Расчет и моделирование фильтров

Диапазон частот реосигнала лежит в пределах от 0,05 Гц до 30 Гц [Полищук В.И., Терехова Л.Г. Техника и методика реографии и реоплетизмографии. – М.: Медицина, 1983].

Фильтр верхних частот. Расчет и моделирование.

Зададим частоту среза fc=0,05 Гц. Выбирем неинвертирующий фильтр верхних частот второго порядка.

Коэффициент усиления фильтра примем 20.

Рассчитаем элементы схемы. Основные соотношения:

Выберем (в соответствии с «ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов»):

R1=100 [кОм];

R2=1 [кОм];

R3=1 [кОм];

R4=18 [кОм];

C1=33 [мкФ].

C2=33 [мкФ].

Проверим подобранные параметры:

Промоделируем выбранный ФВЧ в среде MicroCap.

Рис.7. Неинвертирубщий фильтр верхних частот в среде MicroCap.

Рис.8. Частотный анализ ФВЧ в среде MicroCap.

Фильтр нижних частот. Расчет и моделирование

Частоту среза фильтра нижних частот выберем, исходя из полосы частот исследуемого сигнала. Примем частоту среза равную fc=30 Гц.

Для реализации выберем фильтр Баттерворта второго порядка.

Основные соотношения:

ФНЧ1

Коэффициент усиления: 20.

Определим номиналы элементов схемы (в соответствии с «ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов»):

R1=1 [кОм];

R2=245 [кОм];

R3=1 [кОм];

R4=18 [кОм];

C1=0,1 [мкФ];

C2=1 [мкФ].

Проверим, подходят ли выбранные элементы:

Промоделируем рассчитанный фильтр в среде MicroCap.

Рис.9. Фильтр нижних частот второго порядка в среде MicroCap.

Рис.10. Частотный анализ ФНЧ в среде MicroCap.

ФНЧ2

Коэффициент усиления данного фильтра: 5.

Определим номиналы элементов схемы (в соответствии с «ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов»):

R1=2 [кОм];

R2=200 [кОм];

R3=1 [кОм];

R4=3,9 [кОм];

C1=0,01 [мкФ];

C2=1 [мкФ].

Проверим, подходят ли выбранные элементы:

Промоделируем рассчитанный фильтр в среде MicroCap.

Рис.11. Фильтр нижних частот второго порядка в среде MicroCap.

Рис.12. Частотный анализ ФНЧ в среде MicroCap.

Выводы.

В данной курсовой работе были разработаны структурная и принципиальная схема одноканального реографа.

Были использованы электронные компоненты фирм AnalogDevices для реализации поставленной задачи - разработки системы регистрации, сбора и передачи данных. Аналоговыми устройствами происходит разделение сигналов и первичное подавление помех, в результате чего на АЦП поступает сигнал, который дискритизируется и передается на микроконтроллер для последующей передачи на компьютер через USB, цифровой фильтрации и обработки.

В соответствии с техническим заданием в курсовой работе были реализованы следующие задачи:

1. Проведен обзор методов неинвазивной оценки параметров гемодинамики.

2. Рассмотрены биофизические основы метода реографии.

3. Проведен обзор существующих приборов и систем для реографии.

4. По ГОСТ 15.013.-94 и по ГОСТ 50267.0-92 были разработаны медико-технические требования на одноканальный реограф.

5. Разработана структурная схема реографа.

6. Был проведен расчет основных элементов принципиальной схемы биоусилителя.

7. В соответствии со структурной схемой, разработана принципиальная схема биоусилителя.

Разработанный биоусилитель одноканального стационарного реографа обладает следующими характеристиками:

• Диапазон измерения базового сопротивления 10 – 200 Ом, дифференциального сопротивления 0,01 – 2 Ом.
• Частота воздействующего тока 100 кГц, действующее значение 1 мА.
• Коэффициент подавления синфазного сигнала – 80 дБ.
• Диапазон частот реосигнала от 0,1 Гц до 25 Гц.

Список используемой литературы:

1. Пейтон А. Дж, Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. Издательство: Бином, 1994.

2. Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. Справочник по активным фильтрам Москва, Энергоатомиздат 1983 Рецензент В. А. Силаев D. JOHNSON, J. JOHNSON, H. MOORE A handbook of active filters Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey

3. Полищук В.И., Терехова Л.Г. Техника и методика реографии и реоплетизмографии. – М.: Медицина, 1983.

4. Сергеев И.К. Определение параметров центральной гемодинамики методом трансторакальной реографии. Часть 1. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007.

5. П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники. – М.: издательство «Мир», 1998.

6. Электронный ресурс http://www.analog.com