лабы / ЛР№4

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра биотехнических систем

ОТЧЕТ по лабораторной работе №4

по дисциплине «Системы удаленного мониторинга в цифровой медицине»

Тема: Разработка выделителя R-зубцов аналоговым методом

Санкт-Петербург

2024

1

Задание:

1)Cоздать пользовательский источник с исходными данными .

2)Провести необходимую фильтрацию исходного сигнала.

Частотный диапазон сигнала ЭКГ лежит в пределах 0,05 – 100 Гц,

понадобится три фильтра: верхних частот для удаления постоянной составляющей (дрейф изолинии), нижних частот для удаления высокочастотных помех и режекторного фильтра для удаления сетевой помехи.

3)Результаты работы фильтров необходимо сравнить (как в частотной – графики АЧХ и ФЧХ, так и во временной области – внешний вид сигнала после прохождения фильтров).

4)Выделение R зубца. Взять модуль входного сигнала, при этом вся мощность сигнала должна перейти в положительную область.

5)Пропустить через квадратор.

6)Пропустить сигнал через высокодобротный полосовой фильтр второго порядка с полосой пропускания 16 Гц (максимум спектра R-зубца находится в частотном диапазоне 5-20 Гц, в качестве средней частоты для расчета характеристик полосового фильтра берется частота 16 Гц).

7)Взять модуль сигнала для повышения.

8)Пропустить сигнал через фильтр нижних частот (интегратор) для сглаживания высокочастотных составляющих.

9)Сглаженные пики подать на пороговый элемент, сравнивающий входной сигнал с фиксированным порогом.

2

Ход работы:

1.Создание пользовательского источника и подготовка сигнала

На рисунке 1 представлена сборка, состоящая из пользовательского источника, сумматора и источника синусоидального сигнала.

Рисунок 1 – Сборка для подготовки сигнала

На рисунке 2 изображены графики исходного сигнала и сигнал помехи.

Рисунок 2 – Входной и выходной сигнал

2. Провести фильтрацию исходного сигнала На рисунке 3 изображена общая схема, в которой на вход подается

исходный пользовательский сигнал, и 3 вида помехи: помеха сетевой наводки – 50 Гц, амплитуда 10 В; высокочастотная помеха – 500 Гц,

3

амплитуда 1 В; низкочастотная помеха (дрейф изолинии) –0.01 Гц,

амплитуда 10 В.

Рисунок 3 – Общая схема всей работы В качестве аналоговых фильтров были использованы ФВЧ и ФНЧ 4 и 6

порядков, режекторный фильтр.

На рисунке 4 изображен ФВЧ 4 порядка.

Рисунок 4 – ФВЧ 4 порядка Данный фильтр обеспечивает удаление дрейфа изолинии с частотой

среза - 0.05 Гц, переходная зона 0.02 — 0.05 Гц.

На рисунке 5 показан ФНЧ 6 порядка.

Частота среза данного фильтра 100 Гц, который необходим для удаления высокочастотных помех.

4

Рисунок 5 – ФНЧ 6 порядка

На рисунке 6 изображен режекторный фильтр.

Рисунок 6 – Режекторный фильтр Данная схема предназначена для удаления сетевой помехи 50 Гц.

5

Далее на рисунке 7 изображены графики исходного сигнала, график с помехами и график после прохождения фильтрации.

Рисунок 7 – Входной сигнал (IN), сигнал с помехами (OUT), сигнал после фильтрации (OUT3)

3. Выделение R зубца

Дальше идет выделение R зубца для определения частоты пульса, как показано на рисунке 8

Фильтр для выделения R зубца, подавляет все частоты выше ожидаемого пульса, но значительно искажает ЭКГ, и создает сигнал в отрицательной области.

Рисунок 8 – Фильтр для выделения R зубца

6

Чтобы вся мощность сигнала перешла в положительную область используем модуль. Далее сигнал нужно будет пропустить через квадратор.

Квадратирование – операция возведения сигнала в квадрат для контрастирования сигнала и помехи. Усилитель подгоняет порог к единице,

позволяя увеличить полезный сигнал (который становится больше единицы и усиливается) и подавить шум (при этом порог может быть адаптивным).

На рисунке 9 изображена схема модуля и квадратора.

Рисунок 9 – Схема модуля и квадратора

Рисунок 10 показывает пассивный фильтр низких частот на 16 Гц для устранения высокочастотных составляющих в сигнале и формирование равномерных пиков.

Рисунок 10 – Пассивный ФНЧ

После чего сигнал сравнивается с самим собой на компараторе, как изображено на рисунке 11 и обнаруживаются пики сигнал, компаратор формирует короткие прямоугольные импульсы, соответствующие пикам на результирующем сигнале.

7

Рисунок 11 – Компаратор

На рисунке 12 показан график, на котором показан сигнал после фильтрации и сигнал с компаратора. Передний фронт красных прямоугольников обозначает выделенные из исходного сигнала R зубцы.

Также изображен сигнал после фильтра для выделения R зубца и последний график – сигнал после прохождения через модуль и квадратор.

Рисунок 12 – Графики выходных сигналов после фильтрации и компаратора, после фильтра R зубца и после модуля и квадратора

8