2.1. Общая структурная схема
Антенна
Колебательный контур
Усилитель
Осциллограф или монитор
Голова пациента
Предусилитель
Блок фильтрации и обработки
Память
Рис.9. Структурная схема устройства бесконтактного считывания РГМ
Данная система разрабатывалась совместно, по причине её относительно солидного объема.
В частности в данной исследовательской работе я подробно опишу только блок фильтрации и обработки. Остальная часть данной системы будет подробно охарактеризована другим студентом: Паршенцевым Алексеем, в другой части работы по этой системе, а именно в теме: «Система приема и обработки ультранизкочастотных сигналов головного мозга. Прием и усиление».
Первостепенной задачей данной системы является считывание сигнала.
Данная задача осуществляется первым блоком общей структурной схемы – антенной. Антенна представляет собой набор прямоугольных печатных плат, на которую намотан проводник в виде металлических медных дорожек спиралевидной формы. Печатные платы соединены последовательно, с помощью проводов с хорошей изоляцией. Создана система коммутации количества включенных печатных плат с помощью механического переключателя. В итоге общая длина проводника данной антенны, в полном включении, достигает 5 км. Это необходимо для измерения сигналов с большой длинной волны, порядка λ =108 м (для частоты f = 1Гц).
Колебательный контур в исследуемой системе необходим для того, чтобы с помощью резонанса улавливать определенные частоты, которые система принимает с головного мозга посредством антенны.
Характеристики данного контура могут меняться в зависимости от необходимой частоты, с которой нужно войти в резонанс.
Резонансная частота в данном случае определяется формулой Томсона:
(1)
где L и C индуктивность и емкость контура соответственно.
Необходимо получить устойчивый сигнал с амплитудой порядка 1 вольта, это нужно для того, чтобы наша измерительная система могла чувствовать достаточно небольшие изменения получаемого сигнала и не глушится собственной погрешностью измерений. Для этого нам необходим усилитель с хорошими характеристиками передачи, низкой Eсм и устойчивый к внешним помехам и наводкам. Для этих целей будет использоваться два инструментальных усилителя подключенных последовательно с общим коэффициентом усиления 103.
Далее усиленный сигнал поступает на блок фильтрации и обработки, где разделяется на определенное количество полос, соответствующих частотным характеристикам ритмов головного мозга. По времени ритмы будут примерно 20-30 секунд, в зависимости от времени обследования пациента.
Полученные РГМ могут быть записаны в память устройства и выведены на экран.
2.2. Вариации блока фильтрации и обработки
Данный вычислительный блок может быть выполнен в 2х принципиально разных вариациях:
1. Виртуальная
система обработки, построенная на базе
программного пакета Lab
VIEW
8.6.
Рис.10. Структурная схема «блока фильтрации и обработки» виртуальной изм. системы
2. Реальная измерительная система, спроектированная с использованием аналоговых полосовых фильтров, АЦП и микроконтроллера в качестве блока хранения полученных дискретных точек РГМ.
Альфа-ритм
Бета-ритм
Гамма-ритм
Полосовой фильтр с построечными элементами
Дисплей
усилитель
АЦП
Дельта-ритм
Буфер
Память
Тета-ритм
Рис.11. Структурная схема «блока фильтрации и обработки» реальной изм. системы
Для построения той или иной вариации данного вычислительного блока, для начала, нам необходимо спроектировать полосовые фильтры, основу блока фильтрации и обработки сигнала поступающего с усилителя.