Гум. Неврологи. 11:163. doi: 10.3389/fnhum.2017.00163

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Блюм С., Эмкес Р., Минов Ф., Анлауфф Дж., Финке А. и Дебенер С.(2020). Датчики ЭЭГ с гибкой печатью на лбу (fEEGrid) для долгосрочного сбора данных ЭЭГ. Дж. Нейрал. англ. 17:034003. дои: 10.1088/1741-2552/ab914c

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Черон, Г., Пети, Г., Шерон, Дж., Лерой, А., Себолла, А., Севаллос, К., и др. (2016). Колебания мозга в спорте: на пути к биомаркерам производительности ЭЭГ. Фронт. Психол. 7:246. doi: 10.3389/fpsyg.2016.00246

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Члайхави, А.А., Наракатху, Б.Б., Эмамиан, С., Базуин, Б.Дж., и Аташбар, М.З. (2018). Разработка печатных и гибких сухих электродов ЭКГ. Сенс. Био-Сенс. Рез. 20, 9–15. doi: 10.1016/j.sbsr.2018.05.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Comani, S., Velluto, L., Schinaia, L., Cerroni, G., Serio, A., Buzzelli, S., et al. (2015). Мониторинг нейромоторного восстановления после инсульта с помощью ЭЭГ высокого разрешения, робототехники и виртуальной реальности: доказательство концепции. IEEE Trans.Нейронная система. Реабилит. англ. 23, 1106–1116. doi: 10.1109/TNSRE.2015.2425474

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

ди Флумери Г., Арико П., Боргини Г., Шараффа Н., ди Флорио А. и Бабилони Ф. (2019). Сухая революция: оценка трех различных типов сухих электродов ЭЭГ с точки зрения спектральных характеристик сигнала, классификации психических состояний и удобства использования. Датчики 19:1365. doi: 10.3390/s1

65

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

ди Фронсо, С., Фидлер П., Тамбурро Г., Хауайзен Дж., Бертолло М. и Комани С. (2019). Сухая ЭЭГ в спортивных науках: быстрый и надежный инструмент для оценки индивидуальных изменений частоты альфа-пиков, вызванных физическими усилиями. Фронт. Неврологи. 13:982. doi: 10.3389/fnins.2019.00982

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Fiedler, P., Haueisen, J., Jannek, D., Griebel, S., Zentner, L., Vaz, F., et al. (2014). Сравнение трех типов сухих электродов для электроэнцефалографии. Акта ИМЭКО. 3, 33–37. дои: 10.21014/acta_imeko.v3i3.94

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Fiedler, P., Mühle, R., Griebel, S., Pedrosa, P., Fonseca, C., Vaz, F., et al. (2018). Контактное давление и гибкость многоштырьковых сухих электродов ЭЭГ. IEEE Trans. Нейронный. Сист. Реабилит. англ. 26, 750–757. doi: 10.1109/TNSRE.2018.2811752

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фидлер П., Педроса П., Грибель С., Fonseca, C., Vaz, F., Supriyanto, E., et al. (2015). Новая многоштыревая система электродных колпачков для сухой электроэнцефалографии. Топографический анализ мозга 28, 647–656. doi: 10.1007/s10548-015-0435-5

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Грисс П., Толванен-Лааксо Х.К., Мериляйнен П. и Штемме Г. (2002). Характеристика микромеханических шипованных биопотенциальных электродов. IEEE Trans. биом. англ. 49, 597–604. doi: 10.1109/TBME.2002.1001974

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Грозеа, К., Войнеску, К., и Фазли, Д. (2011). Датчики-щетинки — недорогие гибкие пассивные сухие ЭЭГ-электроды для приложений нейробиоуправления и BCI. Дж. Нейрал. англ. 8:025008. дои: 10.1088/1741-2560/8/2/025008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хаяси-Курахаши Н., Кидокоро Х., Кубота Т., Маруяма К., Като Ю., Като Т. и др. (2012). ЭЭГ для прогнозирования раннего развития нервной системы у недоношенных детей: наблюдательное когортное исследование. Педиатрия 130, E891–E897.doi: 10.1542/пед.2012-1115

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Hinrichs, H., Scholz, M., Baum, A.K., Kam, J.W.Y., Knight, R.T., и Heinze, H.-J. (2020). Сравнение беспроводной системы ЭЭГ с сухим электродом и обычной проводной системы ЭЭГ с мокрым электродом для клинического применения. науч. Респ. 10:5218. doi: 10.1038/s41598-020-62154-0

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кам, Дж. В.Y., Griffin, S., Shen, A., Patel, S., Hinrichs, H., Heinze, H.-J., et al. (2019). Систематическое сравнение беспроводной системы ЭЭГ с сухими электродами и проводной системы ЭЭГ с мокрыми электродами. НейроИзображение 184, 119–129. doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.09.012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кавана Т., Йошида Ю., Кудо Ю., Иватани К. и Мики Н. (2020). Дизайн и характеристика ЭЭГ-шляпы для надежных измерений ЭЭГ. Микромашины 11:635. дои: 10.3390/ми11070635

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Khazaei, M., Raeisi, K., Croce, P., Tamburro, G., Tokariev, A., Vanhatalo, S., et al. (2021). Характеристика функциональной динамики в неонатальном мозге во время REM- и NREM-состояний сна с помощью анализа микросостояний. Brain Topo [Препринт]. doi: 10.1007/s10548-021-00861-1

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ким, Дж., Ли, Дж., Хан, К., и Парк, К. (2019). Мгновенное надевание многоканальной ЭЭГ-гарнитуры (с сухими электродами в форме гребня) и приложений BCI. Датчики 19:1537. doi: 10.3390/s137

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Клеффнер-Кануччи, К., Лу, П., Наввей, Дж. Д., и Такер, Дж. Д. (2012). Новый гидрогелевый разбавитель электролита для быстрого применения датчиков ЭЭГ и расширенных записей. J. Neurosci. Методы 206, 83–87. дои: 10.1016/j.jneumeth.2011.11.021

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Клем, Г. Х., Людерс, Х. О., Джаспер, Х. Х., и Элгер, К. (1999). Электродная система десять-двадцать Международной Федерации. Международная федерация клинической нейрофизиологии. Электроэнцефалогр. клин. Нейрофизиол. Доп. 52, 3–6.

Академия Google

Ли, Дж., Хан, К., Ким, Дж., и Парк, К. (2015). Сухой электрод ЭЭГ в форме обратной дуги для увеличения площади контакта электрода с кожей на волосистой части головы. Электронный бюллетень. 51, 1643–1645. дои: 10.1049/эл.2015.1873

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли Г., Чжан Д., Ван С. и Дуань Ю. (2016). Новые пассивные полусухие электроды на керамической основе для регистрации сигналов электроэнцефалографии волосистой части головы. Активация датчика. B-хим. 237, 167–178. doi: 10.1016/J.SNB.2016.06.045

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Марини Ф., Ли К., Вагнер Дж., Макейг С. и Гола М.(2019). Сравнительная оценка качества сигнала между исследовательской и беспроводной мобильной системой ЭЭГ с сухими электродами. J. Нейронная инженерия. 16:054001. дои: 10.1088/1741-2552/ab21f2

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мишель, К.М., и Кениг, Т. (2018). Микросостояния ЭЭГ как инструмент изучения временной динамики нейронных сетей всего мозга: обзор. НейроИзображение 180, 577–593. doi: 10.1016/j.neuroimage.2017.11.062

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Миранда, Р.A., Casebeer, W.D., Hein, A.M., Judy, J.W., Krotkov, E.P., Laabs, T.L., et al. (2015). Финансируемые DARPA усилия по разработке новых технологий интерфейса мозг-компьютер. J. Neurosci. Методы 244:52-67. doi: 10.1016/j.jneumeth.2014.07.019

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мота, А.Р., Дуарте, Л., Родригес, Д., Мартинс, А.С., Мачадо, А.В., Ваз, Ф., и соавт. (2013). Разработка квазисухого электрода для регистрации ЭЭГ. Сенсор.актуал. А-физ. 199, 310–317. doi: 10.1016/j.sna.2013.06.013

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Mullen, T.R., Kothe, C.A.E., Chi, M., Ojeda, A., Kerth, T., Makeig, T., et al. (2015). Нейровизуализация в реальном времени и когнитивный мониторинг с использованием носимой сухой ЭЭГ. IEEE T. Биомед. англ. 62, 2553–2567. doi: 10.1109/TBME.2015.2481482

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нидермейер Э. и Лопес да Силва Ф.(2005). Электроэнцефалография: основные принципы, клиническое применение и смежные области. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.

Академия Google

Оливейра А.С., Шлинк Б.Р., Хейрстон В.Д., Кениг П. и Феррис Д.П. (2016). Индукция и разделение артефактов движения в данных ЭЭГ с помощью мобильного фантомного головного устройства. J. Нейронная инженерия. 13:036014. дои: 10.1088/1741-2560/13/3/036014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Оразем, М.Э. и Триболлет Б. (2008). Спектроскопия электрохимического импеданса. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley and Sons, 2008.

Академия Google

Ортис, О., Блустейн, Д., и Куруганти, У. (2020). «Тест-повторное тестирование надежности функций ЭЭГ во временной области для оценки когнитивной нагрузки с использованием беспроводной системы с сухими электродами». Анну. Междунар. конф. IEEE инж. Мед. биол. соц. 2020:9175762. дои: 10.1109/EMBC44109.2020.9175762

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пани, Д., Ачилли А., Спану А., Бонфильо А., Газзони М. и Боттер А. (2019). Валидация текстильных электродов с трафаретной печатью на полимерной основе для обнаружения поверхностной ЭМГ. IEEE Trans. Нейронная система. Реабилит. англ. 27, 1370–1377. doi: 10.1109/TNSRE.2019.2916397

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Paulsen, J.S., Nance, M., Kim, J.-I., Carlozzi, N.E., Panegyres, P.K., Erwin, C., et al. (2012). Обзор качества жизни после прогностического тестирования и более раннего выявления нейродегенеративных заболеваний. Прог. Нейробиол. 110, 2–28. doi: 10.1016/j.pneurobio.2013.08.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Педроса, П., Фидлер, Ф., Пестана, В., Васконселос, Б., Гаспар, Х., Амарал, М. Х., и соавт. (2018). Эксплуатационная характеристика полимерного квазисухого электрода на основе фитиля для быстрой беспастовой электроэнцефалографии. Биомед. англ. 63, 349–359. doi: 10.1515/bmt-2016-0193

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Педроса, П., Fiedler, P., Schinaia, L., Vasconcelos, B., Martins, A.C., Amaral, M.H., et al. (2017). Гидрогели на основе альгината как альтернатива электролитическим гелям для быстрого мониторинга ЭЭГ и облегчения процедуры очистки. Активация датчика. B-хим. 247, 273–283. doi: 10.1016/j.snb.2017.02.164

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Педроса П., Мачадо Д., Алвес Э., Баррадас Н. П., Ваз Ф. и Фонсека К. (2015). Электрохимические и структурные характеристики тонких нанокомпозитных пленок Agy:TiNx для сухих биоэлектродов: влияние соотношения N/Ti и содержания Ag. Электрохим. Acta 153, 602–611. doi: 10.1016/j.electacta.2014.12.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пэн, Х., Лю, Дж.-К., Тянь, Х., Донг, Ю.-З., Ян, Б., Чен, X., и др. (2016). Новый пассивный электрод на основе пористого титана для регистрации ЭЭГ. Активация датчика. B-хим. 226, 349–356. doi: 10.1016/j.snb.2015.11.14

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рентон, Т., Тибллес, А., и Тополовец-Враник, Дж. (2017).Нейробиоуправление как форма когнитивной реабилитационной терапии после инсульта: систематический обзор. PLoS One 12:e0177290. doi: 10.1371/journal.pone.0177290

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сальво П., Рэдт Р., Карретт Э., Шауброк Д., Ванфлетерен Дж. и Кардон Л. (2012). Напечатанный на 3D-принтере сухой электрод для записи ЭКГ/ЭЭГ. Чувств. Актив. А-Физ 174, 96–102. doi: 10.1016/j.sna.2011.12.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Скотт, Дж.и Хаскиссон, Э. К. (1976). Графическое изображение боли. Боль 2, 175–184. дои: 10.1016/0304-3959(76)-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Серл, А., и Киркап, Л. (2000). Прямое сравнение влажных, сухих и изолирующих биоэлектрических регистрирующих электродов. Физиол. Изм. 21, 271–283. дои: 10.1088/0967-3334/21/2/307

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сек, М., Кесслер, Л., Баст, Т., Лейтен, Ф., Мишель, К., Baumgartner, C., et al. (2017). Стандартизированный массив электродов ЭЭГ IFCN. клин. Нейрофиз. 128, 2070–2077. doi: 10.1016/j.clinph.2017.06.254

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Стегман, П., Кроуфорд, К.С., Андухар, М., Нейхолт, А., и Гилберт, Дж. Э. (2020). Программное обеспечение интерфейса мозг-компьютер: обзор и обсуждение. IEEE T. Гум. Мах. Сист. 50, 101–115. doi: 10.1109/THMS.2020.2968411

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Васконселос, Б., Ведиаппан, К., Оливейра, Дж. К., и Фонсека, К. (2018). Механически прочные серебряные покрытия, полученные методом химического осаждения из термопластичного полиуретана. Заяв. Серф. науч. 443, 39–47. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.02.229

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вундер С., Хунольд А., Фидлер П., Шлегельмильх Ф., Шеллхорн К. и Хауайзен Дж. (2018). Новый бифункциональный колпачок для одновременной электроэнцефалографии и транскраниальной электростимуляции. науч.Респ. 8:7259. doi: 10.1038/s41598-018-25562-x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Xu, R., Allison, B.Z., Ortner, R., Irimia, D.C., Espinosa, A., Lechner, A., et al. (2017). «Сколько каналов ЭЭГ оптимально для ИМК на основе изображений движений для реабилитации после инсульта». Конвергенция клин. Двигатель. Рез. Нейрореабилитация. II 2017, 1109–1113.

Академия Google

Чжан Л., Кумар К.С., Хе Х., Кай С.Дж., Хе Х., Гао Х., и другие. (2020). Полностью совместимые с органическими веществами сухие электроды, самоклеящиеся на коже, для длительного мониторинга биопотенциала эпидермиса, устойчивого к движению. Нац. коммун. 11:4683. doi: 10.1038/s41467-020-18503-8

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Датчики | Бесплатный полнотекстовый | Сухие электроды для мониторинга биоэлектрических сигналов человека

ЭКГ
Электрод Сухой электрод 9068-4 Электрод из тонкой пленки 300 нм, самоклеящийся и приспосабливающийся к сложным поверхностям кожи. ЭКГ
Электрод 90 и высокая чувствительность электрофизиологического обнаружения. изготовления, что позволяет быстро и недорого изготовить электроды и открывает возможность создания электродов по индивидуальному заказу для каждого пользователя.
Liao [32] Поверхностный электрод с 17 пружинными контактными зондами Нержавеющая сталь, Au, Cu, BeCu Поверхностный ЭЭГ-электрод Длина и диаметр микроигл варьируются от 100 до 210 мкм и от 30 до 50 мкм соответственно.Импеданс остается около 18 кОм на частоте 10 Гц. ДРЭ, влажное травление, испарение, термоокисление
Song [33] Сухие электроды на основе нанотрубок хитозан/Au-TiO2 для ЭЭГ Хитозан (Ch), Au, TiO 2 8, TiO нанотрубка 6 Поверхностный ЭЭГ-электрод Этот сухой электрод представляет собой многослойную пленку Ch/Au-TiO 2 /Au-Ti, средние значения импеданса составляли примерно 169 ± 33,0 кОм при 2,15 Гц и 67,4 ± 8,9 кОм при 100 Гц. Многопотенциальная ступенчатая технология на основе электрохимии, метод электрохимического анодного окисления
Fiedler [34] Новая многоштыревая система электродных колпачков Полиуретан, Ag/AgCl Поверхностный одиночный электрод ЭЭГ булавки с круглыми вершинами диаметром 1 мм и высотой 6 мм, расстояния между булавками равны 2.5 мм. Не упоминается
Kappel [36] Новый ушной ЭЭГ-электрод с сухим контактом необходимо измерять на волосистых участках, но изменение внутриушной конфигурации привело к низкому SNR. Термическое оксидирование, литье
Lee [38] Электрод для персональных наушников для ЭЭГ AgNW, CNT, PDMS. Поверхностный ЭЭГ-электрод Структуры и элементы изготовленного наушника, состоящего из слоя AgNW/CNTs/PDMS, проводящего соединительного слоя, покрытого слоем золота, и поддерживающей пены с эффектом памяти. не упоминается
Myers [39] Myers [39] Myers [39] Myers [39] AGNWS сухого электрода AGNW, PDMS поверхность AGNWS со средним диаметром 90 нм и длиной 10 ~ 60 мм, а проводимость электрода более 50 См/м. Casting Casting
CUI [42]4 CUI [42] Электрогидродинамическая печать AGNWS Electrody AGNW, Pet, PDMS, бумага Поверхность
ECG
Электрода
После почтовой обработки напечатанные AGNWS показали электрическую проводимость до ~ 5.6 × 10 6 См/м. Электрогидродинамическая печать
Nawrocki [46] Самоклеящийся сверхэластичный сухой тонкопленочный электрод с длиной волны менее 300 нм Парилен, Au Поверхностный ЭМГ Техника спинового покрытия, термическое осаждение
Гао [47] Мягкий игольчатый сухой электрод с щетиной ПДМС, УНТ, ПУ, углеродное волокно, Au Поверхностный ЭЭГ-электрод Диаметр составлял 17 мм, а его толщина 7 мм, импеданс порядка 10–100 кОм. Магнитное перемешивание, гальваническое покрытие, литье
Lee [49] Проводящий тонкопленочный электрод УНТ/ПДМС УНТ, ПДМС Поверхность
ЭКГ
С электродом
9065 мас.% дисперсии УНТ, гибкая пленка успешно прошла испытания на долгосрочное использование в качестве электрода ЭКГ. Двухэтапный метод диспергирования, спиннинг
Юнг [50] УНТ/ПДМС Композитные гибкие сухие электроды ПДМС, УНТ Поверхность
ЭКГ
Качество сигнала УНТ
5 /PDMS, а также от размера электрода. Двухстадийный метод диспергирования, литье
Peng [51] Гибкий микростолбчатый электрод на основе гибрида углеродных нанотрубок/полимера PDMS, CNT Поверхность
Диаметр одиночного электрода ЭКГ
микропиллары составляют 50 мкм и 100 мкм соответственно.Его ЭИИ ниже, чем у плоских электродов. Формование, УФ фотолитография, литье
Ким [53] Сухой электрод на основе 1D-2D гибридных углеродных нанокомпозитов Графен, УНТ, ПДМС Поверхность
ЭКГ
Электрод показывает самый низкий объем
ЭКГ
сопротивление (∼100 Ом·см) при оптимизированном соотношении наполнителя с нормальной силой адгезии ∼1,3 Н/см 2 на коже человека, что сравнимо с таковым у коммерческих влажных клеев. Литье
YATICI [61]4 YATICI [61] Графена-клапан Текстильные электроды Графен, текстиль Поверхность Электрический электрод на основе масштабируемого и прочного синтеза проводящих тканей с графеновой оболочкой. EII колеблется от 87,5 кОм до 11,6 кОм. Окунание и покрытие, термообработка
Лу [62] Гибкие графеновые электроды Графен, ПЭТ, Ag, полиэфирное волокно Поверхность
ЭКГ
Электрод
Химическое осаждение из газовой фазы, химическое восстановление
Das [64] Химически восстановленные сухие электроды на основе оксида графена Химически восстановленный оксид графена Поверхность
ЭКГ Электродность 2 электрода
Ом/кв. Химическое восстановление, нагревание
Karim [65] Струйная печать на основе графена, ткань Графеновые чернила, ткань Поверхность
ЭКГ
Печать на основе графена -текстиль на три порядка по сравнению с необработанным текстилем.
Струйное напыление, химическое восстановление
Salvo [70] Сухие электроды для 3D-печати для записи ЭКГ/ЭЭГ Акриловая смола, Au Поверхностный ЭЭГ-электрод Каждый 600 мкм, диаметр наконечника около 100 мкм, расстояние 250 мкм, импеданс на частоте 10 Гц 62 кОм Напыление, 3D-печать
сухие биоэлектроды Проводящая жидкая силиконовая резина, Ti/Ag Поверхностный ЭЭГ-электрод Его импеданс может быть менее 30 кОм (без покрытия) и менее 10 кОм (с Ag-покрытием) при 1–1000 Гц. магнетронное напыление
Крачунов [72] Сухие электроды для ЭЭГ, напечатанные на 3D-принтере Печатный пластик, чернила Ag/AgCl Электрод для поверхностного ЭЭГ-принтера 3D-печать
Lin [73] Новые электроды из сухой полимерной пены Проводящий уретановый материал, проводящая ткань, Ni/Cu Поверхностный ЭЭГ-электрод проводящей тканью импеданс на частоте 10 Гц составляет 15 кОм на волосяном участке, 8 кОм на безволосом участке. Не упоминать
Sinha [78] Электроды PEDOT:PSS с трафаретной печатью PEDOT:PSS, ткань Поверхность
ЭКГ
После электрода PSOT на пять слоев
5 906 сопротивление 5,6 Ом/кв. Установлено, что SNR сигнала ЭКГ составляет 15,42 дБ в условиях сухой кожи. Трафаретная печать
Castrillón [79] PEDOT:текстильные электроды на основе PSS PEDOT:PSS, текстильные материалы Поверхность
ЭКГ
электроды, обработанные текстильными материалами
5 PEDOT:PSS, нет существенных различий в получении сигналов ЭКГ для разных материалов. Погружение
De Camp [81] Светоотверждаемые полимерные электроды PEDOT, полимер Поверхностный ЭЭГ-электрод Электрод отверждается под воздействием синего света в течение нескольких секунд. Полное сопротивление находилось в диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц и приводило к значениям от 1,2 до 0,8 кОм. Процедура лечения света
[82] [82] Электроды PSS на бумаге Paper, педат: PSS Поверхность
ЭКГ
Электрод
Электрод изготовлен на печатью: PSS коммерческая бумага, которая является экологически чистой и пригодной для вторичной переработки. Струйная печать
La [83] Двухслойный и эластичный e-Textile Частицы Ag, фторполимер, ПДМС, ПУ Поверхностный ЭМГ
Электрод двухслойный, управляемый текстильным электродом
A проникновение частиц серебра и фторполимерной композитной краски в пористую ткань. Обладает хорошей проводимостью около 3200 См/см. Печать, проникновение
Jiang [84] Электрод из нетканого материала с полипирроловым покрытием ПЭТ, нейлон, полипропилен Поверхностный ЭМГ
получение.Его можно пришить к резинке, чтобы гарантировать плотный контакт с кожей.
Погружение и покрытие

Хранение и повторная сушка электрода

Электроды влагомера могут быть важным инструментом для получения максимальной отдачи от ваших влагомеров. Эти специализированные зонды могут быть невероятно разнообразными в зависимости от их конкретного применения, принимая множество различных форм и размеров, адаптированных к конкретным условиям использования.

Принимая во внимание, насколько полезными могут быть электроды для определения содержания влаги в различных ситуациях и материалах, важно правильно ухаживать за ними.Например, как вы храните контактные штифты и зонды вашего влагомера, когда они используются? Вы очищаете их после каждого использования, чтобы защитить их от влаги и остатков материала?

Надлежащий уход может помочь вам продлить срок службы электродов влагомера, чтобы вам не приходилось заменять их так часто. Имея это в виду, вот несколько советов по хранению, очистке и правильному использованию контактных штифтов и электродов влагомера.

Совет по уходу за электродами №1: не применяйте чрезмерную силу для проникновения в материалы

Одной из наиболее распространенных причин поломки электрода влагомера является то, что он был слишком сильно вдавлен в прочный материал.Чем длиннее электрод, тем выше вероятность того, что он сломается при прохождении через твердые материалы. Например, попытка засунуть длинный зонд серии 835 в бетон, как правило, не работает.

Если вам необходимо измерить влажность более прочных материалов с помощью игольчатого измерителя, может быть лучше вбить в материал набор гибких гвоздей и прикоснуться иглами измерителя к гвоздям. Это позволяет проверять содержание влаги в более прочных материалах, не вызывая чрезмерного износа электродов или штифтов измерителя.

Совет по уходу за электродом № 2: сушка влагомера Зонд

При использовании для проверки наличия влаги в различных материалах датчики влагомера не следует оставлять в воде слишком долго. Когда вы поработаете с электродом какое-то время, попробуйте удалить излишки воды и мусора чистой сухой тканью.

Салфетки из микрофибры особенно полезны для удаления воды и грязи, но даже простого полотенца для рук должно быть достаточно.Если на датчике есть особенно стойкая грязь или мусор, можно использовать влажное бумажное полотенце или биоразлагаемый очиститель для очистки поверхности. Следуйте за этим с сухой тканью, чтобы удалить любую воду.

Совет по уходу за электродами №3: Хранение влагомера Электроды

Когда электроды влагомера не используются, их следует по возможности хранить в футляре влагомера. Это может помочь защитить электроды от чрезмерного количества воды, пыли и других загрязняющих веществ между использованиями.Это также помогает защитить электроды от ударов во время транспортировки.

Однако некоторые датчики влагомера слишком велики для стандартного корпуса влагомера. Для этих больших электродов может потребоваться выделить место в ящике для инструментов большого размера или разместить их на специально изготовленной для этой цели стойке. Если вы не можете хранить электрод в футляре, рекомендуется периодически проверять его и протирать сухой тканью.

Совет по уходу за электродами № 4: не оставляйте электроды погруженными в материалы на слишком долгое время

В некоторых ситуациях удобно оставить электрод влагомера погруженным в материал на некоторое время.Некоторые электроды, такие как электрод из бумажной массы 12-E или датчик прессовальной камеры 1986 года, превосходны тем, что их оставляют на месте для получения нескольких показаний влажности с течением времени. Однако пользователи не должны просто оставлять эти электроды на месте весь день, каждый день.

Время от времени важно снимать электрод с тестируемого материала и тщательно его очищать. Это помогает предотвратить преждевременную ржавчину электрода, продлевая срок его службы и сохраняя точность измерителя.

Нужны дополнительные советы по уходу за электродом влагомера? Обратитесь к команде Delmhorst за дополнительной помощью и советом!

Влажные и сухие электроды для ЭЭГ — Sapien Labs | Neuroscience

Технология записи ЭЭГ в принципе остается похожей с момента ее первого использования в 1923 году. Однако теперь доступен широкий спектр типов электродов, как влажных, так и сухих. Каковы некоторые из ключевых отличий?

Краткая история электродов ЭЭГ

Первые записи электроэнцефалографии (ЭЭГ) человеческого мозга были сделаны немецким физиком Гансом Бергером в 1923 году.В этих первых записях Бергер использовал серебряные провода, вставленные под кожу головы пациента в качестве электродов ЭЭГ, а позже перешел на электроды из серебряной фольги, которые прикреплялись к голове субъекта с помощью повязки. Он использовал довольно примитивный струнный гальванометр для записи ЭЭГ с этих электродов, в конечном итоге переключившись на регистрирующий гальванометр Сименса с двойной катушкой, который позволял ему записывать ЭЭГ всего 0,1 милливольта. Это было почти столетие назад. Сегодня, хотя мы больше не «приклеиваем» отдельные электроды к голове субъекта, теперь у нас есть несколько различных типов электродов на выбор.С другой стороны, основная процедура рутинной ЭЭГ в клиниках и исследованиях почти не изменилась.

Какие электроды ЭЭГ используются сегодня? Как ЭЭГ развивалась как технология? Что такое сухие, мокрые, активные и пассивные электроды? Какой тип электрода использовать?

Влажные/гелевые электроды

Импеданс электрод-кожа является важным фактором, который определяет электрические свойства интерфейса электрод-кожа. Чем ниже сопротивление электрода-кожи, тем лучше будет качество сигналов ЭЭГ.Кроме того, низкий импеданс кожи электрода может помочь уменьшить помехи от линии электропередач, а также сделать сигналы ЭЭГ более устойчивыми к артефактам движения, включая движение кабеля. Сегодня наиболее часто используемым электродом является электрод из серебра/хлорида серебра (Ag/AgCl). В электродах Ag/AgCl, также называемых мокрыми электродами , используется электролитный гель для формирования проводящего пути между кожей и электродом для снижения импеданса электрод-кожа. Мокрые электроды в настоящее время являются золотым стандартом в клинической практике, однако они имеют ряд недостатков,

  • Уменьшение импеданса до приемлемого значения (5–20 кОм) может занять много времени.
  • После достижения приемлемого импеданса гель может высохнуть в течение нескольких часов, снова увеличивая импеданс. Например, было замечено, что импеданс влажных электродов ухудшился с 5 до 15 кОм в течение 5 часов после нанесения геля. Таким образом, мокрые электроды не подходят для длительной ЭЭГ.
  • Использование множества электродов (например, ЭЭГ с плотной матрицей) также может быть проблематичным, поскольку расстояние между электродами уменьшается по мере увеличения количества электродов. Это может привести к тому, что гели электролита образуют проводящий мостик между двумя электродами.
  • Настройка ЭЭГ с мокрыми электродами занимает много времени (подготовка кожи, ожидание достижения импедансом приемлемого значения и т. д.) и требует участия профессионала.
  • Наконец, использование абразивной пасты (как часть подготовки кожи головы) и геля-электролита может быть неудобным для субъекта.

Сухие электроды

Сухие электроды Электроды (см. рис. 1) предлагаются в качестве альтернативного решения для стабильной долговременной записи ЭЭГ и устранения общих проблем с мокрыми электродами, описанных выше.Одним из основных преимуществ сухих электродов является то, что, в отличие от мокрых электродов, они не требуют трудоемкой подготовки кожи головы и, следовательно, занимают меньше времени. Сухие электроды можно разделить на контактные, бесконтактные и изолирующие. В контактном сухом электроде кожа головы находится в непосредственном контакте с поверхностью электрода, состоящей из металлического массива шипов. В некоторых случаях электрод можно даже проткнуть роговым слоем (SC) для достижения механической стабильности, а также лучших электрических свойств.В бесконтактном сухом электроде нижняя пластина сделана из металла, который емкостно связан через изолятор, такой как волосы или одежда. В случае изолированного электрода, как следует из названия, нижняя пластина электрода представляет собой изоляционный материал и также работает на основе емкостной связи. В приложениях ЭЭГ чаще используются электроды с сухим контактом, поскольку они имеют несколько более низкий импеданс по сравнению с двумя другими типами.

 

F рисунок 1 : Пример контактного, изолирующего и бесконтактного сухого электрода [1,2].

 

Электрическая модель интерфейса электрод-кожа показана на рисунке ниже. Как видно, введение токопроводящего геля моделируется как резистивно-емкостная цепь (с импедансом < 1кОм), тогда как электрический импеданс между сухим электродом и кожей (СК – роговой слой) выше из-за отсутствия геля.

Рисунок 2: Электрическая модель различных поверхностей электрод-кожа [3.5].

 

Однако сухие электроды не лишены недостатков.Во-первых, из-за отсутствия проводящего слоя и, как следствие, повышенного импеданса (до нескольких МОм на частоте 50/60 Гц) в ЭЭГ наблюдается значительное количество шумов и помех с большим преобладанием двигательных артефактов. Таким образом, сухие электроды необходимо экранировать, чтобы свести к минимуму шум из-за помех. Подключение сухих электродов непосредственно к усилителю ЭЭГ с помощью неэкранированных кабелей ( пассивные электроды ) не обеспечит хорошего качества сигнала. Вместо этого необходимы активных электродов , которые усиливают ЭЭГ на коже головы и, таким образом, уменьшают влияние шума окружающей среды.Это также снижает потребность в экранированных кабелях для поддержания качества сигнала, что является привлекательным свойством для компактных носимых устройств. Кроме того, электроды с шипами могут быть довольно неудобными, и их нельзя носить в течение длительного периода времени.

В следующем блоге мы рассмотрим некоторые исследования ЭЭГ, в которых сравнивались эти два типа электродов. Какие из них использовать, может существенно зависеть от целей использования и конкретных компромиссов, на которые готов пойти.

Ссылки

Ссылки

  1. Олер, Мартин и др.«Извлечение сигналов SSVEP емкостного шлема ЭЭГ для человеко-машинного интерфейса». 2008 г. 30-я ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society . IEEE, 2008.

 

  1. Чи, Ю Майк и др. «Сухие и бесконтактные датчики ЭЭГ для мобильных интерфейсов мозг-компьютер». IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 20.2 (2011): 228-235.
  2. Чи, Ю Майк, Цзы-Пинг Юнг и Герт Каувенбергс.«Сухоконтактные и бесконтактные биопотенциальные электроды: Методологический обзор». Обзоры IEEE по биомедицинской инженерии 3 (2010): 106-119.
  3. Сюй, Цзявэй и др. Маломощные ИС активных электродов для регистрации ЭЭГ на носимых устройствах . Берлин, Германия: Springer, 2018.
  4. .
  5. Ли, Гуанли, Сычжэ Ван и Яньвэнь Ю. Дуань. «К электродам без геля: систематическое исследование импеданса кожи электродов». Датчики и приводы B: Chemical 241 (2017): 1244-1255.

Рекомендации по хранению и повторной сушке электродов SMAW с низким содержанием водорода

Home / Рекомендации по хранению и повторной сушке электродов SMAW с низким содержанием водорода

В то время как выполнение правильной техники сварки является наиболее очевидным способом избежать пористости или других дефектов при сварке SMAW с низким содержанием водорода, Джозеф Мурлин из Lincoln Electric объясняет, что успех работы на самом деле начинается задолго до того, как зажжется первая дуга.

Опубликовано: 10 октября 2012 г.

Хотя использование надлежащей техники сварки является наиболее очевидным способом избежать пористости или других дефектов при сварке SMAW с низким содержанием водорода, успех работы на самом деле начинается задолго до того, как зажжется первая дуга.

Электроды с низким содержанием водорода должны быть сухими для правильной работы. Неоткрытые герметичные контейнеры обеспечивают превосходную защиту при хороших условиях хранения. Открытые банки или электроды следует хранить в шкафу при температуре от 120°C до 150°C (от 250°F до 300°F).Влагостойкие электроды с суффиксом «R» обладают высокой устойчивостью к проникновению влаги в покрытие. Тем не менее, все электроды с низким содержанием водорода следует хранить надлежащим образом, даже те, которые имеют суффикс «R».

Стандартные электроды EXX18 должны поставляться сварщикам два раза в смену. Влагостойкие типы могут подвергаться воздействию до девяти часов. Специальные требования кода могут указывать предельные значения воздействия, отличные от данных указаний. В зависимости от количества поглощенной влаги и других факторов, поглощение влаги может по-разному ухудшить качество сварного шва:

  • Влага в электродах с низким содержанием водорода может вызвать пористость.Эта пористость может быть полностью подповерхностной и требует рентгеновского контроля или разрушающих испытаний. Пористость также может быть видимой, внешней пористостью.
  • Высокая влажность также может привести к чрезмерной текучести шлака, шероховатой поверхности сварного шва и затрудненному удалению шлака. Чрезмерная влага в электродах с низким содержанием водорода приведет к повышенному уровню диффузионного водорода, что может привести к водородному растрескиванию сварного шва и/или растрескиванию под валиком.

Повторная сушка, если она выполнена правильно, восстанавливает способность электродов наплавлять качественные сварные швы.Правильная температура повторной сушки зависит от типа электрода и его состояния. Один час при указанной конечной температуре является удовлетворительным. НЕ сушите электроды при более высоких температурах. Несколько часов при более низких температурах не эквивалентны использованию указанных требований.

 

 

Электроды класса прочности E8018 и выше должны подвергаться повторной сушке не более трех часов в диапазоне температур от 370°C до 430°C (от 700°F до 800°F).Это сводит к минимуму возможность окисления сплавов в покрытии, что может привести к более низким, чем обычно, свойствам при растяжении или ударной нагрузке.

Любой электрод с низким содержанием водорода следует утилизировать, если чрезмерная повторная сушка приводит к тому, что покрытие становится хрупким и отслаивается или отрывается во время сварки, или если наблюдается заметное различие в обращении или характеристиках дуги, например, недостаточное усилие дуги.

Электроды, подлежащие повторной сушке, следует вынуть из банки и разложить в печи, поскольку каждый электрод должен достичь температуры сушки.

Проверка беспроводной системы сухих электродов для электроэнцефалографии | Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation

Этика

Всем участникам было предоставлено письменное информированное согласие в соответствии с этическими условиями, изложенными в рамках более крупного исследования по сбору данных под контролем Western IRB (№ 20141246). Участники предоставили письменное согласие на хранение их данных в большой базе данных, обезличивание и публикацию.

Устройства для исследования

Для этого исследования в качестве устройств для исследования использовались беспроводная система с сухими электродами Versus (SenseLabs, Mesa, AZ & Atascadero, CA, USA) и обычная система с влажными электродами Mitsar-201 (Mitsar Ltd, St.Петербург, Россия). На рисунке 1 показано визуальное представление устройств для исследования. В таблице 1 представлены системные характеристики исследуемых устройств. Беспроводная гарнитура Versus с программным обеспечением EEG Stream оснащена пятью встроенными 15-контактными угольно-кремниевыми сухими электродами в следующих положениях International 10–20 (Fz, C3, Cz, C4, Pz) со встроенным двухсторонним ушным зажимом эталонного заземления. На рис. 2 представлена ​​схема сухого электрода и электрической цепи гарнитуры Versus. Мицар-201 был выбран в качестве эталонного устройства в исследовании, так как это широко используемый лабораторный усилитель ЭЭГ с разрешением 510 К (K143233) от FDA.Усилитель Мицар-201 с программным обеспечением WinEEG позволяет вводить 19 ЭЭГ, 2 эталонных (А1 и А2) и 1 заземляющий электрод с использованием индивидуальных электродов типа DIN или электродной шапочки с разъемом последовательного порта. В этом исследовании для сравнительного тестирования с обычной системой мокрых электродов использовались плоские золотые электроды DIN диаметром 9 мм с одним выводом. Оба исследуемых устройства соответствовали рекомендациям Американского общества клинической нейрофизиологии в отношении технических требований к записи ЭЭГ [7, 8] и другим опубликованным техническим стандартам [9].Беспроводная технология, используемая в гарнитуре Versus, аналогична технологии мобильного телефона или беспроводной сотовой гарнитуры и совместима со стандартами COMAR [10] для «исключения с низким энергопотреблением» для воздействия радиочастотных устройств и имеет право на них.

Рис. 1

Учебные устройства . Графическое изображение беспроводной электродной системы a Versus с угольно-кремниевыми сухими электродами и усилителя b Mitsar 201 с золотыми мокрыми электродами в стиле DIN

Таблица 1 Технические характеристики системы для учебных устройств Рис.2

Схема системы сухих электродов гарнитуры Versus

Описание экспериментов

В эксперименте 1 исследуемые устройства сравнивались с использованием генератора сигналов для подачи нескольких тестовых сигналов на проводящую модель головы с влажными и сухими электродами, прикрепленными к точкам Fz, C3, Cz, C4 и Pz, с эталоном Versus /заземлитель присоединен к левому уху (А1), а мицарские эталоны и заземлители присоединены к левому и правому уху и лбу, А1, А2 и ФПз — соответственно.В серии 5-минутных последовательных записей ЭЭГ применялся тестовый сигнал частотой 2,5 Гц, 10 Гц и 39 Гц в условиях низкого и высокого сопротивления. Условия низкого сопротивления имитировали правильное соединение электродов, а условия высокого сопротивления имитировали плохое соединение электродов.

В эксперименте 2 исследуемые устройства сравнивались с использованием одновременных записей in vivo от образца здорового взрослого человека. Участники удобно сидели в кресле с откидной спинкой, расположенном в отдельной комнате для записи с контролируемым климатом, светом и звуком, и им было предложено оставаться расслабленными и сфокусировать взгляд в фиксированном направлении на протяжении всей записи, чтобы свести к минимуму электромиографические и электроокулярографические артефакты.Задачи исследования включали пятиминутное состояние покоя с закрытыми глазами и пятиминутное состояние покоя с открытыми глазами. Из-за фиксированного положения электродов гарнитуры Versus сухие электроды были расположены в точках Fz, C3, Cz, C4 и Pz, а референтный и заземляющий электроды были закреплены на левой мочке уха (A1). Под наблюдением специалиста по ЭЭГ участникам было предложено надеть гарнитуру на голову и осторожно раскачивать устройство вперед и назад, чтобы выступы гибких углеродно-кремниевых электродов соприкасались с кожей головы.Затем участники прикрепили эталонный/заземляющий электрод к левому уху. Применение гарнитуры Versus заняло примерно 2 минуты после демонстрации и потребовало минимальной помощи специалиста по ЭЭГ. Односвинцовые влажные электроды были зафиксированы на коже головы с помощью токопроводящей пасты лаборантом ЭЭГ. Влажные электроды располагались позади сухих электродов C3, Pz и C4 и немного левее сухих электродов Fz и Cz, при этом референтный и заземляющий электроды были подключены к левому и правому уху и лбу, A1, A2. , и FPz — соответственно.Подготовка места и наложение 8 электродов с одним отведением заняли примерно 10 минут. Расположение сухих и влажных электродов для одновременной записи показано на рис. 3.

Рис. 3

Места электродов для подтверждения сигнала в соответствии с Международной системой размещения электродов 10–20. Смежные серые кружки [больше] обозначают места для сухих электродов гарнитуры Versus, а черные сплошные кружки [меньше] обозначают места для влажных электродов Mitsar

Обработка сигнала

Для экспериментов 1 и 2 данные, собранные с помощью гарнитуры Versus, были экспортированы в формате ASCII (.txt), а данные, собранные с помощью системы мокрых электродов, были повторно привязаны к A1 и экспортированы в формате EDF. Все файлы данных были импортированы и обработаны с помощью программного обеспечения Brain Vision Analyzer (версия 1.05, Brain Product GmbH, Германия). Каждая запись была уменьшена до 128 выборок в секунду, полосовой фильтр отфильтрован от 1,5 до 45 Гц, а маркеры синхронизации применялись вручную на основе артефактов участников, запрашиваемых в начале каждого условия задачи. Двухминутные непрерывные неартефактные данные для каждого состояния (тест генератора сигналов, с закрытыми и открытыми глазами) были сегментированы на периоды в 1 с и подвергнуты анализу с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) (полный спектр, мощность, 0.разрешение 5 Гц, без окон). Средние значения амплитуды (мкВ) для дельта (1,5–3,5 Гц), тета (4–7,5 Гц), альфа (8–12 Гц), бета 1 (13–16 Гц), бета 2 (13–21 Гц), бета 3 (21–32 Гц) и гамма-диапазоны (35–45 Гц) на каждом участке электрода (Fz, C3, Cz, C4 и Pz) были экспортированы для статистического анализа с использованием IBM SPSS Statistics (версия 20).

Статистический анализ

В эксперименте 1 была проверена следующая гипотеза. Гипотеза 1: средние значения амплитуд для дельта-, альфа- и гамма-диапазонов частот Fz, C3, Cz, C4 и Pz не будут существенно различаться между По сравнению с системой сухих электродов и системой мокрых электродов Mitsar во время протокола тестирования генератора сигналов.В эксперименте 2 были проверены следующие гипотезы. Гипотеза 2: средние значения амплитуд для дельта-, тета-, альфа-, бета-1, бета-2, бета3 и гамма-диапазонов частот Fz, C3, Cz, C4 и Pz не будут равны . между системой сухих электродов Versus и системой влажных электродов Mitsar во время протоколов тестирования участников in vivo с закрытыми и открытыми глазами. Гипотеза 3: средние значения амплитуды для дельта-, тета-, альфа-, бета-1, бета-2, бета3 и гамма-диапазонов частот будут значительно коррелировать между системой сухих электродов Versus и системой влажных электродов Mitsar во время работы с закрытыми глазами и с закрытыми глазами. -открытые протоколы тестирования участников in vivo.

Гипотезы 1 и 2 были оценены с использованием смешанного дисперсионного анализа, нацеленного на влияние устройства между субъектами и взаимодействия внутри субъектов, а также на парные сравнения частоты*устройства и электрода*устройства. Поскольку многомерный дисперсионный анализ (MANOVA) не зависит от допущений о сферичности, при необходимости сообщается статистика многомерного лямбда-критерия Уилкса. Гипотезу 3 оценивали путем расчета коэффициента двумерной корреляции между системой сухих и влажных электродов для каждой полосы частот во время протокола записи in vivo с закрытыми и открытыми глазами.Поскольку была выдвинута гипотеза о направленном характере корреляций, для всех корреляций были указаны односторонние вероятности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.