Что показывает фазовый угол
Что такое фаза, фазовый угол и сдвиг фаз
Говоря о переменном токе, часто оперируют такими терминами как «фаза», «фазовый угол», «сдвиг фаз». Обычно это касается синусоидального переменного или пульсирующего тока (полученного путем выпрямления синусоидального тока).
Аргументом функции в данном случае является как раз фаза, то есть положение колеблющейся величины (тока или напряжения) в каждый рассматриваемый момент времени относительно момента начала колебаний. А сама функция принимает значение колеблющейся величины, в этот же момент времени.
В процессе изменения, напряжение принимает множество значений в каждый момент времени, периодически (спустя период времени Т) возвращаясь к тому значению, с которого начиналось наблюдение за данным напряжением.
Можно сказать, что в любой момент времени напряжение находится в определенной фазе, которая зависит от нескольких факторов: от времени t, прошедшего от начала колебаний, от угловой частоты, и от начальной фазы. То что стоит в скобках — полная фаза колебаний в текущий момент времени t. Пси — начальная фаза.
Начальную фазу называют в электротехнике еще начальным фазовым углом, поскольку фаза измеряется в радианах или в градусах, как и все обычные геометрические углы. Пределы изменения фазы лежат в интервале от 0 до 360 градусов или от 0 до 2*пи радиан.
На приведенном выше рисунке видно, что в момент начала наблюдения за переменным напряжением U, его значение не было нулем, то есть фаза уже успела в данном примере отклониться от нуля на некоторый угол Пси, равный около 30 градусов или пи/6 радиан — это и есть начальный фазовый угол.
В составе аргумента синусоидальной функции, Пси является константной, поскольку данный угол определяется в начале наблюдения за изменяющимся напряжением, и потом уже в принципе не изменяется. Однако его наличие определяет общий сдвиг синусоидальной кривой относительно начала координат.
По ходу дальнейшего колебания напряжения, текущий фазовый угол изменяется, вместе с ним изменяется и напряжение.
Для синусоидальной функции, если полный фазовый угол (полная фаза с учетом начальной фазы) равен нулю, 180 градусам (пи радиан) или 360 градусам (2*пи радиан), то напряжение принимает нулевое значение, а если фазовый угол принимает значение 90 градусов (пи/2 радиан) или 270 градусов (3*пи/2 радиан) то в такие моменты напряжение максимально отклонено от нуля.
Обычно в ходе электротехнических измерений в цепях переменного синусоидального тока (напряжения), наблюдение ведут одновременно и за током и за напряжением в исследуемой цепи. Тогда графики тока и напряжения изображают на общей координатной плоскости.
В этом случае частота изменения тока и напряжения идентичны, но различны, если смотреть на графики, их начальные фазы. В этом случае говорят о фазовом сдвиге между током и напряжением, то есть о разности их начальных фазовых углов.
Иными словами фазовый сдвиг определяет то, на сколько одна синусоида смещена во времени относительно другой. Фазовый сдвиг, как и фазовый угол, измеряется в градусах или радианах. По фазе опережает тот синус, период которого начинается раньше, а отстает по фазе тот, чей период начинается позже. Фазовый сдвиг обозначают обычно буквой Фи.
Фазовый сдвиг, например, между напряжениями на проводах трехфазной сети переменного тока относительно друг друга является константой и равен 120 градусов или 2*пи/3 радиан.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Клинические применения оценки величины фазового угла в биоимпедансном анализе состава тела
КЛИНИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОЦЕНКИ ВЕЛИЧИНЫ ФАЗОВОГО УГЛА В БИОИМПЕДАНСНОМ АНАЛИЗЕ СОСТАВА ТЕЛА
1НТЦ «Медасс», 2ИВМ РАН, 3 МГФСО, 4ГНЦ РФ – ИМБП РАН (Москва)
В исследованиях состава тела in vivo широкое распространение имеют непрямые методы (известны лишь единичные случаи использования прямых методов химического и анатомического изучения состава тела). Биоимпедансный анализ (БИА) зарекомендовал себя как надежный, безопасный и относительно точный полевой метод оценки состава тела, успешно развивающийся на протяжении последних 25 лет. Одной из трудностей развития метода является проблема физиологической интерпретации результатов биоимпедансных измерений (2). Другая трудность связана с использованием формул для оценки состава тела, зависящих от свойств популяции.
Значения фазового угла, определяемого как арктангенс отношения двух основных измеряемых параметров биоимпедансного анализа – реактивного (Xc) и активного сопротивлений (R), первоначально использовались для диагностики нарушений метаболизма, и основные исследования в этой области были связаны с сопоставлением значений фазового угла с физиологическими параметрами, такими как основной обмен (3). Взаимосвязь между величинами активного и реактивного сопротивлений в зависимости от частоты зондирующего тока показана на рис. 1.
Рис. 1. Соотношение реактивного и активного сопротивлений в зависимости от частоты тока
Фазовый угол зависит от пола и возраста индивида. Эта зависимость показана в табл. 1 в виде интервалов нормальных значений (Selberg, Selberg, 2002). Изучение прогностической значимости фазового угла у пациентов хирургических отделений и онкологических больных, пациентов отделений интенсивной терапии, привело к увеличению знаний о границах изменчивости рассматриваемого показателя при различных условиях и состояниях пациентов. На основе знания возрастных закономерностей нормальной изменчивости фазового угла были построены оценки критических значений признака для выявления групп риска.
У здоровых людей значения фазового угла принадлежат верхней части интервала допустимых значений (рис. 4). У больных людей значения фазового угла, как правило, попадают в нижний интервал – тем меньше, чем хуже прогноз. Использование стандартизованной шкалы нормальных значений фазового угла дает более надежные результаты по сравнению с традиционными методами выявления групп риска.
Снижение величины фазового угла с возрастом свидетельствует о взаимосвязи фазовго угла с общей работоспособностью и состоянием здоровья организма, а не только с пищевым статусом. Значения фазового угла у больных в период гемодиализа были существенно ниже, чем у здоровых людей (медиана 5.16° для мужчин и 4.01° для женщин) (18). В том же исследовании были выявлены еще более низкие значения фазового угла при диабете. У больных раком легких среднее значение фазового угла составило 4.57°, выживаемость пациентов имела высокую линейную корреляцию с данным показателем (17).
В работе (1) были сопоставлены первичные данные биоимпедансного анализа с физическими, диетологическими и прогностическими параметрами в группе здоровых людей, госпитализированных пациентов и пациентов с циррозом печени, нуждающихся в консервативном или хирургическом нетрансплантационном лечении.
Табл. 1. Нормальные значения фазового угла у здоровых людей (Selberg, Selberg, 2002)
Фазовый угол (астрономия)
Для наблюдателей на Земле угол «Солнце-объект-Земля» приблизительно равен углу «Солнце-объект-наблюдатель», различие между ними зависит от суточного параллакса, который в случае наблюдений Луны может составлять около 1° или два диаметра полной Луны. С развитием космических полётов понятие фазового угла может стать более общим и не зависеть от Солнца и Земли.
Происхождение названия связано с понятием фазы планеты, поскольку яркость объекта и доля видимой освещённой поверхности является функцией фазового угла.
Фазовый угол меняется в пределах от 0° до 180°. Значение 0° соответствует положению, при котором освещающий объект, наблюдатель и наблюдаемый объект находятся на одной прямой, при этом наблюдатель и освещающий объект расположены с одной стороны от наблюдаемого объекта. Такая конфигурация называется противостоянием. Значение 180° соответствует расположению наблюдаемого объекта между освещающим объектом и наблюдателем; такая конфигурация называется соединением.
Для некоторых объектов, таких как Луна (см. фазы Луны), Венера и Меркурий, фазовый угол при наблюдении с Земли может принимать любые значения в интервале 0–180°. У верхних планет интервал значений фазовых углов более узкий. Например, для Марса максимальное значение фазового угла равно 45° для наблюдателя на Земле.
Видимый блеск объекта является функцией фазового угла, обычно эта функция гладкая за исключением пика вблизи 0°, который не затрагивает газовые гиганты или тела с протяжённой атмосферой; также гладкость может нарушаться вблизи 180°. Зависимость блеска от фазы называют фазовой кривой.
Связанные понятия
В небесной механике механизмом, эффектом или резонансом Лидова или Лидова—Козаи называется периодическое изменение соотношения эксцентриситета и наклонения орбиты под воздействием массивного тела или тел. Либрации (колебанию около постоянного значения) подвержен аргумент перицентра.
10° в плоскости эклиптики, наблюдаемого с противоположной стороны от Солнца (элонгация в 180°).
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Косми́ческие ско́рости (первая v1, вторая v2, третья v3 и четвёртая v4) — характерные критические скорости движения космических объектов в гравитационных полях небесных тел и их систем. Космические скорости используются для характеристики типа движения космического аппарата в сфере действия небесных тел: Солнца, Земли и Луны, других планет и их естественных спутников, а также астероидов и комет.
Спутниками-«пастухами» называют небольшие естественные спутники газовых планет в Солнечной системе, которые не позволяют крайним частицам кольца уходить от него в стороны. Они как бы «пасут» частицы, за что и получили своё название «пастухов».
Компьютерная диагностика состава тела и фазовый угол биоимпеданса
Измерение состава тела человека проводится с помощью электрического сопротивления организма. Чаще всего о биоимпедансном анализе говорят как о способе узнать количество внеклеточной (кровь и лимфа) и внутриклеточной жидкости (в том числе проявляющейся в отеках), а также активной клеточной массы (мышцы, жир, в том числе и висцеральный, внутренние органы, нервные клетки). Однако современные аппараты, например, анализатор тела InBody 770, дают также сведения о фазовом угле биоимпеданса. Что это такое?
Что такое фазовый угол биоимпеданса?
Фазовый угол дает довольно точную информацию о состоянии метаболизма человека в виде диаграммы. Он характеризует тренированность и выносливость, состояние клеток организма и интенсивность обмена веществ.
Нормой считается ФУ со значением от 5,4 до 7,8. Значение ФУ меньше 4,4 указывает на вероятность катаболического сдвига (энергетического обмена), показатели от 4,4 до 5,4 – на гиподинамию, то есть ослабление мышц из-за малоподвижного образа жизни, а ФУ от 7,8 и выше чаще всего встречается у спортсменов и тех, кто регулярно занимается высокими физическими нагрузками.
Самые низкие значения фазового угла встречаются при серьезных заболевания, влияющих в том числе на продолжительность жизни. Возрастное снижение ФУ может указывать не только на изменение пищевого статуса, но и снижение общей работоспособности. Сами значения определяются как арктангенс отношения реактивного и активного сопротивлений.
Все результаты после биоимпедансного анализа обязательно фиксируются на бумаге и выдаются вам, также вам даются комментарии с интерпретацией результатов и ряд рекомендаций. Вы можете регулярно, например, каждые несколько недель, повторно проводить диагностику, чтобы отслеживать результаты. Сам анализ полностью безопасен для здоровья.
На основании ФУ можно также сделать вывод о биологическом возрасте пациента, а точнее, о соответствии его физических показателей фактическому возрасту. Чем он выше, тем вы моложе.
Биоимпедансный анализ
Содержание
Биофизический метод — биоимпедансный анализ [ править | править код ]
Классификацию биоимпедансных измерений принято производить по следующим параметрам [13] [14] :
Физические основы биоимпедансного метода [ править | править код ]
Основу биоимпедансного анализа составляют различия электропроводности тканей организма по причине разного содержания в них жидкости и электролитов (таблица 1). К примеру, активное сопротивление жировой ткани примерно в 10-15 раз выше в сравнении с большинством других безжировых тканей.
Таблица 1. Типичные значения удельного электрического сопротивления биологических жидкостей и тканей [14] [16]
Удельное сопротивление, Ом х м
Легкие без воздуха
Несомненным преимуществом методики [17] является то, что она проста, неинвазивна и безопасна.
Методика интегрального исследования [ править | править код ]
Проведение биоимпедансного исследования требует наличия специального оборудования [14] :
Интерпретация результатов исследования [ править | править код ]
По окончании измерений программа автоматически обрабатывает данные. Результаты обследования отражаются в протоколах с комментариями и рекомендациями. Кроме того, отображаются сравнительные (с результатами предыдущих измерений, сохраненных в базе данных) графики динамики основных параметров состава тела:
Индекс массы тела — отношение массы к площади поверхности тела. Данный параметр позволяет определить избыток или недостаток питания.
Жировая масса организма. Жир для организма является важнейшим депо жирорастворимых витаминов (А, Д, Е, К), жирных кислот и энергии. Именно поэтому чрезмерно низкое содержание жира в организме является опасным. Другая крайность — слишком большое количество жира увеличивает вероятность возникновения таких заболеваний как атеросклероз и инфаркт миокарда.
Тощая масса тела. Обычно количество тощей массы (безжировой) находится в диапазоне 75-85% от массы тела. Это всё то, что не является жиром: мышцы, внутренние органы, нервы, кости и все жидкости организма. Данный показатель необходим для определения основного обмена веществ и уровня потребления энергии организмом, а также для расчета суточного рациона питания.
Основной обмен веществ (ккал) — это количество энергии, которая расходуется организмом за сутки на поддержание его функционирования. Основной обмен тесно связан с количеством активной клеточной массой. Чем выше данный показатель, тем больше энергии расходуется на кровообращение, обмен веществ и выполнение других жизненно необходимых функций.
Скелетно-мышечная масса тела является показателем адаптационного резерва организма и составляет в среднем 30-40% массы тела.
Общая жидкость — это показатель содержания воды в организме. Выделяют внутриклеточную, внеклеточную (кровь, плазма, лимфа) и связанную (в отёчных тканях) жидкость. Полученные результаты позволяют определить потребность в воде для каждого конкретного испытуемого.
Фазовый угол биоимпеданса — это показатель, который отражает состояние клеток организма, уровень общей работоспособности и интенсивности обмена веществ; позволяет определить биологический возраст спортсмена.
На рисунках изображены стандартные протоколы исследований одночастотным методом биоимпедансного анализа в программе АВС-037 «Медасс». Так, рисунок 1 отражает протокол первичного обследования, который включает входные данные (пол, возраст, длина и масса тела, обхваты талии и бёдер) и результаты оценки различных показателей состава тела (жировая и тощая масса тела, абсолютное и относительное содержание активной клеточной массы, общая жидкость организма и основной обмен веществ). В зависимости от пола, возраста и длины тела приводятся границы нормальных значений перечисленных показателей.
Протокол фазового угла, представленный на рисунке 2, даёт информацию о состоянии метаболизма обследуемого. Диаграмма вверху слева отображает соответствие фазового угла и жировой массы диапазонам нормальных значений. Диаграмма внизу справа дает информацию об возрастных изменениях интервала нормальных значений фазового угла. На ней изображена популяционная кривая (жирным), соответствующая полу индивида, а также две кривые, которые ограничивают область значений фазового угла в интервале плюс-минус одно стандартное отклонение.
Анализ наблюдений в динамике даёт возможность оценить эффективность тренировочного процесса, вовремя вносить необходимые коррективы, а также прогнозировать изменения физической работоспособности хоккеистов.
Рисунок 1. Оценка состава тела на основе биоимпедансного анализа. Протокол первичного обследования