Спектроанализатор биологических сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 23,01 ВО (21) 2874000/18-21 (51)М. КЛ. Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик с присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 01 й 23/00 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(54) СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР БИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к электроиэмерительной 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 13 .Недостатки данных анализаторов низкий динамический диапазон анализируемых сигналов и малая точность измеренийЦель изобретения - увеличение точности измерений и расширение ди-намического диапазона.Поставленная цель достигается тем, что спектроанализатор биологических сигналов, содержащий два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя, преобразователя, аттенюатораи детектора, а также блок коммутации, аналого-цифровой преобразователь, блок выборок, блоки оперативной памяти, блок синхронизации и управления и индикатор, допол нительно снабжен блоком формирования контрольного сигнала, аттенюатором контрольного сигнала, блокомсравнения, блоком констант, блокомотбора максимума, блоком весовойобработки, блоком формирования аргументов, блоком накапливающих сумматоров, первым блоком нормирования,блоком вычисления амплитуды, блокомусреднения амплитуд, вторым блокомнормирования, блоком контроля, блоком задания амплитуды, блоком формирования, блоком выделения максимума, блоком измерения интервала, блоком усреднения интервалов и блоком 15 вычитания, причем первый и второйвыходы блока коммутации соединенысоответственно с входами первого ивторого каналов обработки, а входего подсоединен через аттенюатор 20 контрольного сигнала к блоку формированйя контрольного сигнала, выходыпервого и второго каналов обработкисоединены соответственно с первыми вторым входами аналого-цифровогопреобразователя, выход которого соединен с одним иэ входов блока выборок, второй вход которого подсоединен к выходу блока вычитания, апервый и второй его выходыприсоеди 30 иены соответственно через блок от 868613бора максимума к одному из входовблока сравнения и к одному иэ входов,блока весовой обработки, второйвход которого подсоединен к выходублока формирования аргумента, а выход - к одному иэ входом блока накапливакщих сумматоров, второй входкоторого через первый блок оперативной памяти подсоединен к его выходу,который через первый блок нормирования и блок вычисления амплитудыприсоединен к одному из входов блокаусреднения амплитуд, второй вход которого через второй блок оперативнойпамяти соединен с его выходом и входом второго блока нормирования, выход которого присоединен к одномуиэ входов индикатора и блока контроля, второй вход которого соединен свыходом блока задания амплитуды ичерез блок формирования с вторымвходом блока выборок, первый и второй выходы блока сравнения соединеныс управляющими входами первого ивторого каналов обработки, со входоматтенюатора контрольного сигнала исо входом блока констант, выход второго канала обработки через последовательно соединенные блок выделениямаксимума и блок измерения интервала подсоединен непосредственно ичерез блок усреднения интерваловк первому и второму входам блокавычитанИя, выходы блока синхронизации и управления соединены с управляющими входами соответственно блока коммутации, блока усреднения интервала, блока вычитания, блокасравнения, блока отбора максимума,аналого-цифрового преобразователя,блока выбоРок, блока формированияаргумента, блока формирования, блоказадания амплитуд, блока накапливающих сумматоров, блока нормирования,блока усреднения амплитуд и индикатора, выход блока контроля соединен,с входом блока синхронизации иуправления,На чертеже представлена Функциональная схема спектроанализаторабиологических сигналов,Спектроанализатор содержит блок1 коммутации, первый и второй каналы 2 и 3 обработки, в которые входятусилитель-преобразователь 4, аттенюатор 5 и детектор 6, а также блок 7формирования контрольного сигнала,аттейюатор 8 контрольного сигналаблок 9 сравнения, блок 10 констант,блок 11 отбора максимума, аналогоцифровой преобразователь 12, блок13 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 вычМЪления 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 управления.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, который осуществляет 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 сигна. лы 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 Т , 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 Ттс, поступающей от блока 31 синхронизации и управления и определяемой максимальным возможным периодом интервала электрокардиосигнала, С выхода блока 11 отбора максимума максимальные значения кодов. выборок сигналов с частотой Т 1 С 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 анализируемогосигнала й; поступают на блок 14весовой обработки, где производятсяоперации весовой обработки и умноже.ния на весовые коэффициенты функцииХэммиг на сов ф, где Тн - времямнакопления, и умножения йа ортогональные функции в 1 п юо, Кдй исоэ шо. Кай, где ио; " частота настройки -го фильтра, К1,2й,где й- Ьс - интервал дискретиТнд Уэ ации .Частоты настройки задаются черезблок 1 5 формирования аргументов взависимости от начального кода частоты, формирование которой и рои зводится блоком 3 1 синхрониэ ации иуправления в зависимости от выбранного оператором диапазона анализа,Полученные произведения поступаютна блок 1 6 накапливающих сумматоров ,который совместно с первым блоком 1 7оперативной памяти в эа висимости отвремени накопления , поступающегоот блока 3 1 управления и синхро низ ации, и зависящего от выбранного значения полосы и ропус кания фильтров ,производит операции суммирования .Полученные суммы поступают напервый блок 1 9 нормирования , гдепроизводится нормирование по числувыборок . Отнормиро ван ные значенияамплитуд поступают на блок 2 0 вычисления амплитуды , где прои э водятсяоперации вычисления амплитуды . Вычисленные значения амплитуд поступ ают на блок 2 1 усреднения амплитуды ,представляющий собой сумматор, который совместно с вторым блоком 1 8оперативной памяти производит усреднение амплитуд в зависимости от числа реализаций М, задаваемых блоком3 1 си нхрони э ации и управления . Получе нные усредненные з йаче ния ампли-туд поступают на второй блок 2 2 нормиров ания амплитуд , где в з ависимости от характера сигнала и степенисосредоточения спектральных составляющих по фильтровому полю и рои зводится нормирование амплитуд относительно максимальной спектральнойсоставляющей сигнала .Блок 3 1 синхронизации и управления по окончании анализа ав томатически вырабатывает команду, по которой блок коммутации 1 производитподключение контрольного сигнала,формируемого блоком 7 формированиячере э аттенюатор 8 контрольного сигнала к входу усилителя -преоб разователя 4 . Обработка контрольного си гнала производится аналогично описанному выше , Результат обработки. контролЬного сигнала заносится вблок контроля 2 4 ,Одновременно с обработкой а нализ ируемого и контрольного сигналовпроизводится Фун кциональ ный контрольцифровой части спе ктроа нали э атора ,который осуществляется следующимобразом: блок 25 задания амплитуды формирует код амплитуды контрольного цифрового сигнала, который поступает на входы блока 26 формирования и блока 24 контроля. Блок 26 Формирования Формирует дискретный гармонический сигнал с начальной фазой 45 о, который поступает на второй вход блока 13 выборок. Для упрощения формирования цифрового контрольного сигнала частота сигнала выбрана равной 1/4 д.с, при этом цифровой контрольный сигнал представляет собой одинаковые коды, следующие с частотой выборок и периодически меняющие 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 сигнал 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 канала 3, откуда поступает на блок 27 выделения 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 усреднеиия, где эа 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 поступают 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. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65.С помощью предлагаемого спектроанализатора биологических сигналов производится и исследование сигналов, вызванных электрическими, механическими и звуковыми колебаниями сердечного происхождения: электрокардиосигналов, фонокардиосигналов, сейсмокардиосигналов и т.д.Благодаря наличиюавтоматической регулировки усиления повышается динамический диапазон исследуемых сигналов, а использование параллельного анализа с помощью цифровой фильтрации повышает тоность измерений. 5формула изобретенияСпектроанализатор биологических сигналов, содержащий два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных усилителя-преобразователя, аттенюатора и детектора, а также блок коммутации, аналого-цифровой преобразователь,15 блок выборок, блоки оперативной памяти, блок синхронизации и управления и индикатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерений и расширения динами ческого диапазона, он дополнительно снабжен блоком формирования контроль-ного сигнала, аттенюатором контрольного сигнала, блоком сравнения, блоком констант, блоком отбора максиму ма, блоком весовой обработки, блоком формирования аргументов, блоком накапливающих сумматоров, первым блоком нормирования, блоком вычисления амплитуды, блоком усреднения амплитуд,рп вторым блоком нормирования, блоком контроля, блокам задания амплитуды, блоком формирования, блоком выделения 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 соответственно с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с одним иэ входов блока выборок, второй вход которого подсоединен к выходу блока вычитания, а первый и второй его выходы присоединены соответственно щ 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 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 иэ 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, 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССР959 б 888, кл. О 01 В 23/00, 1975.И Пат илиал Закаэ 8316П11 Тираж 735 Подписное