Устранение наводки от промышленной сети питания

Для устранения аддитивной помехи от промышленной сети на TP-сегменте электрокардиосигнала в каждом цикле сердечных сокращений выделяется участок, длительность которого пропорциональна периоду сетевой помехи:

                                   (11.4)

где n = 1, 2, …, int(T _TPмин/ Т _С) – коэффициент, указывающий, сколько периодов сигнала промышленной сети укладывается в длительности выделенного участка ЭКС; int(a / b) - означает взятие целого от деления a на b;  Т _С – период колебаний сигнала промышленной сети; Т _ТРмин – минимальная длительность ТР-сегмента электрокардиосигнала.

На выделенных участках формируется последовательность пачек импульсов с амплитудной манипуляцией, заполненных сигналом с частотой промышленной сети (рисунок 11.11, б).

а – «чистый» электрокардиосигнал; б – смесь ЭКС с помехой;

в – последовательность пачек импульсов, сформированных на TP-сегменте;

г – восстановленный сигнал помехи; д – ЭКС после устранения помехи

 

Рисунок 11.11 – Устранение наводки от промышленной сети питания

В спектре данной последовательности присутствуют частота сигнала заполнения прямоугольных импульсов, в данном случае это частота сигнала промышленной сети 50 Гц, и боковые составляющие, образованные спектральными составляющими модулирующих прямоугольных импульсов длительностью τ (рисунок 11.12, вертикальные линии).

            (11.5)

где τ – длительность импульса, T –период следования импульсов, f _С – частота сигнала сетевой помехи, F – частота следования импульсов.

Сформированная последовательность отсчетов подается на полосовой фильтр с центральной частотой, равной частоте промышленной сети. Амплитудно-частотная характеристика фильтра изображена на рисунке 11.12 пунктирной линией.

Рисунок 11.12 – Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра

 с центральной частотой 50 Гц

 

При прохождении сформированной последовательности отсчетов электрокардиосигнала через полосовой фильтр на выходе фильтра выделится только сигнал сетевой помехи, так как в спектре фильтруемой последовательности отсутствуют составляющие ЭКС, поскольку на ТР-сегменте ЭКС имеет, как было отмечено выше, нулевое значение.

После фильтрации амплитуда восстановленного сигнала меньше амплитуды исходного сигнала помехи, поэтому сигнал выделенной помехи необходимо усилить (рисунок 11.11,в) и после усиления вычесть из предварительно задержанного исходного сигнала смеси ЭКС с помехой, для чего используется блок задержки.

Вычитание выделенного и усиленного сигнала промышленной частоты из исходной задержанной смеси ЭКС и сигнала помехи существенно ослабляет влияние последнего на электрокардиосигнал (рисунок 11.11,г).

Данный способ позволяет ослабить влияние помехи от промышленной сети питания на электрокардиосигнал, не искажая при этом составляющие ЭКС, частота которых равна частоте промышленной сети, так как этих составляющих нет в спектре фильтруемой последовательности. Структурная схема устройства для реализации предложенного способа представлена на рисунке 11.13 [16].

Рисунок 11.13 – Структурная схема устройства устранения наводки от промышленной сети питания

 

Тема 12. Трансформация спектра последовательности отсчетов ТР-сегмента электрокардиосигнала – путь к расширению частотного диапазона устраняемой аддитивной помехи типа дрейфа изолинии и снижению требований к характеристикам фильтров

 

В рассмотренных ранее методах устранения действующих на ЭКС аддитивных помех с использованием отсчетов ТР-сегмента частота дискретизации сигнала помехи, в частности дрейфа изолинии, фактически равна частоте сердечных сокращений. Это означает, что чисто теоретически максимальная частота в спектре дрейфа изолинии не может превысить половину частоты сердечных сокращений. А при использовании интерполяции для выделения сигнала дрейфа изолинии максимальная частота в спектре последней должна быть еще меньше, чтобы обеспечить требуемую точность восстановления сигнала помехи (см. раздел 5, тему 8). При этом, чем ближе частота дрейфа изолинии к половине частоты дискретизации, тем жестче требования к крутизне спада амплитудно-частотной характеристики ФНЧ. Также очень жесткие требования предъявляются к крутизне спада амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра (рисунок 11.12) выделяющего сигнал помехи промышленной частоты.