Исследование влияния полосовых фильтров низких частот на характеристики сигналов биопотенциалов
Проведение исследования проблем, связанных с регистрацией биопотенциалов, таких как синфазные помехи и характеристики сигнала. Особенность применения пассивных полосовых фильтров низких частот. Определение гармонических искажений сигнала с учетом шума.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.12.2024 |
| Размер файла | 124,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование влияния полосовых фильтров низких частот на характеристики сигналов биопотенциалов
Липкин И.Ю.
Аннотация
Статья описывает проблемы, связанные с регистрацией биопотенциалов, такие как синфазные помехи и характеристики сигнала, и предлагает решение в виде применения пассивных полосовых фильтров низких частот. Результаты экспериментов показали, что реконфигурация ёмкостей не оказывает существенного влияния на полосу полезного сигнала и в полосе 10...200 Гц не возникает существенных искажений.
Ключевые слова: биопотенциалы, электрокардиография, регистрация сигналов, входной импеданс, синфазные помехи, аналоговая обработка сигнала, цифровая обработка сигнала, помехи от сети питания, полосовые фильтры, амплитудно-частотные характеристики, искажения сигнала.
Abstract
Lipkin I.Yu.
STUDY OF THE INFLUENCE OF LOW-PASS BANDPASS FILTERS ON THE CHARACTERISTICS OF BIOPOTENTIAL SIGNALS
The paper describes the problems associated with biopotential registration, such as in-phase interference and signal characteristics, and proposes a solution in the form of passive low-pass bandpass filters. Experimental results show that the reconfiguration of capacitances does not significantly affect the bandwidth of the useful signal and no significant signal distortion occurs in the 10...200 Hz bandwidth.
Keywords: biopotentials, electrocardiography, signal registration, input impedance, inphase noise, analogue signal processing, digital signal processing, power supply network noise, bandpass filters, amplitude-frequency characteristics, signal distortion.
Источники сигналов биопотенциалов характеризуются высоким импедансом, что требует обеспечения высокого входного импеданса устройств регистрации и способствует значительной подверженности синфазным помехам. Амплитуда и частота сигнала обычно находятся в диапазоне 0,05-4 мВ и 0,05200 Гц, соответственно.
Поскольку помехи могут на несколько порядков превышать амплитуду полезного сигнала, возникает необходимость их подавления. Малая амплитуда полезного сигнала делает актуальной задачу уменьшения собственных шумов регистрирующей аппаратуры.
Современная аппаратура регистрации биопотенциалов преимущественно хранит, обрабатывает и передаёт информацию, представленную в цифровом виде. Для снижения требований к динамическому диапазону блока аналогоцифрового преобразования, целесообразно применение предварительной аналоговой обработки сигнала, обеспечивающей требуемый входной импеданс, защиту входных цепей и внеполосную фильтрацию. биопотенциал синфазный помеха сигнал
Помехи от сети питания промышленной частоты 50/60 Гц и иных источников, собственные шумы активных и пассивных элементов входных электрических цепей и усилителей, а также артефакты движения кабелей, оказывающих влияние на величины паразитных ёмкостей, искажают сигнал биопотенциалов при их сборе и анализе.
Макет диагностической системы разработан для проведения исследований в области аппаратной реализации электрокардиографического оборудования и применяемых алгоритмов обработки сигналов электрической активности сердца.
Амплитудно-частотные характеристики позволяют оценивать воздействие на амплитуду в полосе частот полезного сигнала. Измерение производится подачей синусоидного сигнала от 10 Гц до 2,4 кГц на пару входных каналов аналого-цифрового преобразователя в дифференциальном режиме. На отрицательный контакт генератора сигнала дополнительно подаётся потенциал, близкий к синфазному входному напряжению, для исключения влияния паразитных ёмкостей.
Рассмотрены пассивные полосовые фильтры низких частот. На рисунке 1 представлена принципиальная схема.
Рис. 1. Принципиальная схема полосового фильтра.
Для C* и C** ёмкости меняются так, чтобы суммарная ёмкость составляла 0,1 мкФ. Соответственно, в качестве определения конфигурации будет указываться ёмкость конденсатора C*. Изменение значений ёмкостей конденсаторов может влиять на форму и ширину полосы пропускания и полосы
Рис. 2. Амплитудно-частотные характеристики в полосе 10...300 Гц.
Как видно по рисунку 2, большее отклонение от показателей без фильтрации имеет реконфигурация при C* = 0,025 мкФ. Разница амплитуды в полосе частот 250...300 Гц составила до 1,5 дБ.
Коэффициент искажения нормирован к опорному напряжению АЦП, 2,4 В. Как показывают данные таблицы 1, в полосе 10...200 Гц значения гармонических искажений различаются в пределах 0,01 дБ. В полосах частот 200...590 Гц и 590...1200 Гц существенно отличается реконфигурация C* = 0,025 мкФ с показателем коэффициента гармонических искажений 4,872 дБ.
Таблица 1. Гармонические искажения сигнала с учётом шума, в зависимости от конфигурации ёмкости пассивного фильтра.
|
Ёмкость, мкФ |
0 |
0,025 |
0,048 |
0,068 |
0,1 |
||
|
Коэффициент Искажения, дБ, в полосе частот |
10...200 Гц |
-0,132 |
-0,120 |
-0,125 |
-0,131 |
-0,127 |
|
|
200...590 Гц |
-0,374 |
-0,708 |
-0,358 |
-0,384 |
-0,366 |
||
|
590...1200 Гц |
-1,952 |
-4,872 |
-1,879 |
-1,879 |
-1,878 |
Были проведены измерения амплитудно-частотных характеристик и оценено воздействие на амплитуду в полосе частот полезного сигнала. Также были рассмотрены пассивные полосовые фильтры и их влияние на форму сигнала. Измерения показали, что в полосе 10...200 Гц не возникает существенных искажений полезного сигнала.
Список литературы
1. Babusiak B. Two-Electrode ECG for Ambulatory Monitoring with Minimal Hardware Complexity / B. Babusiak, S. Borik, M. Smondrk // Sensors (Basel). - 2020. - Vol. 20, № 8. - P. 2386.
2. Bui NT. The Comparison Features of ECG Signal with Different Sampling Frequencies and Filter Methods for Real-Time Measurement / N-T. Bui, G-s. Byun // Symmetry. - 2021. - Vol. 13, № 8. - P. 1461.
3. Pimpale Y. Comparative Analysis of Active Filters for Processing of ECG Signal According to AHA Recommendation / Y. Pimpale, S. Gupta, R. Kanday // IE Delhi Section Conference (DELCON). - 2022. - № 2022. - P. 1-7.
4. Reconfigurable Architectures with High-Frequency Noise Suppression for Wearable ECG Devices / V. Joseph Michael Jerard, M. Thilagaraj, K. Pandiaraj [et al.] // Journal of healthcare engineering. - 2021. - № 22.12. - P. 12.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Применение схемы фильтра второго порядка Саллена-Ки при реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых. Возможность раздельной регулировки добротности полюсов и частот среза как главное достоинство звеньев фильтров по заданной схеме.
реферат [614,8 K], добавлен 21.08.2015Особенности синтеза фильтров радиотехнической аппаратуры. Понятие, назначение, применение, типы и принципы проектирования активных фильтров. Анализ проблемы аппроксимации активных фильтров. Общая характеристика и схема фильтра низких частот Баттерворта.
курсовая работа [197,4 K], добавлен 30.11.2010Общие амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) различных типов фильтров. Построение схемы фильтра верхних и нижних частот: активные и пассивные фильтры первого и второго порядка. Принципы действия, функции и применение полосовых и режекторных фильтров.
реферат [310,8 K], добавлен 18.12.2011Схемы фильтров верхних и нижних частот. Направления использования фильтров Бесселя, режекторного и полосового. Особенности использования операционного и инвертирующего суммирующего усилителей. Расчет сопротивлений и емкостей в полосовых фильтрах.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.03.2014Основные характеристики и параметры разрабатываемого усилителя напряжения низких частот. Обзор существующих устройств аналогичного назначения. Выбор и обоснование функциональной схемы. Расчет входного каскада. Оценка метрологических характеристик.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 17.12.2013Ознакомление с основными характеристиками каскадного и некаскадного полосовых фильтров. Определение ФНЧ прототипа с целью оценки полосы пропускания и неравномерности каскадного фильтра. Рассмотрение методики синтеза некаскадного полосового фильтра.
реферат [1,5 M], добавлен 09.11.2013Характеристики и параметры разрабатываемого усилителя низких частот. Обзор и анализ устройств аналогичного назначения. Разработка функциональной схемы. Расчет входного, промежуточного, выходного каскада, погрешностей. Схемотехническое моделирование.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.06.2013Структура измерительного канала, характеристики и параметры его элементов. Методика изучения влияния основных параметров на результаты измерения. Корреляционная функция входного сигнала. Моделирование датчика, усилителя, аналогового фильтра низких частот.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 16.12.2012Общая характеристика и принцип действия фильтров нижних частот. Схема простейшего низкочастотного фильтра. Схематическое изображение пассивного RC-фильтра нижних частот и его амплитудно-частотная характеристика. Области применения данных фильтров.
презентация [3,2 M], добавлен 16.12.2013Понятие и классификация фильтров, их разновидности по типу частотных характеристик, этапы их проектирования. Расчет и реализация пассивных LC-фильтров. Преобразование ФНЧ в ФВЧ. Исследование влияния на АЧХ и ФЧХ при изменении сопротивления нагрузки.
курсовая работа [777,3 K], добавлен 22.12.2013Характеристика фильтра низких частот. Фильтр Баттерворта, Чебышева и Бесселя. Определение порядка фильтра и количества звеньев. Структурная схема фильтра низких частот каскадного типа восьмого порядка. Основные номиналы элементов для четвертого звена.
контрольная работа [172,8 K], добавлен 29.05.2012Выделение полезной информации из смеси информационного сигнала с помехой. Математическое описание фильтров. Характеристика фильтра Баттерворта и фильтра Чебышева. Формирование шаблона и определение порядка фильтра. Расчет элементов фильтра высоких частот.
курсовая работа [470,3 K], добавлен 21.06.2014Общее понятие и классификация сигналов. Цифровая обработка сигналов и виды цифровых фильтров. Сравнение аналогового и цифрового фильтров. Передача сигнала по каналу связи. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой для передачи по каналу.
контрольная работа [24,6 K], добавлен 19.04.2016Выбор варианта построения структурной схемы и его техническое обоснование. Описание принципиальной схемы усилителя низких частот. Расчет выходного и дифференциального, предоконечного каскада. Принципы моделирования в программной среде CircuitMake.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 31.01.2016Проект фильтра низких частот в морском исполнении. Электрические и конструкторские расчеты катушки индуктивности, конденсатора. Амплитудно-частотная характеристика фильтра Баттерворта. Эскизная компоновка элементов на плате. Защита от влажности, коррозии.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.06.2016Проектирование широко распространенного в аппаратуре связи устройства, вырабатывающего так называемую "сетку частот", то есть несколько гармонических колебаний. Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя и электрических фильтров.
курсовая работа [695,1 K], добавлен 06.01.2015Определение и классификация частотных фильтров. Область применения, преимущества и передаточная функция активных фильтров верхних частот. Методы каскадной и непосредственной реализации функции цепи, резонаторное использование операционных усилителей.
курсовая работа [69,9 K], добавлен 27.08.2010Характеристика амплитудной модуляции, ее применения для радиовещания на низких частотах. Изучение энергии однотонального АМ-сигнала. Рассмотрение сигналов с угловой модуляцией. Спектр прямоугольного ЛЧМ-сигнала. Модуляция символьных и кодовых данных.
курсовая работа [371,9 K], добавлен 27.05.2015Разложение периодического сигнала на гармоники. Расчет фильтра для полосы частот с согласованием на выходе с сопротивлением нагрузки Rн. Расчет передаточной функции по напряжению Ku(p), графики АЧХ и ФЧХ фильтра. Расчет переходной характеристики фильтра.
курсовая работа [465,5 K], добавлен 21.01.2009Измерение характеристик реального канала связи, выбор диапазона частот работы системы передачи информации. Расчет полосовых фильтров, описание адаптивного эквалайзера и эхокомпенсатора, затраты на разработку. Производственная санитария и гигиена труда.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 22.10.2009
