Антиплагиат (1230769)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Уважаемый пользователь!Обращаем ваше внимание, что система Антиплагиат отвечает на вопрос, является ли тот или иной фрагменттекста заимствованным или нет. Ответ на вопрос, является ли заимствованный фрагмент именно плагиатом, ане законной цитатой, система оставляет на ваше усмотрение. Также важно отметить, что система находитисточник заимствования, но не определяет, является ли он первоисточником.Информация о документе:Имя исходного файла:Имя компании:Комментарий:Тип документа:Имя документа:Дата проверки:Модули поиска:Текстовыестатистики:Индекс читаемости:Неизвестные слова:Макс. длина слова:Большие слова:ПЗ+.pdfДальневосточный гос. Университет путей сообщенияСаватеев Б.В.КнигаРазработка режекторного фильтра на 50 Гц04.06.2016 07:23Интернет (Антиплагиат), Диссертации и авторефераты РГБ, Кольцо вузов,Дальневосточный гос. Университет путей сообщениясложныйв пределах нормыв пределах нормыв пределах нормыКоллекция/модуль поискаДоля Доляввотчёте текстеИсточникСсылка на источник[1] Воздействия электрич...http://sci.house/bezopasnosti­jiznedeyatelnosti­osnovyi/vozd...Интернет(Антиплагиат)8.44% 8.44%[2] Эффективность деятел...http://knowledge.allbest.ru/medicine/3c0b65625a3bd68a4d53a88...Интернет(Антиплагиат)8.29% 8.29%[3] Эффективность деятел...http://knowledge.allbest.ru/medicine/3c0b65625a3bd68a4d53a88...Интернет(Антиплагиат)0%8.29%[4] Эффективность деятел...http://www.kazedu.kz/referat/115944Интернет(Антиплагиат)0%8.29%[5] Орлов, Евгений Михай...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005425000/rsl01005425...Диссертации иавторефератыРГБ0.27% 7.47%[6] Дерябин, Андрей Влад...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004930000/rsl01004930...Диссертации иавторефератыРГБ0%[7] Виды эффективности з...http://studepedia.org/index.php?post=47851&vol=1Интернет(Антиплагиат)0.11% 5.32%[8] Смотреть учебникhttp://mkgt.ru/files/materials/350/Book.pdf#9Интернет(Антиплагиат)0.01% 4.16%[9] Боричева, Наталья Ни...http://dlib.rsl.ru/rsl01002000000/rsl01002741000/rsl01002741...Диссертации иавторефератыРГБ0%[10] Инструкции по охране...http://producm.ru/forms­of­documents/instructions­on­labour­...Интернет(Антиплагиат)3.66% 3.66%[11] Астафьева, Ольга Вик...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005088000/rsl01005088...Диссертации иавторефератыРГБ0.03% 3.6%[12] Плотникова, Мария Вл...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004895000/rsl01004895...Диссертации иавторефератыРГБ0%[13] АТС­551 МЕЖЕВИКИНА_И...Кольцо вузов0.01% 2.69%[14] Что такое электромаг...Интернет(Антиплагиат)2.66% 2.66%[15] 41302_4.doc.txtКольцо вузов0.07% 2.56%[16] Кузнецова, Елена Пет...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005086000/rsl01005086...Диссертации иавторефератыРГБ0%2.24%[17] Егорова, Марина Вяче...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004665000/rsl01004665...Диссертации иавторефератыРГБ0%1.58%[18] Сагов, Асламбек Идри...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005505000/rsl01005505...Диссертации иавторефератыРГБ0%1.54%[19] Троицкая, Наталья Ле...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004267000/rsl01004267...Диссертации иавторефератыРГБ0%1.5%[20] Акбулатова, Гюзаль Р...http://dlib.rsl.ru/rsl01002000000/rsl01002631000/rsl01002631...Диссертации иавторефератыРГБ0%1.43%[21] Демерчян, Эдвард Гео...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004300000/rsl01004300...Диссертации иавторефератыРГБ1.4%1.4%[22] 16804_5003_33ccc969....Кольцо вузов0%1.36%[23] ЗАЩИТА ОТ ПОМЕХ УПРА...

http://cyberleninka.ru/article/n/zaschita­ot­pomeh­upravlyay...Интернет(Антиплагиат)0.01% 1.35%[24] Руссу, Олег Георгиев...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005488000/rsl01005488...Диссертации иавторефератыРГБ0%1.32%[25] Федоров, Владимир Гр...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005094000/rsl01005094...Диссертации иавторефератыРГБ0%1.27%Кольцо вузов0%1.19%[26] Diplosnaya_rabota_st...http://school.xvatit.com/index.php?title=%D0%A7%D1%82%D0%BE_...5.84%3.71%3.46%[27] Маркеева, Юлия Алекс...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005097000/rsl01005097...Диссертации иавторефератыРГБ[28] Безопасность жизнеде...http://kursak.net/bezopasnost­zhiznedeyatelnosti­na­transpor...[29] Томан Недал Камал ди...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005403000/rsl01005403...0%1.14%Интернет(Антиплагиат)0%1.07%Диссертации иавторефератыРГБ0%1.03%[30] 2015 ИТТСУ АТС­512 Н...Кольцо вузов0%1.01%[31] Diplomnaya_rabota_Re...Кольцо вузов0%0.96%[32] Защита от помех датч...http://masters.donntu.edu.ua/2003/fema/melnik/library/zahist...Интернет(Антиплагиат)0.06% 0.94%[33] Кучерявенко, Дмитрий...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004963000/rsl01004963...Диссертации иавторефератыРГБ0%0.91%[34] Галимова, Наталья Су...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005112000/rsl01005112...Диссертации иавторефератыРГБ0%0.8%[35] Максимов, Игорь Серг...http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004803000/rsl01004803...Диссертации иавторефератыРГБ0.07% 0.77%[36] Источник 36http://www.referat.ru/download/g9glf6a4u0P58LAp7eGyQg!!/ref­...Интернет(Антиплагиат)0.74% 0.74%[37] Кузнецова, Анна Стан...http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005512000/rsl01005512...Диссертации иавторефератыРГБ0.08% 0.62%[38] http://www.gubkin.ru...http://www.gubkin.ru/personal_sites/fedotovie/TEST/uchebniki...Интернет(Антиплагиат)0.56% 0.56%[39] ВведениеАктуальность...Кольцо вузов0%0.54%[40] Карибаева, Шолпан Ке...Диссертации иавторефератыРГБ0%0.48%[41] 2015_РОАТ_Э_Бубнова_...Кольцо вузов0%0.4%[42] 2015­РОАТ­ЭЛ­Асонов­...Кольцо вузов0%0.39%[43] СОЛДАТОВ.docxДальневосточныйгос. Университет 0.33% 0.33%путей сообщения[44] Совершенствование си...Кольцо вузов0.32% 0.32%[45] Таблица 3. Тематичес...Кольцо вузов0.01% 0.25%[46] Программное обеспече...Интернет(Антиплагиат)0.24% 0.24%http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004308000/rsl01004308...http://fullref.ru/job_b30627d704f19a3dc04e59b5712c5cbd.html[47] СимоненкоОстровский_...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.22%[48] Укрепление оползнево...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.22%[49] Тесленко УП.docxДальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.22%[50] Первая помощь при по...http://mylektsii.ru/5­44324.htmlИнтернет(Антиплагиат)0.21% 0.21%[51] Танаев_УП.docxДальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.21%[52] Шипина,Мартынович,Кр...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.2%Интернет(Антиплагиат)0%0.19%[54] уч пособие Торговое ...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.18%[55] Шипина Мартынович Кр...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.18%[56] Шипина Мартынович Кр...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.18%[57] Дипломы 2015 года вы...Кольцо вузов0%0.16%[58] Источник 58Интернет(Антиплагиат)0.15% 0.15%[59] 2015 Рагузин К.С..do...Кольцо вузов0.13% 0.13%[60] /Безопасность жизнед...Интернет(Антиплагиат)0%0.13%[61] СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВИ...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.13%[62] ДИССЕРТАЦИЯ _ ДОРОНИ...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.13%[63] Диссертация­27.08.20...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения0.13%[53] Моделирование мобиль...http://bibliofond.ru/view.aspx?id=668955#1http://prodav.narod.ru/signals/app/signals.ziphttp://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90766&type=utchposob%3Ac...Интернет(Антиплагиат)0.13% 0.13%[65] 2015_ИЭФ_ЭЭТ511_Акол...Кольцо вузов0%[66] Севрюк_УП_ПримИЖТ.do...Дальневосточныйгос. Университет 0%путей сообщения[64] Цифровая Обработка С...http://www.studfiles.ru/dir/cat32/subj116/file3582/view5080....0.11%0.08%[67] УП140529 ФРТС Жунусо...[68] Уолт Кестер_Цифровая...Кольцо вузовhttp://vmg.pp.ua/books/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D1%87%...

Интернет(Антиплагиат)Оригинальные блоки: 71.89% Заимствованные блоки: 28.11% Заимствование из "белых" источников: 0% Итоговая оценка оригинальности: 71.89% 0.06% 0.06%0.05% 0.05%Министерство транспорта Российской ФедерацииФедеральное агентство железнодорожного транспортаФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»Кафедра « Локомотивы»К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬЗаведующий кафедрой__________А.К. [43]Пляскин«___»__________2016 г.РАЗРАБОТКА РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА НА 50 ГЦПояснительная записка к дипломному проектуДП 23.05.03.18.153.ПЗСтудент гр.153 Б.В. [43]СаватеевРуководитель(профессор, д.т.н., профессор) Ю.М. Кулинич Консультант по безопасностижизнедеятельности(профессор, д.т.н., профессор) В.Д. Катин Консультант по экономике(доцент, к.э.н., доцент) О.Б. Лазарева Нормоконтроль(доцент, к.т.н.) Ю.С. КабалыкХабаровск – 20164 102Саватеев Б.В.Кулинич Ю.М.Лит.ДП 23.05.03.18.153.ПЗИзм. Лист докум. Подпись ДатаИнв. подл. Подп. и дата Взам. инв. Инв. дубл. Подп. и датаДВГУПСКафедра «Локомотивы»2016 г.ДЛист Листов Разраб.Пров.Н. контр.Утв. Пляскин А.К.Кабалык Ю.С.Разработка режекторногофильтра на 50 ГцABSTRACTThis project is dedicated to the development of a notch filter for the power supply noise at a frequency of 50 Hz. In this work we were considered the most suitablenotch filters, such as bridge the analog filter and a digital recursive filter. As a result, comparison of performance filters, it was concluded that the most appropriate filter for suppression of harmonics in the network ECG devices is the proposed notch filter. Tocheck the results, this filter was used as part of an ECG, which was demonstrated successfully where its effectiveness in suppressing noise. ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ5СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….... 71 АНАЛИЗ РАБОТЫ АНАЛОГОВОГО РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА...…… 91.1 Сравнение характеристик аналоговых и цифровых фильтров………… 91.2 Виды аналоговых фильтров……………………………………………… 111.3 Моделирование и анализ работы двойного Т­образного мостовогофильтра………………………………………………………………………... 152 АНАЛИЗ СПОСОБОВ РЕАЛИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ РЕЖЕКТОРНЫХФИЛЬТРОВ……………………………………………………………………….213 РАСЧЕТ ЦИФРОВОГО РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА……………………... 63.1 Расчет рекурсивного фильтра нулевой частоты………………………… 263.2 Расчет рекурсивного фильтра частоты 50 Гц…………………………… 273.3 Моделирование рекурсивного фильтра частоты 50 Гц………………… 314 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕЖЕКТОРОНОГОФИЛЬТРА………………………………………………………………………… 375 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕЖЕКТОРНОГОФИЛЬТРА………………………………………………………………………… 416 ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СХЕМЫ РЕЖЕКТОРНОГОФИЛЬТРА В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФАХ……………………………………. 476.1 Общие понятия о электромагнитных воздействиях…………………… 476.2 Принцип получение электрокардиограммы……………………………. 516.3 Инструментальный усилитель…………………………………………… 536.4 Проверка предлагаемой структуры режекторного фильтра надействующем ЭКГ аппарате………………………………………………... 567 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯРЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФАХ……………… 59ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ67.1 Теоретические основы при расчете экономической эффективности вмедицинских разработках…………………………………………………….597.2 Затраты на разработку программного кода цифрового режекторногофильтра………………………………………………………………………... 657.3 Расчет экономической эффективности при использованиирежекторного фильтра в электрокардиографах……………………………. 718 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА ИОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ СЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФОМ…………………………………………………… 758.1 Воздействие электрического тока на организм человека……................. 758.2 [15]Меры по обеспечению безопасности при использованииэлектрокардиографа…………………………………………………………... 838.2.1 Общие требование к медицинскому персоналу…………………... 848.2.2 Действия перед началом работы с кардиографом………………... 858.2.3 Действия во время работы с кардиографом………………………. 858.2.4 Действия после окончания работы с кардиографом……………… 888.3 Первая помощь пострадавшему от электрического тока………………. 88ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...………... 90Список использованных источников…………………………………............... 92Уменьшенные копии демонстрационных листов……………..…………….…. 94ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ7ВВЕДЕНИЕПри использовании различных электроприборов, питающихся от сети спромышленной частотой 50 Гц, может возникнуть проблема возникновения сетевой наводки, которая отрицательно влияет на режим работы прибора.Даннаянаводка возникает по причине появления электромагнитного поля, которое всвою очередь наводит токи в цепи электроприборов.Для успешного избавления от сетевых помех, необходимо использовать режекторные фильтры. Они бывают различных видов: аналоговые, цифровыерекурсивные, цифровые нерекурсивные. В данном проекте ставится задача разобраться в принципе работы данных фильтров и, смоделировав их впрограммнойсреде Matlab, необходимо будет сравнить их рабочие характеристики. Это позволит сделать вывод о том, какой фильтр наиболее применим дляподавлениясетевых помех.При работе ЭКГ аппарата помехи от сети наводят шум поверх результата назаписывающуюся ленту, что приводит к необходимости проведения дополнительных анализов, повторному снятию кардиограммы или в самом худшемварианте к постановке неверного диагноза. Это свидетельствует об актуальностипроблемы подавления сетевых наводок.Целью данного проекта является разработка режекторного фильтра, который, по свои показателям, был бы наиболее эффективен при подавлениисетевых помех в ЭКГ аппаратах. Для того, чтобы убедится в работоспособностифильтра и его высокой производительности необходимо собрать структурнуюсхему предлагаемого фильтра в программной среде Matlab. Полученные характеристики необходимо сравнить с характеристиками другихисследованных ранее фильтров.При успешных показателях в смоделированной среде, конечной целью ставится проверка эффективности фильтра в составе переносногоэлектрокардио­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ8графа, выполненного на базе 32­разрядного микропроцессора STM32­LCD. Еще одной задачей ставится изучения принципа получения электрокардиограммы.Также при разработке фильтра необходимо учесть экономическую составляющую данной проблемы. Но так как данный фильтр предлагается вмедицинских целях в диагностике, то необходимо будет учитывать не только экономическую эффективность, но также социальный и медицинскийэффект.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ91 АНАЛИЗ РАБОТЫ АНАЛОГОВОГО РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРАФильтр – это устройство, которые выделяет некоторый необходимый диапазон частот из исходного сигнала. Благодаря фильтрам, можно обработать ипроанализировать сигнал, убрать помехи. В данном разделе будут рассмотрены виды аналоговых фильтров, сравнение их характеристик сцифровыми, а такжебудет проанализирована подавляющая способность фильтра при моделированииего в программной среде Matlab. 1.1 Сравнение характеристик аналоговых и цифровых фильтровВ зависимости от вида обработки сигнала, фильтры бывают аналоговые идискретные. Аналоговые фильтры работают с сигналом в виде непрерывной величины. Цифровые фильтры отсчитывают сигналы в дискретныемоменты времени с определенным периодом дискретизации, преобразую сигнал в последовательность чисел, далее данные могут быть обработаны наЭВМ [3].Сравнение аналоговых и цифровых фильтров представлены в таблице 1.1.Таблица 1.1 – Сравнение особенностей аналоговых и цифровых фильтровЦифровые фильтры Аналоговые фильтры1 2Высокая точность Меньше точность, большие допускиЛинейная фаза (нерекурсивныйфильтр)Нелинейная фазаОтсутствие дрейфа характеристикиз­за погрешности компонентовНаличие дрейфа характеристик изза погрешности компонентовВозможность адаптивной фильтрацииСложность создания адаптивногофильтраЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ10Окончание таблицы 1.11 2Легкость моделирования и разработкиСложность моделирования и проектированияВычисления должны быть произведены раньше, чем будет сделанаследующая выборка. Это ограничивает быстродействие в режимереального времениАналоговые фильтры требуются навысоких частотах и для [68]защиты отналожения спектровТребуется быстродействующийАЦП, ЦАП и сигнальный процессорНе требуется АЦП, ЦАП или сигнальные процессорыРассмотрим преимущества цифровых фильтров перед аналоговыми:­ реализуются программным способом, что обеспечивает легкость тестирования;­ характеристики фильтра не зависят от условий окружающей среды, такихкак температура и влажность, в следствии отсутствия прецизионных компонентов;­ реализуется простыми арифметическими действиями (сложение, умножение, вычитание);­ выгодное соотношение характеристика­стоимость;­ отсутствуют стареющие элементы, в следствии чего характеристики фильтра не меняется со временем;­ не происходит сдвига фаз (у нерекурсивных фильтров линейная фаза).В результате сравнения, мы видим, что цифровые фильтры выгодно отличаются от аналоговых. Также, благодаря развитию вычислительныхмощностейсовременных процессоров, цифровые фильтры сейчас могут работать в режимеЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ11реального времени. Но для получения более достоверных данных, в данной работе будут смоделированы и проанализированы аналоговый ицифровые фильтры, и на основе практических результатов их работы, будет сделан вывод обактуальности их использования в качестве режекторного фильтра в ЭКГ аппарате.1.2 Виды аналоговых фильтровАмплитудно­частотная характеристика (АЧХ) – это зависимость отношенияамплитуд выходного сигнала (A2) к входному (A2) от частоты. Эффективностьподавления амплитуды (N) принято оценивать в дБ по формуле2120AN lgA, (1.1)где A2– амплитуда выходного сигнала;A1– амплитуда входного сигнала.При N = 0 дБ, отношение амплитуд будет равно 1, соответственно входной ивыходной сигнал равны, а значит фильтр пропускает данную гармонику без подавления.По виду АЧХ выделяют следующие основные виды фильтров: фильтры низких частот, фильтры верхних частот, полосовые фильтры, режекторныефильтры.Фильтр низких частот – это такой фильтр, который низкие частоты, ниже частоты среза ωс, пропускает без значительных изменений, а частоты выше частоты среза ωc подавляет. Полоса задерживания у этого фильтра начинается от ωз ипродолжается до бесконечности. Простейший такой фильтр – это последовательно соединенные резистор и катушка индуктивности. При возрастаниичастоты тока, возрастает также возрастает и реактивное сопротивление схемы, а,следовательно, на высоких частотах амплитуда тока будет значительно подав­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ12ляться. Данный фильтр часто используется при цифровой обработке сигнала,так как необходимо подавлять частоты выше половины частоты дискретизации,иначе происходит наложение спектров высокочастотных гармоник на спектрынизких гармоник, что приводит к искажению сигнала. Примеры АЧХ фильтровнизких частот представлены на рисунке 1.1 [3].A(ω)ω 0ωс ωзωс=ωзA(ω)0абωРисунок 1.1 – АЧХ фильтра низких частот: а – АЧХ идеального фильтра, б – АЧХ реальногофильтраИз рисунка 1.1 видно, что в реальном фильтре имеется переходная полосамежду полосой пропуская и полосой задерживания от ωс до ωз. Чем уже эта полоса, тем качественнее будет фильтр.Фильтр верхних частот пропускает частоты выше частоты среза ωс, частотыниже этой точки он подавляет. Простейший такой фильтр представляет из себяпоследовательно подключенные конденсатор и резистор. Принцип действия основан на том, что с повышением частоты тока, падает реактивноесопротивлениесхемы, а, из этого следует, что на высоких частотах будет происходить подавление амплитуды входного тока. Таким фильтром, например, можноизбавиться отпостоянной составляющий сигнала, для этого частоту задерживания подбираютна необходимом низком уровне. Но обычно его используют, для выделение вы­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ13сокочастотных гармоник из исходного сигнала. Примеры АЧХ фильтров верхних частот представлены на рисунке 1.2.A(ω)ω 0 ωс ωз ωс= ωзA(ω)0а бωРисунок 1.2 – АЧХ фильтра верхних частот: а – АЧХ идеального фильтра, б – АЧХ реальногофильтраПолосовой фильтр задерживает все частоты, кроме частот, попадающих вполосу пропускания. В данном фильтре выделяют две частоты среза ωс1 и ωс2,между которыми находится средняя частота ω0, этими частотами и ограниченаполоса пропускания. Такой фильтр можно реализовать за счет последовательного соединения фильтров верхних и низких частот. Простейшая егосхема – этопоследовательное соединение катушки, конденсатора и резистора. При определенной резонансной частоте, происходит падение сопротивление вцепи, а вследствии падение напряжение, амплитуда тока возрастает. На частотах, несовпадающих с резонансной, сопротивление в цепи достаточное большое, чтоприводит к подавлению амплитуды входного сигнала. Такой фильтр применяютдля выделения из входного сигнала гармоники находящиеся только в определённом диапазоне частот. На рисунке 1.3 изображены примеры АЧХполосовыхфильтров [3].ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ14A(ω)ω 00а бω1 ω2 ω0ω1ω2 ω0ωA(ω)Рисунок 1.3 – АЧХ полосового фильтра: а – АЧХ идеального фильтра, б – АЧХ реальногофильтраРежекторный фильтр пропускает все частоты, за исключением частот, находящихся в узкой полосе задерживания. Частота задерживания у этогофильтранаходится между частотами среза ωс1 и ωс2. Для реализации такого фильтраможно использовать также, как и в полосовом фильтре, катушку, конденсатор ирезистор, но катушку и конденсатор подключают параллельно друг другу. Приопределённой частоте происходит возрастание реактивного сопротивления цепи,и амплитуда тока подавляется. Применение такого фильтра позволяет избавиться от нежелательных частот. Так, например, можно его использоватьдля того,чтобы подавить частоту 50 Гц наводимой из сети питания переменного тока.При моделировании режекторного фильтра важной характеристикой качественной работы является его полоса задерживания. Добротность (D) – этоотношение подавляемой частоты к полосе задерживания012D. (1.2)В некоторых фильтрах величину добротности можно менять, к примеру, спомощью регулируемого резистора.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ15Пример АЧХ режекторного фильтра представлены на рисунке 1.4.A(ω)ω00а бω1 ω2 ω1 ω2ωA(ω)Рисунок 1.4 – АЧХ режекторного фильтра: а – АЧХ идеального фильтра, б – АЧХ реальногофильтраНашей задачей является устранение сетевых наводок от сети питания, поэтому в дальнейшей работе будем рассматривать только режекторныйфильтр.1.3 Моделирование и анализ работы двойного Т­образного мостовогофильтраДля подавления сигналов определенной частоты часто используют Тобразный мостовой фильтр, он достаточно хорошо подавляет амплитуду входногосигнала, но обладает слабой избирательностью, так как подавляет не толькозаграждающие частоты, но и частично амплитуды «нужных» частот, находящиеся рядом с частотой подавления [11].Реализация данного фильтра представляет собой мостовую схему из двух резистивно­емкостных плечей. Данный фильтр является пассивным, так какимеетв своей схеме элементов с собственным источником питания. Пассивные фильтры обычно имеют широкую полосу заграждения, поэтому редкоиспользуются.Схема фильтра представлена на рисунке 1.5.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ16С СR/2R R2СX YРисунок 1.5 – Схема двойного Т­образного мостового режекторного фильтра: X – входнойсигнал, Y – выходной сигналЧастота подавления (f) данного фильтра рассчитывается по формуле 12f, СR(1.3)где R – активное сопротивление резисторов, Ом;С – реактивное сопротивление конденсаторов, Ф.Для того чтобы подавить частоту 50 Гц были подобраны компоненты схемысо значениями: C = 0,1 мкФ, R = 31,8 кОм.Проверим правильность выбранных компонентов подставив численные значение в формулу (1.1) и получим:631502 0 1 10 31 8 10f,,Гц.Для уменьшения полосы заграждения, в данном фильтре используются операционные усилители, а так как они имеет свой собственный источникпитания,то фильтр становится активным. В программной среде Matlab был смоделирован двойной Т­образный мостовой режекторный фильтр. В качествевходногосигнала используется сигнал по форме схожий с ЭКГ сигналом, который задает­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ17ся элементом Repeating Sequence. На входной сигнал была наложена гармоника с частотой 50 Гц и амплитудой 0,1 В, которая моделирует наводимые помехи изсети питания (Sine Wave). Для построение АЧХ используется элемент Bode Plot, а для быстрого преобразования Фурье (FFT – анализа) используется элемент powergui. Схема данного фильтра, смоделированного в программной средеMatlab, представлена на рисунке 1.6. Рисунок 1.6 – Схема двойного Т­образного режекторного фильтра собранная в программнойсреде MatlabЗначительным плюсом данной схемы является возможность регулированиядобротности за счет изменения сопротивления резистора Resistor3. При уменьшении сопротивления добротность повышается, и, соответственно, приувеличении сопротивления добротность будет падать. То есть за счет уменьшения сопротивления резистора возможно получить очень узкую полосузаграждения, нопри этом падает подавляющая способность фильтра и амплитуда подавляемойчастоты гасится не полностью, что приводит к помехам на осциллограмме. Поэтому в данном случае необходимо найти компромиссное значениесопротивле­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ18ния, при котором выходная характеристика искажается как можно меньше.Для получения осциллограмм фильтруемого сигнала используется элементScope. На Scope 2 подается входной сигнал, который состоит из ЭКГ сигнала иналоженной на него помехи 50 Гц, после этого сигнал проходит Т­образныйдвойной фильтр и подается на Scope1. Проходя через фильтр амплитуда гармоники с частотой 50 Гц значительно падает и на Scope1 мы получаемисходныйсигнал, без помех. Полученные осциллограммы представлены на рисунке 1.7.а бРисунок 1.7 – Осциллограммы фильтруемого сигнала: а – входной сигнал, снятый с Scope2;б – сигнал на выходе фильтра, снятый с Scope1Для оценки того, как изменились амплитуды различных частот входногосигнала, после прохода через фильтр, проведем анализ Фурье входного и выходного сигнала с помощью элемента powergui, данный элементсчитывает сохраненные с осциллографов сигналы и производит разложение их в ряд Фурье, пооси ординат откладывается амплитуда сигнала, по оси абсцисс частота. Разложение в ряд Фурье позволяет увидеть из каких гармоник состоит сигнали значение их спектра (амплитуды). Результаты анализа Фурье сигналов снятых сфильтра представлены на рисунке 1.8.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ19б аРисунок 1.8 – Анализ Фурье входного и выходного сигнала: а – входной сигнал, снятый сScope2; б – сигнал на выходе фильтра, снятый с Scope1Как видно из рисунка 1.8, все гармоники значительно не потерпели изменения амплитуды, а гармоника с частотой 50 Гц подавлена практически донуля,что свидетельствует о хороших подавляющих свойствах данного фильтра.Для анализа частотных характеристик необходимо построить АЧХ и ФЧХфильтра, получить данные характеристики можно с помощью элемента BodePlot. Результат приведен на рисунке 1.9.Рисунок 1.9 – АЧХ и ФЧХ аналогово Т­образного мостового фильтраЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ20На рисунке 1.9 сверху изображен АЧХ фильтра, снизу ФЧХ фильтра. Каквидно из АЧХ подавление амплитуды фильтра составило 144 дБ, что являетсяхорошим результатом. Но также происходит подавление других частот, что является нежелательным. Вид ФЧХ фильтра нелинейный, что говорит обискажении выходного сигнала, вследствие различной задержки у гармоник разных частот.В результате моделирования видно, что аналоговый фильтр достаточно хорошо подавляет вредную частоту, но при этом форма выходного сигналаискажается в результате нелинейности ФЧХ и подавления амплитуд исследуемыхгармоник в частотах близких к 50 Гц. Также необходимо учесть, что в результате старения элементов, а также в следствии влияния параметровокружающейсреды, происходит изменение параметра фильтра, а это тоже приведет к искажению результата. На фоне всего этого, приходим к выводу, чтоцифровые фильтры более перспективны, при необходимости получения точных результатов.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ212 АНАЛИЗ СПОСОБОВ РЕАЛИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХРЕЖЕКТОРНЫХ ФИЛЬТРОВБольшинство сигналов являются аналоговыми, то есть непрерывными вовремени. Но с такими сигналами работать компьютер не способен, поэтомунеобходимо производить дискретизацию аналогового сигнала. Дискретизация –это процесс замера амплитуды сигнала через определенные равные промежуткивремени, эти промежутки называются периодом дискретизации.На входе цифрового фильтра стоит АЦП, который и производит дискретизацию сигнала. Далее цифровые данные поступают на процессор, которыйсогласно программе, производит необходимые вычисления, а после данные подаютсяна ЦАП, для того, чтобы преобразовать сигнал снова в аналоговый вид.При выборе частоты дискретизации сигнала, необходимо учитывать теоремуКотельникова. Теорема Котельникова: если сигнал таков, что его спектр ограничен частотой F, то после дискретизации сигнала с частотой не менее 2F можно восстановить исходный непрерывный сигнал по полученному цифровому сигналу абсолютно точно.[58]При разложении в интеграл Фурье, функция раскладывается в сумму синусоид, коэффициенты этих синусоид называются спектрами. Если послекакой­тосинусоиды с определенной частотой спектры становятся равны нулю, то говорят, что функция ограничена данной частотой F [9].То есть согласно теоремы Котельникова, частота дискретизации должнабыть в два раза больше, чем частота ограничения сигнала. В другом случае, высокочастотные сигналы будут накладываться в зону низких частот, чтоприведетк появлению помех.Для реализации цифровых фильтров достаточно использовать всего несколько компонентов: сложение, умножение, вычитание и элемент задержки.Задержка является элементом памяти, она позволяет запоминать предыдущие зна­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ22чения сигнала и учитывать их для получения выходной характеристики. На слабых процессорах может отсутствовать возможность умножение, тогдаона заменяется сложением, что приводит к замедлению работы фильтра. Считается, чтофильтр работает в режиме реального времени, если он успевает рассчитать ивыдать выходное значение до того, как на него поступит следующее входноевоздействие.Среди фильтров различают два основных типа: нерекурсивный и рекурсивный. Нерекурсивный фильтр имеет конечную импульсную характеристику,он неимеет обратной связи. Сигнал на выходе уiтакого фильтра в момент времени tiзависит только от входного сигнала xiи предыдущих значений входного сигнала,алгоритм работы которого представлен формулой0 1 1 2 20мi i i i м i м к i кку a x a x a x ... a x a x, (2.1)где уi– значение выходного сигнала в момент времени ti;ai– весовые коэффициенты;м – порядок фильтра (максимальное число запоминаемых [67]элементов).Схема работы фильтра представлена на рисунке 2.1.T T T Ta0a1 a2a3an+ + + +xiуiРисунок 2.1 – Схема работы нерекурсивного режекторного фильтраКак видно из схемы, фильтр не имеет обратной связи и искомое значение навыходе уi находится из суммы выходного значения xi умноженного на коэффици­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ23ент а0и предыдущих значений, умноженных на весовые коэффициенты ап. Элемент Т является элементом задержки, время задержки устанавливается равноепериоду дискретизации. Если подать на такой фильтр единичный импульс x0 = 1,то получим последовательность чисел, называемую импульсной характеристикой фильтра, в данном случае выходные значение совпадут скоэффициентамиап. Импульсную характеристику можно использовать для расчета выходных характеристик фильтра. Импульсная характеристика представлена нарисунке 2.2.0 tу0=a0у1=a1a2...уi=anРисунок 2.2 – Импульсная характеристика нерекурисвного фильтраКак видно из рисунка 2.2 у нерекурсивного фильтра при воздействии на негоединичного импульса выходная характеристика не бесконечная и кончается накаком­то числе ап, поэтому данный фильтр еще носит название КИХ – фильтр.Применив z­преобразование к выражению (2.1), получим 120 1 2ммY( z ) a a z a z ... a z X(z). (2.2)Разделив обе части выражения на X(z) получим следующую передаточнуюфункцию нерекурсивного фильтра120 1 2ммY( z )H( z ) a a z a z ... a zX( z ). (2.3)ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ24Как видно из выражения (2.3), передаточная функция является полиномом z­1и имеет конечное число элементов.В отличии от нерекурсивного фильтра, рекурсивный фильтр имеет бесконечную импульсную характеристику, поэтому этот фильтр имеет еще одноназваниеБИХ – фильтр. В рекурсивном фильтре применяется обратная связь, в следствииэтого, выходное значение yiзависит не только от входных значений, но и отпредыдущих выходных значений. Алгоритм расчета выходной характеристикидля такого фильтра описывается формулой0 1 1 2 21 1 2 201i i i i м i ммпi i n i n к i к к i ккку a x a x a x ... a xb у b у ... b у a x b у, (2.4)где Ьк– взвешенные коэффициенты для выходных значений.Получим передаточную характеристику данного фильтра120 1 2111ммnna a z a z ... a z Y( z )H( z )X( z )b z ... b z. (2.5)Как видно из формулы (2.5) передаточная функция данного фильтра представляет собой отношение двух полиномов.Фильтр имеет большую чувствительность к коэффициентам ак, Ькего передаточной функции, а так как данные коэффициенты неизбежно приходитсяокруглять, то появляется погрешность вычисления, а при больших порядкахфильтра это может вызвать его неустойчивую работу , при этом не стоит забывать про суммирования накопленных ошибок в следствии наличияобратнойсвязи [4].Алгоритм работы рекурсивного фильтра, с помощью которого можно проследить путь прохождения сигнала, представлен на рисунке 2.3.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ25T xia0+ T Tуib1b2Рисунок 2.3 – Схема работы рекурсивного фильтраНа рисунке 2.3 видно, что величина выходного сигнала уi получается за счетсуммирование входных значений xi, полученных в разные моменты времени, ипредыдущих выходных значений уi.В рекурсивных фильтрах требуется более высокая точность вычислений посравнению с нерекурсивными, из­за наличия обратной связи, так как в текущиерасчетах суммируются также ошибки предыдущих данных. Увеличение точности ведет к необходимости использовать более мощные вычислительныепроцессоры, а также увеличивает продолжительность времени вычислений.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ263 РАСЧЕТ ЦИФРОВОГО РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРАДля моделирования цифрового рекурсивного режекторного фильтра, можноиспользовать z плоскость. В данном разделе рассчитаем параметры фильтраданным методом и проверим в программе Matlab его работоспособность.3.1 Расчет рекурсивного фильтра нулевой частотыПростой режекторный цифровой имеет передаточную характеристику вида11npV (z)H( z ) GV (z), (3.1)где Vn1(z) – длина вектора из нуля функции до точки с определенной частотой накомплексной z плоскости;Vp1(z) – длина вектора из полюса функции до точки с определенной частотойна комплексной z плоскости;G – масштабный коэффициент.Нуль функции – это такое значение z, при котором передаточная характеристика стремится к нулю, а полюс функции – это значение z, при которомпередаточная характеристика стремится к бесконечности.Комплексная z плоскость представлена на рисунке 3.1.Z(wi)11­1­1 00Re z Im zn1p1 wNVp1Vn1Рисунок 3.1 – Комплексная z плоскость при подавлении нулевой составляющейЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ27На рисунке 3.1 нуль функции принял значение n1 = 1, полюс функцииp1 = 1,01. При таком расположении нулей и полюсов длины векторов Vn1 и Vp1будут примерны равны и их отношение будет равным 1 на всех частотах, кромечастоты равной нулю. Поэтому, коэффициент передачи данного фильтра будетравным нулю только при нулевой частоте, а, следовательно, будет гаситься постоянная нулевая составляющая сигнала.Данный фильтр будет стабильно работать от нуля до частоты Найквиста(wN). Частота Найквиста равнаNwt, (3.2)где t – период дискретизации, с.Частоты Найквиста – это частота, которая соответствует половине частотыдискретизации, сигналы с более высокой частотой, будут накладываться в зонунизких частот и искажать результат [4].3.2 Расчет рекурсивного фильтра частоты 50 ГцДля подавления произвольной частоты wvнули и полюса располага��т наопределенном радиусе на z плоскости и на соответствующем радиальном угле.Расчет радиального угла производится по формулеvvNww. (3.3)В выражении (3.3) используется два знака, это означает, что для получениявещественной характеристики полюса и нулю должны быть комплексносопряженными парами, то есть можно записать это какЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ28*ппv*ppz z z zH ( z ) Gz z z z. (3.4)Нули фильтра находятся на радиусе единичной окружностиn v v n nz cos j sin Re z j Imz . (3.5) Полюса фильтра находятся на полярном радиусе Rp v v p Pz Rcos jRsin Re z j Imz . (3.6) Подставляя (3.5) и (3.6) в формулу (3.4) получим2222121nvpz z Re z H ( z ) Gz z Re z R. (3.7)Выразим масштабный коэффициент из формулы (3.7) с учетом того, что передаточная характеристика на частоте Найквиста 1NwH , а z = ­1, и получим212122pnRez RGRe z . (3.8)В типовой форме выражение (3.7) будет иметь вид20 1 22121vb b z b zH ( z ) Ga z a z. (3.9)Далее необходимо найти формулы для расчета коэффициентов фильтра, прирасчете данных коэффициентов полученный результат необходимо получить свысокой степенью точности, округление в данном случае должно быть минимальным. При сравнении формул (3.7) и (3.9) можно выделитьЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ29следующие расчетные формулы для коэффициентов012122212121npb, b Re z , b, Re z a,Ra.R(3.10)Алгоритм для вычисления выходной величины1 1 2 1 1 2 2 к к к к к ку G x b x x a у a у. (3.11)Спроектируем режекторный фильтр с частотой подавления fv = 50 Гц. Шагдискретизации t принимаем равным 0,002 с.Преобразуем формулу (3.2) с учетом того, что w = 2πf, и найдем частоту Найквиста12Nft, (3.12)Подставим в формулу (3.12) численные значения и получим:12502 0 002Nf,Гц.Для нахождения полюсов и нулей на комплексной z плоскости, которые соответствуют подавляемой частоте 50 Гц, найдем радиальный угол,подставивчисленные значения в формулу (3.3):2 500 2 0 062832 250v,,.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ30Нанесем пары полюсов и нулей фильтра на комплексную z плоскость учитывая найденное значение радиального угла. Комплексная z плоскость длярекурсивного фильтра представлена на рисунке 3.2.11­1­1 00Re z Im znpwNnp0,2πРисунок 3.2 – Комплексная z плоскость при подавлении частоты 50 ГцПринимаем полярный радиус R равным 1,01. Чем сильнее радиус R стремиться к 1, тем будет более узкая полоса подавления, но также будетудлинятьсяимпульсная реакция, а это приведет к увеличению времени установления фильтра.Найдем численное значения нулей фильтра в комплексной форме используяформулу (3.5):0 2 0 2 0 809017 0 587785nz cos , j sin , , j , .Найдем численное значения полюсов фильтра в комплексной форме используя формулу (3.6):1 01 0 2 1 01 0 2 0 81710717 0 59366285pz , cos , j , sin , , j , .По формуле (3.8) вычислим масштабный коэффициент:21 2 0 8171071711 010 99012612 2 0 809017,,G,,.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ31По формуле (3.10) рассчитаем коэффициенты фильтра, при этом учитываемкак можно больше знаков для повышения качества работы фильтра:012122212 0 809017 1 61803412 0 817107171 602013861 0110 9802961 01b, b , , ,b, ,a , ,,a , .,Согласно формуле (3.9) передаточная функция фильтра будет иметь вид221 1 6170340 99012611 1 60201386 0 980296v, z zH ( z ) ,, z , z.По формуле (3.11) найдем алгоритм для нахождения выходной величины1 2 1 20 9901261 1 618034 1 60201386 0 980296к к к к к ку , x , x x , у , у.3.3 Моделирование рекурсивного фильтра частоты 50 ГцЧтобы оценить рекурсивный фильтр, необходимо смоделировать его в виртуальной среде и проанализировать его рабочие характеристики.Полученные результаты позволят оценить его эффективность по сравнению с другим фильтрами.При моделировании режекторных рекурсивных фильтров необходимо соблюдать высокую точность коэффициентов. Были получены следующиекоэффициенты: G = 0.9901261, a1 = ­1.60201386, b1 = ­1,618034, a2 = ­0.980296.Согласно уравнению алгоритма нахождения выходного сигнала (3.11) быласмоделирована схема в программной среде Matlab. Схема фильтра представлена на рисунке 3.3.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ32Рисунок 3.3 – Схема рекурсивного режекторного фильтраЭлементы Gain соответствуют коэффициентам фильтра и реализуют функцию умножения. Элементом памяти является Unit Delay который реализуетзадержку сигнала на величину периода дискретизации t = 0,002 с.На осциллограф Scope подается входной сигнал, такой же как в аналоговомфильтре, соответствующий ЭКГ диаграмме с наложенной на него сетевой помехой 50 Гц, после сигнал проходит через рекурсивный фильтр и наScope1 выдается обработанный сигнал. На рисунке 3.4 представлены входной и выходнойсигнал.а бРисунок 3.4 – Осциллограммы фильтруемого сигнала: а – входной сигнал, снятый с Scope;б – сигнал на выходе фильтра, снятый с Scope1ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ33Из рисунка 3.4 видно, что фильтр успешно подавляет сетевую помеху, но если увеличить осциллограмму выходной характеристики, то можнозаметить, чтофильтру необходимо время для того, чтобы он смог установиться и выдаватьсигнал без искажения. На рисунке 3.5 представлена увеличенная осциллограммаScope1.Рисунок 3.5 – Осциллограмма выходного сигнала, снятая с Scope1Из рисунка видно, что полностью подавлять сетевую наводку фильтр будеттолько через 0,7 с. Для оценки подавления амплитуд фильтра, произведем анализ Фурье, результат для входного сигнала представлен на рисунке 3.6.Рисунок 3.6 – Анализ Фурье входного сигналаЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ34Далее проведем FFT анализ только для первого периода выходного сигнала, результат представлен на рисунке 3.7.Рисунок 3.7 – Анализ Фурье для первого периода выходного сигналаКак видно из рисунка 3.7, в зоне частот 45–60 Гц в первом периоде происходит небольшое искажение сигнала, а амплитуда 50 Гц гасится неполностью, этоговорит о том, что фильтр работает в неустановившемся режиме. Далее проведем FFT анализ для второго периода выходного сигнала, результатпредставленна рисунке 3.8.Рисунок 3.8 – Анализ Фурье для второго периода выходного сигналаЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ35По рисунку 3.8 можно сделать вывод, что, начиная со второго периода, рекурсивный фильтр успешно подавляется частоту 50 Гц, а также выдаетвыходной сигнал практически без искажений. То есть установившейся режим работыу фильтра с такими параметрами и таким входным сигналом наступает со второго периода подачи выходного сигнала. Для того, чтобы установившейсярежимнаступал быстрее, необходимо увеличить полюсной радиус R, но это приведет кувеличению окна подавления частот.Для оценки частотных характеристик фильтра, построим его АЧХ и ФЧХ спомощью элемента Bode Plot в программной среде Matlab. Частотные характеристики представлены на рисунке 3.9, верхний график соответствует АЧХфильтра, нижний ФЧХ.Рисунок 3.9 – АЧХ и ФЧХ режекторного рекурсивного фильтраИз рисунка 3.9 видно, что АЧХ такого фильтра имеет хорошую форму, вследствии того, что отсутствует изменение отношения амплитуд частот меньше48 Гц, зона окна подавления частот узкая. Гармоника с частотой 50 Гц подавляется на 113 дБ, что является хорошим результатом. По ФЧХ можносказать, чтоЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ36в диапазоне от 0 до 45 Гц, она линейной формы, то есть не происходит искажение сигнала, но в зоне 45–55 Гц ФЧХ нелинейная, что приведет кизменениюформы сигнала в этом диапазоне. Данный фильтр имеет значительно более узкую полосу заграждения, по сравнению с аналоговым Т­образнымфильтром, ноподавляет вредную гармонику слабее на 31 дБ.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ374 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕЖЕКТОРОГОФИЛЬТРАРекурсивный цифровой фильтр сильно зависит от точности коэффициентов,что затрудняет его расчет и время выдачи выходного сигнала. Для избавления откоэффициентов большого порядка используется нерекурсивный фильтр [4].Разработаем структуру нерекурсивного фильтра, приняв коэффициентыфильтра равными единице, схема такого фильтра представлена на рисунке 4.1.T T T T+ + + +xiуiРисунок 4.1 – Схема режекторного нерекурсивного фильтраКак видно из рисунка 4.1 в данном фильтре отсутствуют коэффициенты,следовательно, отсутствуют элементы умножения, что позволит значительноупростить расчеты.Передаточная функция такого фильтра будет равна12 мY( z )H( z ) G z z ... zX( z ). (4.1)Примем 8 элементов задержки, тогда передаточная характеристика фильтрапримет вид1 2 3 4 5 6 7 8H( z ) G z z z z z z z z . (4.2)ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ38В нерекурсивном фильтре отсутствуют полюса, так как фильтр не зависит отпредыдущих значений выходного сигнала, а в расчете используются только значения входных сигналов с разной временной задержкой. Длянахождения нулейфильтра необходимо прировнять передаточную функцию (4.2) к нулю1 2 3 4 5 6 7 80 z z z z z z z z . (4.3)Решив уравнение (4.3) нулю фильтра будут иметь вид:12345678022222222222222221z,z j ,z j ,z j ,z j ,z j ,z,z j.Нанесем нулю на комплексную z плоскость, рисунок 4.2.11­1­1 00Re z Im zn1wNn6n2n3n4n7n5n8Рисунок 4.2 – Комплексная z плоскость предлагаемого режекторного фильтраЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ39Из рисунка 4.2 видно, что будут подавляться все частоты кратные ¼ частотыНайквиста.Алгоритм расчета выходного значения данного фильтра будет иметь вид1 2 8 к к к ку G x x ... x. (4.4)Выразим из формулы (4.4) масштабный коэффициент1 2 8кк к куGx x ... x. (4.5)Для нахождения масштабного коэффициента, будем подавать непрерывныйсигнал равный x = 1, для того, чтобы фильтр не искажал сигнал, на выходефильтра тоже должна быть у = 1, подставив численные значения в формулу (4.5)получим:1111111111 8G.Выразим формулу для расчета подавляемой частоты из выражения для частоты Найквиста (3.12) и вывода о том, что будет подавляться частотыкратные¼ частоты Найквиста18vft. (4.6)Для расчета периода дискретизации подставим в формулу (4.6) частоту подавления равную 50 Гц и получим:10 00258 50t,с.Необходимо учесть, что при таком времени дискретизации, кроме 50 Гц, бу­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ40дут подавляться также частоты 100 Гц, 150 Гц и 200 Гц, что можно увидеть,проанализировав рисунок 4.2. Частоты выше 200 Гц не будут проходить черезфильтр, так как они выше половины частоты дискретизации, но они могутнакладывать помехи в зону меньших частот.Для реализации режекторного фильтра частоты подавления 50 Гц с такойструктурой необходимо 8 элементов памяти, для задержки сигнала на времядискретизации равное 0,0025 с, а также 8 элементов суммирования, для расчетавыходного сигнала. При этом для сохранения масштаба сигнала необходимопредусмотреть умножение выходного сигнала на масштабный коэффициентравный 1/8.В реальности такой фильтр представляет собой программу, написанную кпримеру, на языке высокого уровня Си. Поэтому его не сложно применить к ЭКГаппаратам и другим приборам, где необходимо избавиться от сетевых наводок.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ415 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПРЕДЛАГАЕМОГОРЕЖЕКТОРОНОГО ФИЛЬТРАЧтобы практически проверить работоспособность предлагаемого режекторного фильтра, смоделируем его в программной среде Matlab. За основуиспользуем структуру рисунка 4.1 и формулу (4.4) алгоритма работы фильтра. В качестве задержки будем использовать элемент Unit Delay, времязадержки ставимравное времени дискретизации 0,0025 с. Для реализации функции суммирования используем элемент Sum, а для умножения на масштабныйкоэффициентэлементы Product и Constant. Для получения осциллограмм используем элементScope. Предлагаемая структура фильтра в смоделированная в программнойmatlab представлена на рисунке 5.1.Рисунок 5.1 – Предлагаемая схема режекторного фильтраВходной сигнал, также, как и в случае с аналоговым и рекурсивным фильтром представляет из себя примерный ЭКГ сигнал с наложенной на негосетевой помехой 50 Гц. На элемент Scope поступает входной сигнал, далее он проходит через фильтр и на элементе Scope1 формируется выходнойсигнал.Получим импульсную характеристику фильтра, для этого на вход фильтраподадим импульс с амплитудой 1 В, время подачи импульса 0,0001 с. Импульс,который в момент времени t = 0 равен 1, а в остальное время равный нулюЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ42называется единичный импульс. Полученная осциллограмма на Scope1 будетявляться импульсной характеристикой, то есть реакцией на единичный импульс,результат представлен на рисунке 5.2.Рисунок 5.2 – Импульсная характеристика фильтраКак видно из рисунка 5.2, сигнал с амплитудой 1 В уменьшил амплитуду в 8раз до 0,125 В и растянулся во времени на 0,02 с. Импульсную характеристикуфильтра можно использовать при расчете выходных данных фильтра. Абсолютно любой дискретный сигнал возможно заменить на сумму единичных импульсов в разные (последовательные) моменты времени взятых с амплитудой соответствующей значениюсигнала в этот момент времени. [64]По импульсной характеристике можно судить обо всех свойствах фильтра, но это не так удобно, какпри анализе производных от данной характеристики ФЧХ и АЧХ, которые связаны с ней анализом Фурье.Чтобы рассчитать выходное значение функции по импульсной характеристике, можно использовать формулу сверткику( n ) x( n к ) h( к ), (5.1)ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ43где h(к) – импульсная характеристика или ядро свертки.Формула свертки получена из определения, что каждую точку результирующего сигнала можно получить как взвешенную сумму некоторогомножества соседних точек исходного сигнала [5].Убедимся, что структура нашего фильтра спроектирована верна и фильтрподавляет сетевую наводку, для этого сигнал ЭКГ с помехой 50 Гц и снимем осциллограммы входного и выходного сигнала с элементов Scope иScope1, результат представлен на рисунке 5.3.а бРисунок 5.3 – Осциллограммы фильтруемого сигнала: а – входной сигнал, снятый с Scope;б – сигнал на выходе фильтра, снятый с Scope1Из рисунка 5.3 видно, что выходной сигнал не содержит помех, при этомсигнал четкий и нет смещения по фазе, а значит фильтр можно применять дляподавления сетевой гармоники. При этом, в отличии от рекурсивного фильтра,данному фильтру не нужно время для установления режима работы, выходнаяхарактеристика выдается без помех сразу после включения. Нерекурсивныйфильтр всегда устойчив, так как он не имеет полюсов, а, следовательно, передаточная характеристика не при каких значениях не стремится кбесконечности.Но это накладывает определенный минус, в виде более широкого окна подавления гармоник.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ44Для оценки изменения отношения амплитуд различных гармоник выходногосигнала, произведем спектральный анализ входного и выходного сигнала с помощью элемента powergui. Спектральный анализ осциллограмм сигналасо входа и выхода системы представлен на рисунке 5.4.б аРисунок 5.4 – Анализ Фурье входного и выходного сигнала: а – входной сигнал, снятый сScope; б – сигнал на выходе фильтра, снятый с Scope1Как видно из состава гармоник на рисунке 5.4, сетевая наводка 50 Гц гаситсяпрактически полностью. Амплитуды других сигналов исказились незначительно. Это свидетельствует о высокой эффективности данногорежекторного фильтра. По результатам анализа Фурье можно сделать вывод, что использованияданного фильтра позволит качественно отфильтровать сигнал и получиться точный ЭКГ сигнал.Чтобы оценить частотные свойства фильтра, необходимо построить его частотные характеристики, для этого будем использовать элемент Bode Plot.Прирасчетах было получено, что фильтр будет гасить не только 50 Гц, но также 100Гц, 150 ГЦ и 200 Гц, поэтому строить характеристики будем в диапазоне от 0 до200 Гц. Полезный ЭКГ сигнал находится в диапазоне частот менее 50 Гц, поэтому искажение гармоник сигнала выше этого диапазона не повлияют нарезультат фильтрации. Частотные характеристики режекторного фильтра пред­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ45ставлены на рисунке 5.5, при этом верхняя диаграмма является АЧХ фильтра,нижняя ФЧХ.Рисунок 5.5 – АЧХ и ФЧХ предлагаемого рекурсивного фильтраИз рисунка 5.5 видно, что происходит подавление амплитуда гармоники счастотой 50 Гц на 149 дБ, что является лучшим результатом среди рассмотренных ранее фильтров. Но при этом есть небольшое подавление амплитудгармоник начиная с 22 Гц. По ФЧХ видно, что она является полностью линейной от 0до 50 Гц, что также является отличным показателем и свидетельствует о том,что все фазы всех гармоник задерживаются на одинаковую величину и искажение сигнала не происходит.При сравнении результатов моделирования цифровых фильтров видно, что урекурсивного фильтра значительно уже окно подавление частот, но сама амплитуда заграждаемой гармоники подавляется хуже на 36 дБ. При этомглавныминедостатками рекурсивного фильтра являются слабое быстродействие и сильнаязависимость от коэффициентов, в предлагаемой схеме фильтра эти коэффициенты отсутствуют, соответственно даже при использовании болееслабого процес­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ46сора, расчет в нерекурсивном фильтре будет происходить быстрее. Также значительным плюсом предлагаемого фильтра является линейная ФЧХ.Поэтому данная схема режекторного фильтра выглядит более приемлемой для использованияв ЭКГ аппаратах.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ476 ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СХЕМЫ РЕЖЕКТОРНОГОФИЛЬТРА В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФАХДля понимания эффекта появления сетевой наводки в результатах электрокардиограммы в данном разделе будет рассмотрена природаэлектромагнитноговоздействия и его влияние на электрические аппараты.Для снятия ЭКГ сигнала необходимо использовать устройство, которое бысравнивало значения разных сигналов относительно общей точки, даннымустройством является измерительный усилитель, поэтому в данном разделекроме принципа работы ЭКГ аппарата, будет рассмотрена схема данного усилителя.Чтобы оценить качество предлагаемой схемы режекторного фильтра в подавлении сетевой помехи, применим его в реальном ЭКГ аппарате.6.1 Общие понятия о электромагнитных воздействияхПеремещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле порождает переменное магнитноеполе в соседних областях пространства. Переменное же магнитное поле, в свою очередь, порождаетпеременное электрическое поле и т. д.Перемещение заряда вызывает, таким образом, «возмущение» электромагнитного поля, которое, распространяясь, охватывает всебольшие и большие области окружающего пространства, изменяя то поле, существовавшее до смещения заряда. В последствии,это «возмущение» достигает другого заряда, что иприводит к изменению действующей на него силы. Но данный процесс происходит не в тот момент времени, когда произошлосмещение первого заряда. Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого былоткрыт Максвеллом, происходит с конечной [14]скоростью равной скорости света ввакууме.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ48Если электрический заряд не просто сдвинулся из одного положения в другое, абыл приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой. Заряд движется подобно телу, подвешенному на пружине, но толькоколебания его происходят со значительно большей частотой. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряданачнет периодически изменяться. Период этих изменений, очевидно, будет равен периоду колебаний заряда. Переменноеэлектрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, аоно, в свою очередь, вызовет появление переменного электрического поля ужена большем расстоянии от заряда и т. д. [21].В окружающем заряд пространстве, распространяющемся на все большиеобласти, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. Нарисунке 6.1 изображен «мгновенный снимок» такой системы полей на большом расстоянии от колеблющегося заряда.XYZ0EBс[14]Рисунок 6.1 – Распространение электромагнитных волн в пространствеНа этом рисунке показаны векторы E и B в различных точках пространства. Направление Z – одно из направлений распространенияэлектромагнитныхвозмущений.[14]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ49В результате образуется электромагнитная волна, движущеесяпо всемнаправлениям от колеблющегося заряда. В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во временипериодически. [14]Время возмущения в данной точке пространства, зависит от ее расстояния от заряда. Поэтому ,на разных расстояниях от заряда колебания каждого из этих векторов происходят с различными фазами.Направления колеблющихся векторов – напряженности электрического поляи индукции магнитного поля – перпендикулярны направлению распространенияволны. Электромагнитная волна является поперечной. Таким образом, векторыE и B в электромагнитной волне перпендикулярны друг к другу и перпендикулярны направлению распространения волны.Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами. При этомпонятно, что скорость движения данных зарядов меняется со временем, то естьони движутся с ускорением. Наличие ускорения у движущихся зарядов – главное условие излучения ими электромагнитных волн[21].Электромагнитное поле появляется не только при колебаниях заряда, но ипри любом достаточно быстром изменении его скорости. Интенсивность излучаемой волны тем больше, чем больше ускорение, скоторым движется заряд.Энергия электромагнитного поля волны в любой фиксированный моментвремени меняется периодически в пространстве, вместе с изменением векторовE и B . Бегущая волна несет с собой энергию, перемещающуюся со скоростьюс вдоль направления распространения волны. В результате этого энергия, переносимая электромагнитной волной в любой точкепространства, меняется периодически со временем.[14]Явление возбуждения переменным током электромагнитных полей принятоназывать излучением электромагнитных колебаний или излучением электромагнитных волн. Встречая на своем пути проводники, магнитныесоставляющиеэлектромагнитных колебаний возбуждают в этих проводниках переменное элек­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ50трическое поле, создающее в них такой же переменный ток, как ток, возбудивший электромагнитные волны, только несравненно слабее. За счетэтого явленияи появляются помехи в ЭКГ аппаратах.Рассмотрим подробней принцип возникновения сетевых наводок от источника питания. Для этого изучим прохождение помехи от источника питаниянасхеме 6.2.e1eNRiRinMINIсСсVinVMРисунок 6.2 – Пути прохождения емкостной и индуктивной помехи от источника eNПредположим, что рядом с сигнальным проводом проходит некоторый провод, по которому протекает ток амплитудой IN. Тогда вследствие эффекта электромагнитной индукции на сигнальном проводе будет наводиться напряжениепомехи VM . В случае синусоидальной формы тока амплитуда напряжения помехи, наводимого на сигнальном проводе, будет равна222i [21]inMi inM( R R )VR R L, (6.1)где M –взаимная индуктивность между проводами;L – индуктивность сигнального провода;ω – частота тока помехи;Ri– выходное сопротивление источника сигнала;Rin– входное сопротивление приемника.[21]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ51Величина взаимной индуктивности пропорциональна площади витка, который пересекается магнитным полем, созданным током IN. « [21]Витком» в данномслучае является контур, по которому протекает ток, вызванный [32] ЭДС помехи.На рисунке 6.2 этот контур образован сигнальным проводом, входным сопротивлением приемника, проводом «земли» и выходнымсопротивлением источника сигнала. Для уменьшения взаимной индуктивности площадь данногоконтура должна быть минимальной, то есть сигнальный провод должен бытьпроложен максимально близко к «земле». Эффективную площадь «витка» можноуменьшить, если расположить его в плоскости, перпендикулярной плоскостиконтура с током, наводящим помехи [9].[21]Емкостная [23]наводка через паразитную ёмкость между проводниками [21]Сс,[23]наоборот, полностью определяется величиной внутреннего сопротивления источника сигнала , поскольку оно входит в делитель напряжения помехи, состоящий из сопротивления Ri, включенного параллельно [21]Rin, и ёмкости Сс21i in сMNi in сRR СVe RR С), (6.2)где Сс– паразитная емкость схемы;eN – ЭДС наводимого источника.Как следует из (6.2), при RiRi= 0 ёмкостная помеха полностью отсутствует. Вдействительности сигнальный проводник имеет некоторое индуктивное и резистивное сопротивление, падение напряжения помехина котором не позволяетполностью устранить ёмкостную наводку с помощью источника с низким внутренним сопротивлением.6.2 [21]Принцип получения электрокардиограммыЭлектрокардиографы – аппараты, фиксирующиеизменение разности потенциалов между двумя точками в электрическом поле сердца (например, на [36]по­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ52верхности тела) во время его возбуждения. В настоящее время электрокардиографы обладаютвысоким техническим совершенством и позволяют осуществить как одноканальную, так и многоканальную запись ЭКГ [10].[36]При многоканальной записи одновременно регистрируются несколько различных электродных отведений,что значительно сокращает время исследованияи дает возможность получить более достоверную информацию об электрическом поле сердца.[36]Схема подключение электрокардиографа представлена на рисунке 6.3.УсилительРегистрирующееустройствоКоммутаторВходные проводаотведенийЭлектрод для заземленияЭлектродыотведенийРисунок 6.3 – Устройство ЭКГ аппаратаЭлектрокардиографы состоят из входного устройства, усилителя биопотенциалов и регистрирующего устройства. Разностьпотенциалов, возникающая наповерхности тела при возбуждении сердца, регистрируется с помощью системыметаллических электродов, укрепленных на различных участках тела. Черезвходные провода, маркированные различным цветом, электрический сигнал [36]по­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ53даетсяна коммутатор, а затем на вход усилителя. Малое напряжение, воспринимаемое электродами и не превышающее 1–3 мВ,усиливается во много раз и подается в регистрирующее устройство прибора. [36]Регистрирующее устройство записывает электрокардиограмму на специальную движущую бумагу на подобиемиллиметровки. Само устройство может состоять из неподвижного электромагнита и якоря в виде движущегося писца с чернилами.6.3 Инструментальный усилительДля регистрации двух сигналов относительно общего нулевого провода вэлектрокардиографе применяется инструментальный усилитель. Данное устройство позволяет измерить разность двух потенциалов и избавиться отсинфазногосигнала. Схема инструментального усилителя состоит из трех операционныхусилителей и представлена на рисунке 6.4 [1].+++U2U1UвыхR1R2R2R3R3 R4R4DA1DA2DA3v3v4v5v5v6Рисунок 6.4 – Схема инструментального усилителяВ структуру усилителя входят два неинвертирующих усилителя DA1 и DA2,подключенные к входам дифференциального усилителя DA3. Достоинство схемы состоит в том, что с помощью одного переменного резистора R1можно регулировать коэффициент усиления измерительного усилителя. Такая схема, кромеЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ54усиления разностного (дифференциального) сигнала U2–U1, способна эффективно подавлять сетевые помехи с частотой 50 Гц, которые являются для такогоусилителя синфазными, т.е. воздействующими одновременно на оба входа усилителя. Одинаковые по величине резисторы обозначены на схемеодинаковымииндексами. Переменный резистор R4предназначен для балансировки схемыусилителя, т.е. при равенстве входных сигналов U2 = U1с помощью резистора R4добиваются балансировки усилителя, при котором значения выходного напряжения Uвых = 0.При анализе работы схемы усилителя принимаем идеальными параметрыоперационных усилителей: бесконечные значения входного сопротивления и коэффициента усиления. В этом случае можно считать нулевыми токи,протекающие через входы усилителя IОУ = 0, а также нулевое напряжение U0 = 0 междуего входами. Входы усилителя можно считать равнопотенциальными [1].Рассмотрим вначале работу и основные соотношения для схемы дифференциального усилителя DA3.При отсутствии тока, протекающего через неинвертирующий вход ОУ DA3,через резисторы R3, R4под действием напряжения v4на «землю» протекает ток,определяемый параметрами этих сопротивлений. Эти резисторы образуют схемуделителя напряжения, определяющего напряжение v5на неинвертирующем входе ОУ DA345434RvvRR. (6.3)Поскольку входы ОУ равнопотенциальны, напряжение на инвертирующемвходе ОУ DA3 равно напряжению v5на неинвертирующем входе. Верхняя частьсхемы работает как инвертирующий усилитель. Через резистор R3протекаетток, определяемый разностью потенциалов на его выводахЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ553513vviR. (6.4)В отсутствии тока на инвертирующем входе ОУ DA3, такой же по величинеток протекает через резистор обратной связи R45614осvviiR, (6.5)поэтому можно записать3 5 5 634v v v vRR(6.6)Выражая из последнего уравнения напряжение v5и приравнивая его к выражению (6.3), получим46 4 33Rv v vR. (6.7)Полученное соотношение определяет коэффициент усиления дифференциального усилителя как отношение сопротивлений резисторов43ДУRKR. (6.8)Установим значение коэффициента усиления инструментального усилителя.Поскольку входы ОУ DA1, DA2 имеют одинаковые потенциалы, разность потенциалов на резисторе R1определяется разностью U2–U1входных сигналов усилителя. Под действием этого напряжения через резистор R1протекает ток211UUiR, (6.9)то есть все входное напряжение U2–U1приходится на резистор R1ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ562 1 1U U iR . (6.10)При нулевом входном токе ОУ такой же по величине ток i будет протекатьчерез оба резистора R2. Для напряжения на выходе усилителей DA1, DA2 можнозаписать4 3 2 1 2 1 22 v v i R R R i R R . (6.11)Коэффициент усиления дифференциального сигнала усилителями DA1, DA2равен отношению выходного напряжения v4–v3к разности напряжений U2–U1навходе усилителя12 43 22 1 1 1212i R R vv RKU U iR R. (6.12)Перемножая коэффициенты усиления каскадов (6.8) и (6.12), получаем общий коэффициент усиления инструментального усилителя423112усилRRKRR. (6.13)Как видно из формулы (6.13) получиться необходимый коэффициент усиления можно путем регулирования сопротивления резисторов.6.4 Проверка предлагаемой структуры режекторного фильтра надействующем ЭКГ аппаратеРазработанный режекторный фильтр был применен при работе в составе переносного электрокардиографа, выполненного на базе 32­разрядногомикропроцессора STM32­LCD, оборудованного жидкокристаллическим дисплеем размером 320х240 пикселей. Предлагаемый алгоритм цифровойфильтрации реализован программно и составляет часть кода обработки ЭКГ сигнала.Процедура цифровой фильтрации, реализованная в микропроцессоре, доста­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ57точно проста: измеренные с интервалом 0,0025 с значения сигнала ЭКГ заносятся в массив Y, состоящий из 8 элементов: Y[0]…Y[7]. Послесуммированиясодержимого всех ячеек массива и деления полученной суммы на 8, получаетсявыходной сигнал режекторного фильтра в дискретные моменты времени. Послеэтого происходит цикл смещения данных между ячейками массива: в крайнююлевую ячейку Y[0] перемещается значение из соседней ячейки Y[1] и т.д. Циклзаканчивается после занесения сигнала ЭКГ в крайнюю правую ячейку Y[7].Фрагмент программного кода, реализованный в процессоре на языке высокого уровня Си, показан на рисунке 6.5.Рисунок 6.5 – Фрагмент программного кода режекторного фильтраЕго первая строка соответствует процедуре суммирования и деления накопленной суммы на 8 путем сдвига суммы на 3 позиции вправо (3). В следующих семи строках программы показана процедура циклического сдвига информации между ячейками массива. С помощью последнейстроки осуществляетсязанесение сигнала ЭКГ (Y[7] = IBIn_LO) в крайнюю правую ячейку пассива Y[7].Отфильтрованный в микропроцессоре сигнал через его выходные порты по­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ58ступает на вход внешнего цифро­аналогового преобразователя, с выхода которого аналоговый ЭКГ сигнал поступает на вход цифровогозапоминающего осциллографа ADC1000C с полосой пропускания 40 МГц, позволяющего в реальноммасштабе времени производить быстрое преобразование Фурье с индикацией наэкране полученного спектра сигнала. На рисунке 6.6 показаны результаты исследования сигнала ЭКГ, снятые с экрана осциллографа.Рисунок 6.6 – Гармонический сигнал электрокардиограммыВ верхней части рисунка показана кривая ЭКГ сигнала, поступающая навход осциллографа с выхода ЦАП, а ниже ­ соответствующий ей частотныйспектр. Из его анализа (фрагмент а) следует, что в спектре ЭКГ сигнала отсутствуют гармоники с частотой 50 Гц, что свидетельствует об эффективнойработепредлагаемого фильтра для регистрации и анализа сигнала кардиограммы.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ597 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯРЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФАХВ том, что предлагаемая структура фильтра позволяет получить более достоверный диагноз при снятии ЭКГ диаграммы, мы убедились в прошлыхразделах. Но необходимо также рассмотреть целесообразность применения данногофильтра с точки зрения экономических законов.7.1 Теоретические основы при расчете экономической эффективности вмедицинских разработкахПонятие эффективности медицинской помощи следует различать с общеэкономической категорией эффективности, с соответствующими показателями всфере материального производства.[7]Показатели эффективности деятельности медицинских учреждений служаткритерием социальной и экономической значимости данной отрасли в развитииобщества. В общем, на уровне народного хозяйства, эффективность здравоохранения выражается степенью влияния и воздействияего на сохранение и улучшение здоровья населения, повышением производительности труда, в предотвращении расходов наздравоохранение и расходов по социальному страхованию исоциальному обеспечению, в экономии затрат в отраслях материального производства и непроизводственной сферы, увеличениемприроста национального дохода [12].Эффективность здравоохранения, его служб и отдельных мероприятий [2]определяется совокупностью различныхкритериев и показателей, каждый из которых характеризует какую­либо сторону процесса медицинской деятельности.Эффективность здравоохранения не может быть определена однозначно.Применительно к здравоохранению определяются три типа эффективности: медицинскую, экономическую, социальную.[2]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ60Вотличие от других отраслей народного хозяйства, результаты тех или иныхмероприятий здравоохранения, его служб и программ анализируются с позицийсоциальной, медицинской и экономической эффективности, среди которых приоритетными являются медицинская и социальнаяэффективность. Без оценкирезультатов медицинской и социальной эффективности не может быть определена и экономическая эффективность. Существуетвзаимосвязь и взаимообусловленность между медицинской, социальной и экономической эффективностью.Под понятием «эффективность» понимается степень достижения конкретныхрезультатов.Медицинская эффективность – это степень достижения медицинского результата. В отношении одного конкретного больного этовыздоровление илиулучшение состояния здоровья, восстановление утраченных функций отдельныхорганов и систем. На уровне учреждений здравоохранения и отрасли в целоммедицинская эффективность измеряется множеством специфических показателей: удельный вес излеченных больных, уменьшениеслучаев перехода заболевания в хроническую форму, снижение уровня заболеваемости населения [13].Медицинская эффективность показывает степень достижения поставленныхзадач диагностики и лечения заболеваний с учетом критериев качества, адекватности и результативности. Медицинскоевмешательство может быть болеедейственным, если научный уровень и практика его проведения обеспечиваютнаилучший результат оказания медицинской помощи при наименьших затратахвсех видов ресурсов. Но даже при идеальном качестве медицинского обслуживания может быть не достигнута [2]главная цель – здоровье пациента [14].Социальная эффективность – это степень достижения социального результата. В отношении конкретного больного ­ этовозвращение его к труду и активной жизни в обществе, удовлетворенность медицинской помощью. Науровне всей отрасли ­ это увеличение продолжительности предстоящей жизни[2]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ61населения, снижение уровня показателей смертности и инвалидности, удовлетворенность общества в целом системой оказаниямедицинской помощи.Экономическая эффективность – это соотношение полученных результатов ипроизведенных затрат. Расчет экономической эффективности связан с поискомнаиболее экономичного использования имеющихся ресурсов. Этот показательявляется необходимым составляющим звеном в оценке функционирования системы здравоохранения в целом, отдельных ееподразделений и структур, а также экономическим обоснованием мероприятий по охране здоровья населения.Экономическая эффективность в здравоохранении рассматривается в двухнаправлениях:­ эффективность использования различных видов ресурсов;­ с точки зрения влияния здравоохранения на развитие общественного производства в целом.Особенность здравоохранения заключается в том, что нередко медицинскиемероприятия лечебного и профилактического характера могут быть экономически невыгодны, однако медицинский и социальныйэффект требует ихпроведения. Так, при организации медицинского обслуживания пожилых людейс хроническими и дегенеративными заболеваниями, больных с умственной отсталостью и подобными болезнями при явноймедицинской и социальной эффективности экономический эффект будет отрицательным. При использованиисовременных медицинских препаратов, интенсивной терапии и реанимации достигается медицинский и социальный эффект –сохраняется человеку жизнь, ноон может стать инвалидом и [2]потерять возможность совершать полезный дляобщества труд.Экономическая эффективность в медицине не должнаявляться определяющей при выборе [11] различных средств профилактики, лечения, организационных форм оказаниямедицинской помощи. Но при этом критерии экономической эффективности, вместе с медицинской и социальной эффективностью,[2]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ62способныпомочь в установлении очередности проведения тех или иных мероприятий в условиях ограниченных ресурсов.Отличительной чертой здравоохранения является то, что труд, затраченныйна оказание медицинской помощи, может быть меньше труда, сэкономленногоблагодаря этой помощи. К примеру , выздоровление трудоспособного работника,которое приведет к уменьшению потерь национального дохода от недопроизведенной продукции, то есть принесет [2]высокий экономический эффект. В своюочередь, выздоровление нетрудоспособного пенсионера или инвалида не несетза собой экономического эффекта, кроме того,приведет к дополнительным потерям в связи с необходимостью выплачивать пенсии по старости или пособияпо [37]инвалидности [14].В здравоохранение отсутствует явная взаимосвязьмежду количеством затраченного врачом труда и конечным результатом. Не всегда сэкономленный за счетвосстановления здоровья труд больше вложенного врачом на одну и ту же величину. Например, при одинаковой патологии напожилого человека будет затрачено больше времени и средств, чем на молодого, а результат может быть неоднозначным.Для понимания особенностей проявления экономической эффективности вздравоохранении наиболее интересным является анализ эффективности последовательных затрат труда медицинских работников.Наиболее эффективнымиявляются первоначальные затраты труда на уровне, обеспечивающем перелом входе болезни. Последующие затраты способствуют ускорению выздоровления,но как таковые, они уже не могут быть столь же эффективными, как первоначально.Знание экономической эффективности лечения и предупреждения заболеваний позволяет получить информацию о затрачиваемыхсредствах, что, в своюочередь, более точно позволяет определить нормативы финансирования.Методические подходы к определению экономической эффективности [2]здра­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ63воохраненияосновываются, прежде всего, на определении стоимости отдельныхвидов медицинской помощи и санитарно­эпидемиологического обслуживания, атакже величины ущерба, наносимого теми или иными заболеваниями. Стоимостные показатели медицинской помощи служатисходными для соизмерениязатрат и экономического эффекта при определении экономической эффективности здравоохранения. В конкретных расчетах этаэффективность может измеряться частным от деления суммы, отражающей выгоду (экономический эффект) данного мероприятия,на сумму расходов на него.[2]Экономический эффект – это предотвращенный экономический ущерб, тоесть тот ущерб, который удалось предотвратить в результате применения комплекса медицинских мероприятий.Экономический эффект находится как разница между экономическим ущербом вследствие заболевания или смертности до и послеприменения лечебнопрофилактических мероприятий.[5]Выделяют также прямой и косвенный экономический эффект.Прямой экономический эффект обусловлен улучшением методики или организации того или иного мероприятия, ведущим к егоудешевлению. Например,внедрение новых форм организации труда медицинских работников и оказаниямедицинской помощи (отделение сестринского ухода, стационар одного дня,стационар на дому, дневной стационар) ведет к экономии коечного фонда. Применение более дешевых и эффективных методовдиагностики и лечения позволяет снизить стоимость лечения больного и стоимость одного койко­дня.Косвенный экономический эффект является следствием медицинского и социального эффекта, то есть это результат улучшенияпрофилактики и лечения,что в конечном счете ведет к уменьшению затрат за счет экономии средств наборьбу с заболеваниями и к снижению экономического ущерба в связис утратой трудоспособности и смертностью.Следует различать экономический фактический и ожидаемый эффект.[2]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ64При планировании того или иного мероприятия мы имеем дело с ожидаемымэффектом. При ретроспективной оценке результатов рассчитывается фактический эффект.Различают также прямой и косвенный экономический ущерб.Прямой экономический ущерб – это прямые потери на лечение, профилактику, санитарно­[2]эпидемиологические мероприятия, научные исследования,подготовку медицинских кадров, выплату пособий по временной нетрудоспособности и пенсий по инвалидности.Косвенный экономический ущерб – это экономические затраты, связанныесо снижением производительности труда, [2]непроизведенной [7]продукцией и снижением национального дохода на уровненародного хозяйства в результате болезни, инвалидности или преждевременной смерти человека.Наиболее ощутим экономический ущерб среди работоспособного населениявследствие временной или стойкой нетрудоспособности. Работник, [2]потерявшийтрудоспособность, не создаетобщественного продукта, а общество тратит нанего свои ресурсы в форме пособий, пенсий, медицинского обслуживания, обучения инвалидов, в связи с переквалификацией, атакже льгот социального характера. Если инвалид сохраняет частичную трудоспособность и продолжаетработать по специальности или на работе, оплачиваемой не ниже прежней, тонародохозяйственные убытки будут меньше, так как они не [2]учитывают затраты,получаемые в результате непроизводствановой стоимости [15].Если в результате частичной потери трудоспособности инвалид переходит наменее оплачиваемую работу, то условно можно считать, что производимый им загод национальный доход уменьшится, по сравнению с предыдущим значением, втой мере, в которой годовая заработная плата меньше зарплаты на прежнем рабочем месте. Инвалидность наносит ущерб каквсему обществу в целом, так исемье больного. Этот ущерб проявляется в течение ряда лет после полученияинвалидности до восстановления трудоспособности, достижения пенсионного[2]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ65возраста или наступления смерти человека.Наряду с временной или стойкой утратой трудоспособности значительныйэкономический ущерб приносит смерть в работоспособном возрасте или до егонаступления.Расчеты экономического эффекта сохранения жизни являются [2]приблизительными, так как для расчетных значенийберутся средние показатели продолжительности жизни и ее трудоспособного периода, а среднегодовое производство национальногодохода на одного работающего и средние выплаты из общественных фондов потребления [2]принято считать неизменными во время всейжизни человекабез учета темпов роста.В экономический ущерб в результате инвалидности или смерти человекатакже входит тот объем продукта, который был бы произведен им в случае сохранения трудоспособности или дожития допенсионного возраста. [2]Для болееточных расчетов из этой суммы вычитаются ресурсы, которые идут на потребление человека до конца его жизни.По причине различного возрастного ценза выхода на пенсию экономическийущерб считается по­отдельностидля мужчин и женщин.Показатели эффективности должны отвечать следующим требованиям:­ иметь количественное выражение;­ быть простыми в расчете;­ иметь доступную и надежную информационную базу.7.2 [2]Затраты на разработку программного кода цифровогорежекторного фильтраЦифровой режекторный фильтр представляет из себя программу, написанную на языке высокого уровня Си, поэтому затраты, связанные с егоразработкой, сводятся только к оплате труда программиста.Расходы на оплату труда программиста определяются из размера средней ча­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ66совой ставки и трудоемкости создание программного комплекса, расчет производят по формулечасЗПП ССО Т Т , (7.1)где Т – трудоемкость создания программного комплекса;Тчас– средняя часовая ставка оплаты труда разработчика (необходимо такжеучитывать социальные отчисления).Для расчета трудоемкости создания программного комплекса режекторногофильтра используется следующая формулаО А Б П Д ОТТ Т Т Т Т Т Т , (7.2)где ТО – затраты труда, связанные с подготовкой описания рассматриваемой задачи, чел.­час; ТА– затраты труда, связанные с созданием алгоритма решения поставленнойзадачи, чел.­час; ТБ– затраты труда, связанные с созданием блок­схемы алгоритма решенияпоставленной задачи, чел.­час; ТП – затраты труда, связанные с написанием программы по ранее созданнойблок­схеме, чел.­час; ТД– затраты труда, связанные с подготовкой документации, чел.­час; ТОТ– затраты труда, [46]связанные с откладкой программы на ЭВМ, то есть поиском и исправлением различных ошибок, чел.­час. Для определения размера затрат труда обычно используютусловное числооператоров Q. В данном случае число операторов в отлаженной программе примерно Q = 500.[44]Так как описание задачи является творческим процессом, то затраты трударассчитать невозможно, поэтому будем оценивать затраты труда на изучениеописания поставленной задачи, при этом будем учитывать уточнение описанияЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ67и квалификацию программиста. Данные затраты определяются по формуле75 85ООВТ... К, (7.3)где B – коэффициент увеличения затрат труда вследствие неполного описанияпоставленнойзадачи, уточнений и некоторой недоработки, B = 1, 2, ..., 5; К – коэффициент квалификации разработчика, для работающих до двух летK = 0,8.[44]Так как, задача была описано достаточно подробно и при ее изучениипрактически не требовалось уточнений и дополнений, коэффициент B будетравен 2. Найдем затраты труда на описание программы, подставив численныезначения в формуле (7.3):500 215 8279 0 8ОТ,,чел.­час. Для нахождения затрат, связанных с созданием алгоритма решенияпоставленной задачи, используется следующая формула60 75АQТ... К. (7.4)Подставим в формулу (7.4) численные значения и получим:5009 4766 0 8АТ,,чел.­час. Для нахождения затрат, связанных с созданием блок­схемы алгоритма,используется следующая расчетная формулаЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ6860 75БQТ... К. (7.5)Подставим численные значения в формулу (7.5) и получим:5009 4766 0 8БТ,,чел.­час. Для нахождения затрат, связанных с непосредственным процессомпрограммирования, используется следующая формула60 75ПQТ... К. (7.6)Подставим численные значения в формулу (7.6) и получим:5009 4766 0 8ПТ,,чел.­час. Для нахождения затрат, связанных с комплексной откладкой программы наЭВМ, используется следующая формула1540 50ОТ,QТ... К. (7.7)Подставим численные значения в формулу (7.7) и получим:1 5 50020 8345 0 8ОТ,Т,,чел.­час. Для нахождения затрат, связанных с документацией, используетсяследующая расчетная формулаЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ69Д ДР ДОТ Т Т , (7.8)где ТДР– затраты труда на создание материала в рукописи, чел.­час; ТДО – затраты труда на редактирование, печать и оформлениедокументации, чел.­час. [46]Затраты труда на создание материала в рукописи определяется по формуле150 200ДРQТ... K. (7.9)Подставим в формулу (7.9) численные значения и получим:5003 91160 0 8ДРТ,,чел.­час. Затраты труда на редактирование, печать и оформление определяются поформуле0 75ДО ДРТ , Т . (7.10)Подставим в формулу (7.10) численные значения и получим:0 75 3 91 2 93ДОТ , , , чел.­час. Найдем суммарные затраты на создание документации подставив численныезначения в формулу (7.8):3 91 2 93 6 84ДТ , , , чел.­час. Подставив рассчитанные значение в формулу (7.2) найдем суммарнуютрудоемкость по созданию программного комплекса:ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ7015 82 9 47 9 47 9 47 6 84 20 83 71 9 Т , , , , , , , чел.­час. В современных рыночных условиях заработная плата программиста можетменять в широких диапазонах. Для нашего расчета возьмем оклад инженера –технолога второй категории ОАО «РЖД», его тарифная часовая ставкаравна 114,64руб./час.При восьмичасовом рабочем дне и пятидневной рабочей неделе [44]зарплатапрограммиста при разработке программного продукта, без учета социальныхотчислений определяется по формулечас П Р НЗПП БСО Т Т К К К , (7.11)где КП – премия работника, КП = 1,3;КР– районный коэффициент, КП = 1,2;КП– дальневосточная надбавка, КП = 1,3.Подставим в формулу (7.11) численные значения и получим затраты наоплату труда без социальных выплат:71 9 114 64 1 3 1 2 1 3 16716 03 ЗПП БСО , , , , , , руб.Затраты на оплату труда разработчика программы состоят из зарплаты[44]программиста и отчислений на социальные нужды (ОСН = 30 %).Найдем затраты на оплату труда программиста с учетом отчислений насоциальные нужны:16716 03 1 3 21730 84 ЗПП ССО , , , руб.Таким образом затраты на внедрение нашего режекторного фильтра в ЭКГаппарат составят 19724 9 , рубля. Так как в современных ЭКГ аппаратах в ихструктуре уже есть вычислительный процессор, то дополнительных затрат,связанных с покупкой оборудования, не требуется.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ717.3 Расчет экономической эффективности при использованиирежекторного фильтра в электрокардиографахРасчет экономической эффективности будем проводить с точки зрениякачества диагностирования заболеваний.Введение данного фильтра в эксплуатацию позволит снизить количестводиагностических исследований, за счет отсутствия необходимости делатьповторный анализ ЭКГ, либо дополнительных уточняющих анализов УЗИсердца. Доля экономии от снижения затрат на диагностические исследованиярассчитывается по формулеД Д Дх ДуЭ М А А , (7.12)гдеДМ – стоимость диагностики;ДхА – количество исследований до введения технологии;ДуА – количество исследований после введения технологии.Фильтр позволит избавиться от необходимости повторногодиагностирования из­за помех на ЭКГ ленте, поэтому количество ЭКГисследования после введения технологии будет равно одному, а количествоисследований УЗИ равно нулю. Стоимость диагностики ЭКГ составляет231 руб., а исследования УЗИ равно 803 руб. Найдем снижение затрат от повторных исследований ЭКГ подставивчисленные значения в формулу (7.12):1231 2 1 231ДЭ руб.Найдем снижение затрат от дополнительного исследования УЗИ подставивчисленные значения в формулу (7.12):ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ722803 1 0 803ДЭ руб.Доля экономии от сокращения периода обследования в стационарерассчитывается по формулеС Сх СуЭ К А А , (7.13)где К – стоимость одного койко­дня, К = 914 руб.;СхА – количество дней в стационаре до введения технологии;СуА – количество дней в стационаре после введения технологии.Более точные показание ЭКГ аппарата позволят в среднем уменьшитьнахождение больных с сердечными заболеваниями в стационаре на 1,5 дня.Подставив численные значения в формулу (7.13) получим:914 1 5 1371СЭ, руб.Доля экономии от сокращения потерь ВВП в результате снижениявременной нетрудоспособности, связанной с постановкой диагнозарассчитывается по формулеВ x уЭ В T T , (7.14)где В – ВВП приходящийся от одного человека за сутки, В = 1446,5 руб.;xT – количество дней временной нетрудоспособности по причиненеправильного диагноза до введения технологии;уT – количество дней временной нетрудоспособности после введениятехнологии.После внедрения новой технологии количество дней временнойнетрудоспособности по причине не точной постановки диагноза снизится всреднем на 2 дня.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ73Подставим численные значения в формулу (7.14) и получим:1446 5 2 2893ВЭ, руб.Доля экономии средств Фонда социальной защиты в результате снижениявременной нетрудоспособности, связанной с постановкой диагнозаопределяется по формулеФ x уЭ Ф T T , (7.15)где Ф – сумма отчислений Фонда социальной защиты приходящийся в среднемна одного человека за сутки, Ф = 1077,6 руб.Подставим численные значения в формулу (7.15) и получим:1077 6 2 2155 2ФЭ , , руб.Суммарная доля экономии от внедрения фильтра в ЭКГ диагностикерассчитывается по формуле12 О Д Д С В ФЭ Э Э Э Э Э . (7.16)Подставим рассчитанные ранее значения в формулу (7.16) и получим:231 803 1371 2893 2155 2 7453 2ОЭ , , руб.[59]Среднегодовая экономия рассчитывается по формулегод ОЭ Э С , (7.17)где С – количество правильно поставленных диагнозов за год, полученных врезультате внедрения режекторного фильтра в ЭКГ аппарат в одномстационаре, С = 36.Для нахождения среднегодовой экономии, необходимо подставитьЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ74численные значения в расчетную формулу (7.17):7453 2 36 268315 2годЭ , , руб.Удельные затраты на разработку фильтра найдем по следующей формулеуЗПП ССОЗС. (7.18)Подставим численные значения в формулу (7.18) и получим:21730 84603 6336у,З, руб.Годовая экономическая эффективность от внедрения новой технологиирассчитывается по формулеОууЭЗЭЗ. (7.19)Подставим численныезначения в формулу (7.19) и получим:7453 2 603 6311 35603 63,,Э,,.[59]Расчет экономической эффективности показал, что внедрение режекторногофильтра, является экономически очень выгодным решением с точки зрениядиагностирования пациентов стационара. В следствии того, что фильтризбавляется от помех на ЭКГ ленте, становится возможным получить болеебыстро достоверный диагноз, без необходимости повторных исследований.ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ758 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА ИОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ СЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФОМЭлектрокардиограф является прибором питающийся от сети переменноготока 220 В, поэтому при его работе, также, как и при использовании любогоэлектрического прибора необходимо соблюдать правила техники безопасности.В данном разделе будет рассмотрено какой вред может принести человеку электрический ток и правила, соблюдение которых обеспечит сохраннымздоровьекак медработников, так и пациентов при снятии электрокардиограммы.8.1Воздействие [13]электрического тока на организм человекаВоздействия электрического тока на человека по характеру и по его видамчрезвычайно разнообразны и зависят от различных факторов.По характеру воздействия различают: термические, биологические, электролитические, химические и механические повреждения.[1]При термическом воздействии начинают проявляется ожогиотдельныхучастков тела, почернения и обугливания кожи и мягких тканей; нагрев до высокой температуры внутренних органов,расположенных на пути прохождения тока, кровеносных сосудов и нервных волокон. Фактор нагрева вызывает функциональныерасстройства в органах и системах человеческого тела [17].Электролитическое [1]воздействие определяется разложением всех жидкостейчеловеческого организма на ионы, повреждающие их свойства.При химическом воздействии происходят химические реакции в крови,лимфе, нервных волокнах, которые приводят к образованию новых веществ, являющихся чужими для человеческого организма.При биологическом воздействии происходит раздражение и возбуждениеживых тканей организма, появления судорог, человек перестает дышать,ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ76изменяется режим работы сердца.Механическое действие определяется в сильном и резком сокращениимышц, возможен их разрыв, также возможен разрыв кожи, кровеносных сосудов, перелом костей, вывихи суставов, расслоениетканей.По видам поражения делятся на: электротравмы и электрические удары.Электротравмы – это местные поражения (ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения,электроофтальмия).Токовые ожоги можно поделить на контактные и дуговые. Контактные появляются в месте контакта кожи с токоведущимэлементом электроустановкинапряжением не выше 2 кВ, дуговые появляются в местах, где возникла электрическая дуга, [1]имеющую высокую температурой и большую энергию. Дугаможет привести к значительным ожогам всего тела, обугливание, вплоть до полно сгорания некоторых участков тела [17].Электрическими знаками называют уплотненные участки сероватогоилибледно­желтого цвета на поверхности кожи человека, [1]попавшего под электрический ток. Обычно, в месте электрического знака кожа теряет чувствительность.Металлизацией кожи называют попадание вверхние слои кожи маленькихкусочков металла, расплавившегося под влиянием высокой температуры электрической дуги или заряженных частиц электролитаиз электролизных ванн.Электроофтальмией называют воспаление наружных оболочек глаз [1]под действием сильного потока ультрафиолетового излучения от электрической дуги.Может привести к нарушению целостности роговой оболочки, что являетсяочень опасным.Электрическим ударом называютсяобщие поражения, связанные с возбуждением тканей проходящим через них током ([1]нарушения в [8] работе центральнойнервной системы, органов дыхания и кровообращения, потеря сознания, расстройства речи, судороги, нарушение дыхания вплотьдо его [1]потери,возможна мгновенная смерть) [17].ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ77По степени воздействия на организм человека классифицируютсятри пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.Ощутимым является электрический ток, который при прохождении через организм вызывает ощутимое раздражение.Чувствительным прохождение переменного электрического тока, обычно, начинается от 0,6 мА.Неотпускающим является ток, который при прохождении через тело человека вызывает неподконтрольные судорожныесокращения мышц рук, ног илидругих частей тела, [1]имеющим контакт с токоведущим предметом.Переменныйток промышленной частоты, протекая по нервным тканям, воздействует на биотоки мозга, вызывая эффект «приковывания» кнеизолированному проводникутока в месте контакта с ним. Человек не в состоянии сам отделится от токоведущей части [18].Фибрилляционный является ток, который при прохождении через организмвызывает фибрилляцию сердца (разновременные некоординированные сокращения отдельных мышечных волокон сердца).Фибрилляция может привести костановке сердца и параличу дыхания.Последствия поражения электрическим током зависит от электрическойпроводимости или от обратной ей характеристики – общего электрического сопротивления организма. Они, в свою очередь,определяются:­ индивидуальными особенностями тела человека;­ параметрами электрической цепи (напряжением, силой и родом тока, частотой его колебаний), под [1]влияние которой попал пострадавший;­путем прохождения тока через тело человека;­ условиями включения в электросеть;­ продолжительностью воздействия;­ условиями окружающией среды (температурой, влажностью, наличием токопроводящей пыли и др.).Маленькое электрическое сопротивление организма [1]ведет к более тяжкимЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ78последствиям поражения. Электрическое сопротивление тела человека падаетвследствие неблагоприятных физиологических и психологических состояний(утомление, заболевание, алкогольное опьянение, голод, эмоциональное возбуждение).Общее электрическое сопротивление человеческого организма является суммой сопротивлений каждого участка тела,находящегося на пути прохождениятока. Каждый участок [1]имеет свое сопротивление. Наивысшее сопротивлениеимеет верхний роговой слой кожи, в нем нет нервных окончаний и кровеносныхсосудов. При влажной или поврежденной коже сопротивление будет не более1000Ом. При сухой коже без повреждений оно многократно возрастает. Приэлектропробое наружного слоя кожи полное сопротивление тела человека значительно снижается. Сопротивление кожи падает тембыстрее, чем [1]дольше человек находится под воздействиемтока [18].Тяжесть поражения человеческого организма пропорциональна силе тока,[1]воздействующего на него. Привести к смерти способен электрический ток с силой более 0,05 Апри продолжительности воздействия 0,1 с.Переменный ток является более опасен, чем постоянный, однако при высоком напряжении (более 500 В) опаснее будет постоянныйток. Наиболее опасенчастотный диапазон переменного тока от 20 до 100 Гц. Практически все оборудование работает на частоте 50 Гц, входящей в этотопасный диапазон. Высокочастотные токи [1]являются менее опасными. Токи высокой частоты вызываюттолько поверхностные ожоги, потому, что они распространяются непосредственно по поверхности человеческоготела [17].Степень поражения организма во многом определяет путь, по которому электрический ток идет через тело человека.Самыми частыми случаями являются:«рука – рука», «рука – ноги», «нога – нога», «голова – ноги», «голова – рука».[1]Далее рассмотрим подробней пути прохождение электрического тока:­ человек касается двумя руками до токоведущих частей, находящихся подЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ79напряжением. В этом случае движение тока идет от одной руки к другой черезлегкие и сердце. Такой путь носит название « рука – рука»;­ человек стоит двумя ногами на земле и прикасается одной рукой к источнику тока. Путь протекания тока в данном вариантеносит название « рука – ноги». Ток проходит через легкие и, возможно, через сердце;­ человек стоит двумя ногами на земле в [1]области протекания на землю токаот источника тока.Земля в радиусе до 20 м имеет потенциал напряжения,уменьшающийся с удалением от источника. Каждая из ног человека получаетразный потенциал напряжения, [1]зависящий от расстояния до источника электричества. Врезультате возникает электрическая цепь «нога – нога», напряжение вкоторой носит название шаговое;­ прикосновение головой к токоведущим частям может создать цепь, где путьтока будет «голова – руки» или «голова – ноги».[1]Самыми опасными являются варианты, в случаекоторых в зону пораженияпопадают жизненно важные системы организма – головной мозг, сердце, легкие.Это цепи: «голова – рука», «голова – ноги», «руки – ноги», «рука – рука».Для примера, переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В, являющийся стандартным для большинства электрическихсетей, при прохождении попути «рука – ноги» в зависимости от значения силы тока может оказывать различное воздействие. Если сила тока составляет 0,6–1,5 мА, то он уже ощутим.При нем появляется слабый зуд, легкое дрожание пальцев. При силе тока 2,0–2,5мА появляются болевые ощущения и сильное дрожание пальцев. При силе тока5,0–7,0 мА возникают судороги кистей рук. Ток силой 20–25 мА – это уже неотпускающий ток. Человек не может сам оторвать рукиот проводника, наблюдаются сильные боли и судороги, затрудненное дыхание. При силе тока 50–80 мАпроисходит паралич дыхания (при длительном протекании тока может возникнуть фибрилляция сердца). При 90–100 мА наступаетфибрилляция. Через 2–3 снаступает паралич дыхания. [1]Далее в таблице 8.1 приведем влияние электриче­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ80ского тока на человека при различных характеристиках тока [19].Таблица 8.1 – Характер воздействия на человеческий организм различногоэлектрического токаТок, мА Переменный ток частотой 50 Гц Постоянный ток0,6–1,5 Порог ощущения слабый – слабыйзуд, пощипывание кожиНе ощущается2–4 Сильное дрожание пальцев Не ощущается5–7 Судороги во всей кисти руки Порог ощущения – зуд,нагрев кожи10–15 Неотпускающие токи, непреодолимые судорожные сокращения мышцруки, в которой зажат проводник.Человек не может самостоятельноразжать руку от контакта с проводомЗначительное усилениеощущения нагрева, сокращения мышц рук20–25 Оторвать руку от провода невозможно. Сильные боли, трудно дышатьБольшее усиление ощущения нагрева, судороги50–80 Паралич дыхания через несколькосекунд, сбои в работе сердца. Придлительном протекании тока можетвозникнуть фибрилляция сердцаНеотпускающие токи, тоже, что при переменномтоке силой 10–15 мА100 Фибрилляция сердца через 2–3 с,дыхание прекращаетсяПаралич дыхания придлительном протеканиитокаПрохождение по человеческому телу постоянного тока напряжением менее500 В вызывает болевое ощущение в месте соприкосновения с проводником, всуставах конечностей, болевой шок, ожоги. Однако он может привести и к остановке дыхания или сердечной деятельности. Принапряжении 500 В и выше [1]раз­ЛистИзм Лист № документаПо��пись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ81личий ввоздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдается.Между током, [1]проходящим через человеческий организм, и подаваемым нанего напряжением имеется нелинейная зависимость. При увеличении напряжения сила тока будет расти быстрее, чем напряжение.Степень опасности поражения электрическим током зависит от условийвключения человека в электросеть. На производствах используют трехфазныеэлектрические сети переменного тока (с изолированной нейтралью или с заземленной нейтралью) и однофазные электрическиесети. Все они опасны, но укаждой степень опасности разная [17].Для трехфазных сетей переменного тока с любым режимом нейтрали самымопасным является двухфазное прикосновение (одновременно к двум проводамисправной сети). Человек замыкает через свое тело два фазных провода и попадает под полное линейное напряжение сети. Ток приэтом проходит по наиболееопасному пути «рука – рука». [1]Значение силы тока будет максимальным,так какв сеть включается только небольшое ( примерно 1000 Ом) сопротивление телачеловека. Двухфазное прикосновение к действующим частям установки уже принапряжении 100 В может оказаться смертельным [19].В случае прикосновении к проводу установки, находящейся в аварийном режиме (обрыв второго провода и замыкание фазы наземлю), по причине перераспределения напряжений между фазами опасность серьезного поражения человека электрическим токомнесколько снижается.Трехфазные электрические сети с заземленной нейтралью [1]являются немногоменее опасными, чем сети с изолированной нейтралью. Данные сети имеют небольшое сопротивлениемежду нейтралью и землей, поэтому заземлениенейтрали является средством безопасности.Наименее опасным всегда является прикосновение к одному из проводов исправной сети.[1]ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ82При падении оборванного провода на грунт или при повреждении изоляциии пробое фазы через корпус оборудования на землю, а также в местах расположения заземлителя происходит растекание токазамыкания в земле. Оно подчиняется гиперболическому закону.Так как земля является существенным сопротивлением для растекания тока,все точки, расположенные на одной радиальной прямой, но на разных расстояниях от точки замыкания проводника на землю, будутиметь разный потенциал.Он максимален у заземлителя, уменьшается по мере удаления от него и равеннулю за границей зоны растекания. На расстоянии 1 м от заземлителя падениенапряжения в сухом грунте составляет уже 68 %, на расстоянии 10 м – 92 %.Нахождение человека в зоне растекания тока близко к заземлителю может бытьопасным [18].Выходить из опасной зоны необходимо по радиусу очень мелкими шагами.Перемещаться в зоне растекания тока замыкания на землю без средств защиты(диэлектрических галош, бот) следует, передвигая ступни ног по земле и не отрывая их одну от другой. С увеличением длины шагаувеличивается разница впотенциалах, под которыми находится каждая из ног. Образующееся за счетразности потенциалов в зоне растекания тока напряжение между двумя точкамиповерхности земли, которые отстоят друг от друга в радиальном направлении нарасстоянии шага (0,8 м), называют шаговым напряжением. Путь тока при шаговом напряжении «нога – нога» не касается жизненноважных органов. Однакопри значительном напряжении возникают судороги ног, человек падает [1]на землю. Электрическая цепь в данном варианте замкнетсячерез все тело человека.В однофазных сетях постоянного тока наиболее опасным также являетсяприкосновение человека одновременно к двум проводам, так как в этом случаеток, протекающий через тело человека, определяется только сопротивлением еготела.Главным фактором от которого зависит исход поражения [1]электрическим то­ЛистИзм Лист № документаПодпись ДатаДП 23.05.03.18.153.ПЗ83ком является длительность воздействиятока на человека. Чем продолжительнеевоздействует электрический ток на организм, тем тяжелее последствия. Через 30с сопротивление тела человека протеканию тока падает на 25 %, а через 90 с на70 %. [1]Поэтому, в случае поражение кого­то из вашего окружения электрическимтоком, важно не медлить и как можно быстрее высвободить его от электричества, не забывая при этом про технику безопасности.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов ВКР