6.3. Пиковый детектор

Пиковые детекторы применяются для определения пиковых значений входного колебания. В простейшем случае для этой цели можно использовать диод и конденсатор.

Осуществим подбор параметров.

Промоделируем детектор в среде MicroCap.

Риунок 4 - Пиковый детектор в среде MicroCap

При подаче на его вход немодулированного сигнала вида Uвх=Um*sinωt получим следующий его вид (вместе с напряжением на конденсаторе Uc):

Рисунок 5 - Анализ переходных процессов пикового детектора в среде MicroCap.

При подаче на вход модулированного напряжения имеем:

Рисунок 6 - Анализ переходных процессов пикового детектора в среде MicroCap

6.4. Расчет и моделирование фильтров

Диапазон информативных частот реосигнала лежит в пределах от 0,1 Гц до 30 Гц [3].

Проведем расчет и моделирование фильтра верхних частот для выделения дифференциальной составляющей. Зададим частоту среза fc=0,05 Гц. Моделирование данного ФВЧ реализовано для того, чтобы отсечь нулевые паразитные частоты. Пульсовые волны также регистрируются в этом диапазоне.

Выбирем неинвертирующий фильтр верхних частот второго порядка.

Коэффициент усиления фильтра примем 20.

Рассчитаем элементы схемы в среде Mahtcad:.

В соответствии с полученными результатами выберем (в соответствии с «ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов») номиналы элементов схемы:

R1=100 [кОм];

R2=1 [кОм];

R3=1 [кОм];

R4=18 [кОм];

C1=33 [мкФ].

C2=33 [мкФ].

Промоделируем ФВЧ в среде MicroCap.

Рисунок 7 - Неинвертирубщий фильтр верхних частот в среде MicroCap

Рисунок 8 - Частотный анализ ФВЧ для канала выделения дифференциальной составляющей сигнала в среде MicroCap

Промоделируем фильтр нижних частот для канала выделения дифференциальной составляющей сигнала (ФНЧ1). Частоту среза фильтра нижних частот выберем, исходя из полосы частот исследуемого сигнала. Примем частоту среза равную fc=33 Гц. Фильтр нижних частот с такой частотой максимально охватывает информативные частоты сигнала, а также отсекает лишние частоты, в которых присутствуют помехи.

Для реализации выберем фильтр Баттерворта второго порядка. Коэффициент усиления: 20.

Рассчитаем элементы схемы в среде Mahtcad:

Определим номиналы элементов схемы (в соответствии с «ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов»):

R1=1 [кОм];

R2=245 [кОм];

R3=1 [кОм];

R4=18 [кОм];

C1=0,1 [мкФ];

C2=1 [мкФ].

Промоделируем рассчитанный фильтр в среде MicroCap.

Рисунок 9 - Фильтр нижних частот второго порядка (для дифференциальной составляющей сигнала) в среде MicroCap

Рисунок 10 - Частотный анализ ФНЧ для канала выделения дифференциальной составляющей сигнала в среде MicroCap

Промоделируем фильтр нижних частот для базовой составляющей сигнала (ФНЧ2). Примем частоту среза f=1 Гц, для выделения постоянной составляющей Zbase. Частоту среза можно выбрать в 2 раза меньше, т.е. 0.5 Гц, но реализовать фильтр Баттерворта 2го порядка с такой частотой нельзя, поэтому реализуем для f=1 Гц.

Коэффициент усиления данного фильтра: 5.

Рассчитаем элементы схемы в среде Mahtcad:

В соответствии с полученными результатами выберем (в соответствии с «ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов») номиналы элементов схемы:

R1=2 [кОм];

R2=200 [кОм];

R3=1 [кОм];

R4=3,9 [кОм];

C1=0,01 [мкФ];

C2=1 [мкФ].

Промоделируем рассчитанный фильтр в среде MicroCap.

Рисунок 11 - Фильтр нижних частот второго порядка (для базовой составляющей сигнала) в среде MicroCap

Рисунок 12 - Частотный анализ ФНЧ для базовой составляющей сигнала в среде MicroCap

Выводы.

В данной курсовой работе были разработаны структурная и принципиальная схема одноканального реографа.

Были использованы электронные компоненты фирмы AnalogDevices для реализации поставленной задачи - разработки системы регистрации, сбора и передачи данных. Аналоговыми устройствами происходит разделение сигналов и первичное подавление помех, в результате чего на АЦП (разрядность 19 бит) поступает сигнал, который дискретизируется и передается на микроконтроллер для последующей передачи на компьютер через USB, цифровой фильтрации и обработки.

В соответствии с техническим заданием в курсовой работе были реализованы следующие задачи:

1. Проведен обзор методов неинвазивной оценки параметров гемодинамики.

2. Рассмотрены биофизические основы метода реографии.

3. Проведен обзор существующих приборов и систем для реографии.

4. По ГОСТ 15.013.-94 и по ГОСТ 50267.0-92 были разработаны медико-технические требования на одноканальный реограф.

5. Разработана структурная схема реографа.

6. Был проведен расчет основных элементов принципиальной схемы биоусилителя.

7. В соответствии со структурной схемой, разработана принципиальная схема биоусилителя.

Разработанный биоусилитель одноканального стационарного реографа обладает следующими характеристиками:

• Диапазон измерения базового сопротивления 0 – 200 Ом, дифференциального сопротивления 0,01 – 2 Ом.

• Частота воздействующего тока 100 кГц, действующее значение 1 мА.

• Диапазон частот реосигнала: от 0,05 Гц до 33 Гц.

• Инструментальный усилитель AD8221A имеет коэффициент усиления 5.

• ФВЧ для выделения дифференциальной составляющей реосигнала имеет частоту среза fc=0,05 Гц, коэффициент усиления 20.

• ФНЧ для выделения дифференциальной составляющей сигнала имеет частоту среза fc=33 Гц, коэффициент усиления 20.

• ФНЧ для выделения базовой составляющей имеет частоту среза fc=1 Гц, коэффициент усиления 5.