Спектроанализатор биологических сигналов Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к Электроизмерительной технике и может быть использовано в медицинской технике как диагностический прибор.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению являются спектроанализаторы, содержащие квадратурные каналы обработки сигналов, в состав которых входят накопитель, детектор, сумматор, вычислитель, блок управления и индикатор 11.

Недостатки данных анализаторов низкий динамический диапазон анализируемых сигналов и малая точность измерений.

Цель изобретения - увеличение точности измерений и расширение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что спектроанализатор биологических сигналов, содержащий два кангша обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя, преобразователя, аттенюатора и детектора, а также блок коммутации, аналого-цифровой преобразователь, блок выборок, блоки оперативной памяти, блок синхронизации и управления и индикатор, дополнительно снабжен блоком формирования контрольного сигнала, аттенюатором контрольного силгнала, блоком сравнения, блоком констант, блоком отбора максимума, блоком весовой обработки, блоком формирования аргументов, блоком накапливсшядих сумматорюв, первым блоком нормирования, блоком вычисления амплитуды, блоком усреднения амплитуд, вторым блоком

10 нормирования, блоком контроля, блоком задания амплитуды, блоком формирования, блоком выделения максимума, блоком измерения интервала, блоком усреднения интервалов и блоком

15 вычитания, причем первый и второй выходы блока коммутации соединены соответственно с входами первого и второго каналов обработки, а вход его подсоединен через аттенюатор

20 контрольного сигнала к блоку формирования контрольного сигнала, выходы первого и второго каналов обработки соединены-соответственно с первым и вторым входами аналого-цифрового

25 преобразователя, выход которого соединен с одним из входов блока выборок. Второй вход которого подсоединен к выходу блока вычитания, а первый и второй его выходы присоеди30нены соответственно через блок отбора максимума к одному из входов блока сравнения и к одному из входов блока весовой обработки, второй вход которого подсоединен к выходу блока формирования аргумента, а выход - к одному из входом блока накапливающих сумматоров, второй вход которого через первый блок оперативной памяти подсоединен к его выходу, который Через первый блок -нормирования и блок вычисления амплитуды присоединен к одному из входов блока усреднения амплитуд, второй вход которого через второй блок оперативной памяти соединен с его выходом и входом второго блока нормирования, выход которого присоединен к одному из входов индикатора и блока контроля, второй вход которого соединен с выходом блока задания амплитуды и через блок формирования с вторым входом блока выборок, первый и второй выходы блока сравнения соединены с управляющими входами первого и второго каналов обработки, с6 входом аттенюатора контрольного сигнала и со входом блока констант, выход второго канала обработки через последовательно соединенные блок выделения максимума и блок измерения интервала подсоединен непосредственно и через блок усреднения интервалов к первому и второму входам блока вычитания, выходы блока синхронизации и управления соединены с управляющими входами соответственно блока коммутации, блока усреднения интервала, блока вычитания, блока сравнения, блока отбора максимума, аналого-цифрового преобразователя, блока выборок, блока формирования аргумента, блока формирования, блока задания амплитуд, блока накапливающих сумматоров, блока нормирования, блока усреднения амплитуд и индикатора, выход блока контроля соединен с входом блока синхронизации и управления.

На чертеже представлена функциональная схема спектроанализатора биологических сигналов;

Спектроанализатор содержит блок 1 коммутации, первый и второй каналы 2 и 3 обработки, в которые входят усилитель-преобразователь 4, аттенюатор 5 и детектор 6, а блок 7 формирования контрольного сигнала, аттенюатор 8 контрольного сигнала, блок 9 сравнения, блок 10 констант, бло 11 отбора максимума, аналогоцифровой преобразователь 12, блок 13 выборок, блок 14 весовой обработки, блок 15 формирования аргумента, блок 16 накапливающих сумматоров, первый и второй блоки 17 и 18 оперативной памяти, первый блок 19 нормирования, блок 20 выч1 ления амплитуды, блок 21 усреднения амплитуды, второй блок 22 нормирования, индикатор 23, блок 24 контроля, блок 25 задания амплитуды, блок 26 формирования, блок 27 выделения максимума, блок 28 измерения интервалов, блок 29 усреднения, блок 30 вычитания и блок 31 синхронизации и ynpaiления.

Устройство работает следующим образом.

При задании с блока 31 синхронизации и управления режима спектрального анализа биологических сигналов сигналы от датчиков поступают на вход блока 1 коммутации, которыйосуществляет коммутацию сигналов таким образом, что анализируемый сигнал поступает на вход первого канала 2, а синхронизирующий сигнал - на вход второго канала 3. В усилителе-преобразователе 4 происходит модуляция низкочастотного сигнала сигналом высокой частоты и его усиление. Усиленные и преобразованные сигналы поступают соответственно на вход аттенюатора 5, с выхода которого сигналы поступают на вход детектора 6, где осуществляется детектирование сигналов, С выходов каналов 2 и 3 обработки сигналы поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 12, где производится поочередное кодирование аналоговых сигналов в двоичный код с частотой Т) , задаваемой, блоком 31 синхронизации и управления. Коммутация каналов осуществляется частотой ), также поступающей с блока 31 синхронизации и управления, С выхода аналого-цифрового преобразователя 12 коды выборок сигналов поступают на первый вход блока 13 выборок, с первого выхода которого коды выборок анализируемого сигнала поступают на блок 14 весовой обработки, со второго выхода коды выборок обоих сигналов поступают на блок 11 отбора максимума, где производится отбор кода максимальной выборки на интервале времени, определяемой синхросерией поступающей от блока 31 синхронизации и управления и определяемой максимальным возможным периодом интерваша электрокардиосигнала. С выхода блока 11 отбора максимума максимальные значения кодов.выборок сигналой с частотой TI поступают на блок 9 сравнения, где сравниваются с кодами констант, формируемыми блоком 10 констант. В результате сравнения вырабатываются команды управления, поступающие на аттенюаторы 5 и 8. Таким образом осуществляется автоматическая установка уровня сигналов до максимального значения динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя 12.

Значения выборок анализируемого 5 сигнала NK, поступают на блок 14

весовой обработки, где производятся операции весовой обработки и умножения на весовые коэффициенты функции Хэммиг на , где Тц - время накопления, и умножения на ортогональные функции sin UJoiKat и

cos u/oi Kftt , где ujQ,- - частота настройки i-го фильтра, К 1,2,.,.,N

где N -У , At - интервал дискретийТ

эации.

Частоты настройки задаются через блок 15 формирования аргументов в зависимости от начального кода частоты, формирование которой производится блоком 31 синхронизации и управления в зависимости от выбранного оператором диапазона анализа. Полученные произведения поступают на блок 16 накапливающих сумматоров, который совместно с первым блоком 17 оперативной памяти в зависимости от времени накопления, поступающего от блока 31 управления и синхронизации, и зависящего от выбранного значения полосы пропускания фильтров, производит операции суммирования.

Полученные суммы поступают на первый блок 19 нормирования, где производится нормирование по числу выборок. Отнормированные значения амплитуд поступают на блок 20 вычисления амплитуды, где производятся операции вычисления амплитуды. Вычисленные значения амплитуд поступают на блок 21 усреднения амплитуды представляющий собой сумматор, который совместно с вторым блоком 18 оперативной памяти производит усред-нение ампгитуд в зависимости от числа реализаций М, задаваемых блоком 31 синхронизации и управления. Полученные усредненные значения амплитуд поступают на второй блок -22 нормирования амплитуд, где в зависимости от характера сигнала и степени сосредоточения спектральных составляющих по фильтровому полю производится нормирование амплитуд относительно максимальной спектральной составлякяцей сигнала.

Блок 31 синхронизации и ynpaBJieния по окончании анализа автоматически вырабатывает команду, по которой блок коммутации 1 производит подключение контрольного сигнала, формируемого блоком 7 формирования через аттенюатор 8 контрольного сигНсша к входу усилителя-преобразователя 4. Обработка контрольного сигнала производится аналогично описанному выше. Результат обработки .контрольного сигнала заносится в блок контроля 24.

Одновременно с обработкой анализируемого и контрольного сигналов производится функциональный контроль цифровой части спектроанализатора, который осуществляется следующим

образом: блок 25 задания амплитуды формирует код амплитуды контрольного цифрового сигнала, который поступав на вxJды блока 26 формирования и блока 24 контроля. Блок 26 формирования формирует дискретный гармонический сигнал с начальной фазой 45°, который поступает на второй вход блока 13 выборок. Для упрощения формирования цифрового контрольного

сигнала частота сигнала выбрана равной 1/4 A.t, при этом цифровой контрольный сигнал представляет собой одинаковые коды, следующие с частотой выборок и периодически менякяцие свой знак. Результат обработки подается на блок 24 контроля для сравнения с заданной амплитудой контрольного сигнала, поступающей от .блока 25. В случае несравнения блок 24 контроля формирует сигнаьл неисправности, который поступает в блок 31 синхронизации и управления. По окончании цикла.измерения результат измерения с выхода блока 18 оперативной памяти поступает на индикатор 23.

При задании оператором с блока 31 синхронизации и управления режима спектрального анализа функции изменения интервалов, сигнал от датчика через блок 1 коммутации поступает на вход второго кангша 3, откуда поступает на блок 27 вьщеления максимума, где производится формирование импульса, временное положение

которого соответствует времени максимальной амплитуды сигнала. Полученные импульсы поступают на блок 28 измерения интервалов, где производится преобразование временного интервала между двумя соседними импульсами в двоичный код. Этот код поступает на блок 29 усреднения, где за время, определяемое блоком 31 синхронизации и управления, определяется среднее значение, затем

среднее значение поступает на

первый вход блока 30 вычитания, а на второй его вход поступает текущее значение кода интервала от блока 28 измерения интервалов. С блока 30

вычитания значения кода поступгцот на вход блока 13 выборок, с первого выхода которого значения кода с частотой , формируемой блоком 31 синхронизации и управления, поступают на

вход блока 14 весовой обработки. Далее обработка ведется аналогично описанной выше.

С помощью предлагаемого спектроанализатора биологических сигнгшов

производится и исследование сигналов, вызванных электрическими, механическими и звуковыми колебаниями сердечного происхождения: электрокардиосигналов, фонокардиосигналов,

сейсмокардиосигналов и т.д. Благодаря наличию автоматической регулировки усиления повышается дин мический диапазон исследуемых сигна лов, а использование параллельного анализа/с помощью цифровой фильтрации повышает то-ность измерений. Формула изобретения Спектроанализатор биологических сигналов, содержащий два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя-преобразователя , аттенюатора и детектора, а также блок кокйутадии аналого-цифровой преобразователь, блок выборок, блоки оперативной памя ти, блок синхронизации и управления и индикатор, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и расширения динамического диа:пазона, он дополнительно снабжен блоком формирования контрол ного сигнала, аттенюатором контроль ного сигнала, блоком .сравнения, бло ком констант, блоком отбора максиму ма, блоком весовой обработки, блоко формирования аргументов, блоком накапливающих сумматоров, первым блоком нормирования, блоком вычисления амплитуды, блоком усреднения амплит вторым блоком нормирования, блоком контроля, блоком задания амплитуды, блоком формирования, блоком вьвделения максимума, блоком измерения интервала, блоком усреднения интервалов и блоком вычитания, причем первый и второй выходы блока коммутации соединены соответственно с входами первого и второго каналов обработки, а вход его подсоединен через аттенюатор контрольного сигнала к блоку формирования контрольного сигнала, выходы первого и второго каналов обработки соединены соответ ственно с первым и входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с одним из входов блока выборок, второй вход которого подсоединен к выходу блока вычитания, а первый и второй его выходы присоединены соответственно через блок отбора максимума к одному из входов блока сравнения, и к одному из входов блока весовой обработки, второй вход которого подсоединен к выходу блока формирования аргумента, а выход - к одному из входов блока накапливакхцих сумматоров, второй вход которого через первый блок оперативной памяти подсоединен к его выходу, который через первый блок нормирования и блок вычисления еииплитуды присоединен к одному из входов блока усреднения амплитуд, второй вход которого через второй блок оперативной памяти соединен с его выходом и входом второго блока нормирования, выход которого присоединен к одному из входов индикатора и блока контроля, второй вход которого соединен с выходом блока задания амплитуды и через блок формирования с вторым входом блока выборок, первый и второй выходы блока сравнения соединены с управлякядими входами первого и второго каналов обработки, со входом аттенюатора контрольного сигнала и со входом блока констант, выход второго канала обработки через последовательно соединенные блок выделения максимума и блок измерения интервала подсоединен непосредственно и через блок усреднения интервалов к первому и второму входам блока вычитания, выходы блока синхронизации и управления соединены с управляющими входами соответственно блока коммутации, блока усреднения интервала, блока вычитания, блока сравнения, блока отбора максимума, аналого-цифрового преобразователя, блока выборок, блока формирования аргумента, блока формирования, блока задания амплитуд, блока накапливающих сумматоров, блока нормирования, блока усреднения амплитуд и индикатора, выход блока контроля соединен с входом блока синхронизации и управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР №596888, кл. G 01 R 23/00, 1975.