Порядок выполнения лабораторной работы №2

Цель лабораторной работы №2 - изучение влияния параметров элементов СЭК на помехоустойчивость БТС БО-ВТ к мультипликативным помехам.

Для исследования влияния параметров элементов СЭК на помехоустойчивость БТС БО-ВТ к мультипликативным помехам необходимо:

1. Исследовать влияние мультипликативных помех на дифференциальный сигнал в элементах БТС БО-ВТ.

Для исследования БТС БО-ВТ необходимо:

2. В соответствие с исходными данными разработать математическую модель мультипликативной помехи, обусловленную изменением сопротивления электрод-кожа (см. пример).

а) Вывести выражение для приращения коэффициента передачи дифференциального сигнала, вызванного изменением в одной ветви СЭК сопротивления электрод-кожа для биполярной системы отведений в зависимости от частоты.

б) Вывести выражение для приращения коэффициента преобразования синфазного сигнала в дифференциальный, вы­званного изменением в одной ветви БТС сопротивления электрод-кожа для биполярной системы отведений в зависимости от частоты.

в) Вычислить напряжение дифференциального сигнала входной цепи при наличии синфазной помехи в соответствие с выражением (4) для чего (приложение1):

· считать данные сигнала из файла ECG1.PRN и осуществить масштабирование полученного сигнала до максимального уровня 5 мВ;

· осуществить быстрое преобразование Фурье (БПФ) этого сигнала;

· представить синфазный сигнал в виде гармонического сигнала с заданной амплитудой и частотой 50 Гц и осуществить БПФ напряжения помехи;

· рассчитать дифференциальное напряжение входной цепи для частотной области в соответствие с выражением (5);

· осуществить обратное БПФ.

г) Построить на одном графике дифференциальное напряжение входной цепи в отсутствие и при наличии заданной амплитуды аддитивной синфазной помехи, а также рассчитать ОСП_вц в соответствие с соотношением (6) в отсутствие и при наличии этой помехи.

д) Синхронно изменяя параметры кабеля отведений С_к1, С_к2 в диапазоне 1000…1 пФ построить значения ОСП_вц при наличии синфазного и дифференциального сигналов. 

е) Изменяя по отдельности значение C_{k 1} на ±20%, оценить ОСП_вц при наличии заданной амплитуды аддитивной синфазной помехи и зафиксировать на графике дифференциальное напряжение входной цепи при заданных значениях параметров цепи и при их изменении.

Содержание отчета лабораторной работы №2

1. Отчет выполняется в среде MathCAD.

2. Отчет должен включать титульный лист с указанием названия организации, факультета и кафедры, названия лабораторной работы, ФИО исполнителя и года выполнения работы.

3. Отчет должен содержать:

· Цель работы.

· Исходные данные.

· Полную эквивалентную схему замещения элементов БТС БО-ВТ.

· Математические модели для расчета ΔК_д, ΔК_сд с комментариями.

· Результаты исследований влияния указанных в задании параметров на ОСП_вц.

· Численные выводы.

4. Файл прикрепляется на сайт электронного обучения для проверки.

9. Темы и вопросы для проведения контрольного тестирования к лабораторной работе №2

1. Понятие мультипликативной помехи при измерении БЭС.

2. Какие элементы БТС для регистрации БЭС являются источником мультипликативных помех

3. Алгоритмы расчета дискретной свертки сигналов и ОСП

4. Функции MathCAD для вычисления свертки.

5. Оценка помехоустойчивости к мультипликативным помехам при униполярной системе отведения.

6. Особенности оценки помехоустойчивости к мультипликативным помехам при биполярной системе отведений.

7. Численная оценка влияния мультипликативных помех на форму электрофизиологического сигнала в отсутствие аддитивных помех

8. Численная оценка влияния мультипликативных помех на форму электрофизиологического сигнала в присутствии узкополосных аддитивных помех (синфазная помеха и напряжение поляризации электродов)

9. Требования, которые необходимо предъявить к элементам БТС БО-ВТ, чтобы уменьшить влияние мультипликативных помех на помехоустойчивость БТС.

Список литературы

1. Кореневский Н. А., Попечителев Е. П. Биотехнические системы медицинского назначения: учебник для вузов / Кореневский Н. А., Попечителев Е. П. - Старый Оскол: ТНТ, 2013. - 687 с.

2. Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы. Учебник/ Текст Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев, С.П. Серегин; Курск. Гос. Ун-т. – Курск, ОАО «ИПП Курск», 2009. – 986 с.

3. ГОСТ Р МЭК 60601-1-2-2014. ИЗДЕЛИЯ МЕДИЦИНСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. Часть 1-2. Общие требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик. Параллельный стандарт. Электромагнитная совместимость. Требования и испытания.

4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник. –М.: Кнорус, 2013. – 800 с.

5. Волькенштейн М. В. Биофизика: учеб. пособие / Волькенштейн М. В. - 4-е изд., стер. - СПб.: Лань, 2012. - 594 с.

6. Орлов Ю.Н., Митрохин В.Н. Проектирование медицинских измерительных преобразователей: учебное пособие: в 3 ч. - Ч.2: Измерительные преобразователи электрических полей живого (биоэлектрические электроды) для диапазона низких и крайне низких частот – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 81 с.

7. Денисов К.М. Цифровая обработка сигналов: [Электронный документ]. - http://ets.ifmo.ru/denisov/dsp/lec3.htm. Проверено 22.07.2015

8. Федотов А.А., Акулов С.А. Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга. –М.: Радио и связь, 2013. – 250 с.

9. Калакутский Л. И. Основы импульсной импедансометрии биологических тканей [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / Л. И. Калакутский, С. А. Акулов, А. А. Федотов; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац.исслед. ун-т). – Электрон. текстовые и граф. дан. (2,86 Мбайт). – Самара, 2011. – 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

10. Мамий А.Р., Тлячев В.Б. Операционные усилители. − Майкоп: АГУ, 2005. − 192 с.

Приложение 1.

 

П р и м е р б ы с т р о г о п р е о б р а з о в а н и я Ф у р ь е (Б П Ф) с и г н а л а и а д д и т и в н о й п о м е х и

Листинг программы для расчета электрокардиосигнала и аддитивной помехи.

 

 

П о с т р о е н и е г р а ф и к а м о д у л я с п е к т р а Э К С

О т с ч е т ы в ч а с т о т н о й о б л а с т и (м а к с и м а л ь н о е з н а ч е н и е с о о т в е т- с т в у е т 128 Г ц.)

Б П Ф

П о с т р о е н и е г р а ф и к а о д н о г о п е р и о д а э л е к т р о к а р д и о с и г н а л а (Э К С)

О т с ч е т ы в о в р е м е н н о й о б л а с т и (м а к с и м а л ь н о е з н а ч е н и е с о о т в е т- с т в у е т 1 с е к.)

М а с ш т а б и р о в а н и е с и г н а л а п о у р о в н ю

З а д а н н а я м а к с и м а л ь н а я а м п л и т у д а Э К С

О п р е д е л е н и е м а к с и м а л ь н о г о з н а ч е н и я д а н н ы х в ф а й л е

О п р е д е л е н и е м а к с и м а л ь н о г о ч и с л а д а н н ы х в ф а й л е

С ч и т ы в а н и е д а н н ы х и з ф а й л а (ф а й л д а н н ы х д о л ж е н н а х о д и т ь с я в т о й ж е д и р е к т о р и и, ч т о  и э т о т ф а й л)

 

 

П р е д с т а в л е н и е а д д и т и в н о й п о м е х и

П о с т р о е н и е г р а ф и к а м о д у л я с п е к т р а п о м е х и

С и г н а л и а д д и т и в н а я п о м е х а в ч а с т о т н о й о б л а с т и

С и г н а л и а д д и т и в н а я п о м е х а в о в р е м е н н о й о б л а с т и

 

Приложение 2

Листинг программы для расчета свертки мультипликативной помехи и сигнала для униполярной системы отведений.

Напряжение мультипликативной помех определяется соотношением

С п е к т р Э К С

Б а з о в о е с о п р о т и в л е н и е э л е к т р о д -к о ж а

Ч а с т о т а м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

В р е м я, с е к

М о д е л ь с п р о т и в л е н и я э л е к т р о д -к о ж а

Н о м е р а о т с ч е т о в н а ч а л а и о к о н ч а н и я м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

М о д е л ь и с т о ч н и к а м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

 

С п е к т р и с т о ч н и к а м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

В х о д н о е с о п р о т и в л е н и е в х о д н о й ц е п и

Е м к о с т ь к а б е л я о т в е д е н и я

В х о д н о й   и м п е д а н с

Δ K в ч а с т о т н о й о б л а с т и (м у л ь т и п л и к а т и в н а я п о м е х а)

С в е р т к а с п е к т р о в с и г н а л а и м у л ь т и п л и к а т и в н о й п о м е х и

М у л ь т и п л и к а т и в н а я п о м е х а в о в р е м е н н о й о б л а с т и