Устройство для частотного анализа биоэлектрических процессов Советский патент 1987 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относитск к измерениям, в частности биоэлектрических процессов, и предназначено для использования в электро- физиологичееких исследованиях биоэлектрических процессов органов и , прежде всего мозга, а также может быть использовано дл5 частотного (спектрального) анализа электрических н)оцессов в других областях техники.

Цель изобретения - повышение точности анализа за счет использования частотно- избирательных ячеек, обладающих по одному выходу свойствами фильтра нижних частот, а по другому выходу - - фильтра верхних частот.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -- примеры типов частотных спектров и соответствующие им соединения ключей.

Устройство состоит из частотно-избирательных ячеек 1, регистратора 2, трехпо- зиционных 3 и двухнозиционных 4 ключей. Каждая из частотно-избирательных ячеек I содержит фильтр 5, инвертор 6 и сумматор 7. Фильтры 5, инверторы б и первые входы сумматоров 7 соединены последовательно. Входы фильтров 5 соединены с вторыми входами сумматоров 7 и с входами ячеек 1. Входы ячеек 1 соединены с общими контактами ключей 3. С коммутируемыми контактами ключей 3 соединены соответственно выход фильтра последуюилей по граничной частоте ячейки, вход устройства, выход сумматора предыдущей по граничной частоте ячейки. С общими контактами ключей 4 соединены входы каналов регистратора. С коммутируемыми контактами ключей 4 соединены соответственно выход фи,1ьт- ра ячейки, граничная частота которой соответствует верхней границе полосы спектра сигнала --в данном канале регистратора, н выход сумматора ячейки, граничная частота которой соответствует нижней границе полосы спектра сигнала в данном канале регистратора.

Уст|юйство работает следующим образом.

В частотно-избирательной ячейке 1 выход сумматора 7 является ко.мнлемеитарны.м по отношению к выходу орильтра 5. Ес.чи фильтр 5 является фильт)ом нижних частот с некоторой граничной частотой, то при от- ведедейии сигнала с выхода сумматора 7 частотно-избирательный канал является фильтром верхних частот с той же граничной частотой, и если фильтр 5 -- (() верхних частот, то канал по выходу сумматора 7 - фильтр нижних частот с той же граничной частотой.

Число частотно-избирательных ячеек i на единицу больше числа полос, на которые разделяется спектр процесса в устройстве, а граничные частоты ячеек соответствуют граничным частотам полос спектра. Граничные частоты часютно-пзбирательных ячеек 1 образуют упорядоченную по возрастанию носледовательность, и ячейки 1 пронумерованы в соответствии с положением граничной частоты фильтра в этой последовательности (от I до М). Таким образом,

ячейке с наиболее низкой граничной частотой соответствует номер 1, а ячейке с наиболее высокой - номер М. Соответственно пронумерованы каналы регистратора. Последовательность соединений устанавлива. ется для ячеек в порядке убывания усредненной величины сигнала в соответствующей частотной полосе. Для этого с входом устройства соединяется вход той ячейки, номер (граничная частота) которой соответствует частоте максимальной мощности

сигнала (частота на фиг. 2а, частота 5 на фиг. 26, частота 3 на фиг. 2в). С выходом фильтра этой ячейки соединяется вход ячейки, номер которой на единицу меньще, с выходом сум.матора - вход ячейки, номер которой на единицу больше. Далее к выхо0 дам указанных ячеек присоединяются соседние по номеру свободные ячейки, причем, если номер присоединяемой ячейки больще, то вход ее соединяется с выходом сумматора, а если меньще - то с выходом

5 фильтра пижних частот. Оставшиеся незадействованными для связи ячеек выходы соединяются с входами каналов регистратора.

Выполняемая указанным образом коммутация обеспечивает формирование полос

0 пропускания, заключенных между граничными частотами соседних по номеру ячеек, по каждому из выходов, соединяемых с ре- гнстраторо.м. Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет посредством N фильтров низкой частоты сфор5 мировать N - 1 полос пропускания. Наряду с этим в предлагаемом устройстве сигналы в полосах гфопускания, которым соответствуют слабые частотные составляющие процесса, проходят через большее количество последовательно соединенных частотно избирательных ячеек, что обеспечивает большее подавление сильных частотных составляющих процесса, так как это подавление обусловлено действием фильтров всех частотно-избирательных ячеек, включенных меж5 ДУ выходом и входом. Так, например, в простейшем случае применения октавных фильтров с затуханием 6 дБ/октаву за пределами полосы пропускания, если наиболее сильные и наиболее слабые составляющие разнесены по оси частот на 4 октавы, дополни0 re.ibHoe подавление сильных составляющих в ка1-1але слабых за счет последовательного соединения ячеек будет больн е или равно 18 дБ.

Таким образом, применение допо,71ни5 тельного выхода частотно-избирательной

ячейки указанной структуры в сочетании с

устанавливаемыми посредством введенных

ключей связей между ячейками в зависимости от распределения энергии по спектру сигнала обеспечивает компрессию амплитудного спектра за счет прохождения слабых частотных составляющих через большее число активных фильтров и соответственно большее их усиление по сравнению с более мощными составляющими. Это позволяет получить большую точность регистрации слабых составляющих при ограниченном динамическом диапазоне регистратора.

Формула изобретения

Устройство для частотного анализа биоэлектрических процессов, содержа ш.ее N частотно-избирательных ячеек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных фильтра низкой частоты, инвертора и сумматора, второй вход которого соединен с входом фильтра и является входом ячейки, а выход сумматора является выходом ячейки, а также регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введены .V трех1И):я1- ционных и (N-1) двухпозиционных к.иочей. при этом каждая ячейка снабжена ито- ры.м выходом, который соединен с выхо.юм

фильтра этой ячейки, а вход каждой ячейки посредством трехпозиционного ключа соединен либо с первым выходом предыдущей по частоте фильтра ячейки, либо с входом устройства, либо с вторым выходом последующей по частоте фильтра ячейки в зависимости от соотношения мощностей в соседних полосах спектра сигнала, границе которых соответствует частота фильтра данной ячейки, а вход каждого канала регистратора посредством двухпозиционного ключа соединен с незанятым в соединении ячеек либо первым выходом ячейки, частота фильтра которой соответствует нижней граничной частоте данного канала регистратора, либо вторым выходом последующей ячейки, частота фильтра которой соответствует верхней

граничной частоте данного канала регистратора.

ffxo ycmpouc/nSa.

ffxo i cmflaiJCf77 a

$(S)

г г 3 4 5

Вхо i cmpotjcrrrSo

:

/ VJ

рие2

Составитель А. Орлов

Редактор Е. КопчаТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 2962/50Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобрстоним и открытии

113035, Москва. Ж-35. Раушская иаб.. д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород. л. Проектная,

Изобретение предназначено для использования в электрофизиологических исследованиях биоэлектрических процессов органов и тканей, прежде всего мозга и может быть также использовано для частотного спектрального анализа электрических процессов в других областях техники. Цель изобретения - повышение точности анализа - достигается за счет использования частотно-избирательных ячеек 1, обладающих по одному выходу свойствами фильтра нижних частот, а по другому - свойствами фильтра верхних частот. Устройство также содержит регистратор 2, трех- и двухпозици- онные ключи 3 и 4, фильтр 5, инвертор 6 и сумматор 7. Сочетанием введенных посредством ключей связей между ячейками обеспечивается компрессия амплитудного спектра за счет прохождения слабых частотных составляющих через большее число активных фильтров и соответственно большее их усиление по сравнению с более мощными составляющими. Это позволяет получить большую точность регистрации слабых составляющих при ограниченном динамическом диапазоне регистратора. 2 ил. с сг Bxoff (/стройс/77 а ff6/x-2 06//. СО ГчЭ СО со -