المحاضرة العاشرة


0057

0058 0059 0060 0061 0062 0063 0064 0065 0066

المحاضرة العاشرة

الأربعاء، كانون الأول 10, 2014

9:40 AM

 

57

مراجعة عن المحاضرة السابقة:

الضجيج الأبيض، الضجيج الناتج عن الالكترودات، ضجيج المضخم الذاتي، ضجيج ناتج عن منطقة التماس بين الالكترود والكهروليت.

نتيجة الحركة يحدث فرق في الممانعة بين الالكترودين، وبالتالي يحدث ضجيج. يجب التخفيف من الحركة قدر الإمكان.

تقليل هذا الضجيج باستخدام الجل، اختيار الكترودات مقاومة لحالة الاستقطاب، من أمثلتها الكترودات الفضة مع كلور الفضة، تقليص مساحة التداخل؟؟

المحاضرة الجديدة:

وجود أي نظام الكتروني ينتج عنه حقول كهرومغناطيسية بمطالات عالية، وبشكل أساسي نلاحظ أثر شبكة الكهرباء بالتردد 50 هرتز، تتداخل مع الإشارة الحيوية.

وجود هذه التوصيلات تؤدي عن طريق ما يسمى بالربط السعوي إلى إحداث ضجيج.

هناك إجراءات تقلص أثر التداخل الكهربائي:

  1. زيادة البعد بين الجسم وخطوط التغذية (كلما زاد البعد، كلما قل الجهد العائم)
  2. استخدام مضخمات العزل. (عزل ما بين دارات القياس ومرحلة التسجيل.)
  3. المباعدة بين الكترودات القياس من جهة والجسم المؤرض من جهة ثانية.
  4. استخدام كبلات محمية ضد الحقول الكهربائية (بالنسبة للالكترودات.)

إشارات التداخل الناتجة عن الحقول المغناطيسية: ممكن أن تؤدي هذه الحقول إلى توليد تيارات إعصارية داخل جسم الإنسان لأنه جسم ناقل. تتشكل حلقة بين المضخم وتوصيلات الالكترود وجسم الإنسان.

58

إجراءات التقليل:

  1. زيادة البعد بين خطوط التغذية والمريض.
  2. جدل الكابلات المستخدمة في التسجيل (حيث أن الحقل في السلك الأول يفني الثاني).
  3. استخدام حماية من الحقول المغناطيسية (مثل قوس فاراداي).
  4. وضعية المريض ممكن أن تغير في طبيعة الإشارة المتداخلة، فنختار الوضعية المناسبة بحيث تقلص أثر الحقل المغناطيسي.
  5. يمكن التقليل من إشارات الضجيج بشكل عام من خلال استخدام المرشحات.

  • دارات الترشيح:

وظيفتها تمرير مجال معين من الترددات وإيقاف المركبات الترددية المغايرة للإشارة في الدخل.

لها نوعين من حيث التوصيف الوظيفي:

  1. المرشحات الغير فعالة: تتكون من عناصر غير فعالة (مقاومات، مكثفات، وشائع) لا توجد مضخمات، الربح أقل من الواحد، غالبا عندما تكون الترددات أقل من 100 كيلو هيرتز نستخدم النوع RC، أما أعلى من ذلك فنستخدم RLC.
  2. المرشحات الفعالة: تستخدم مضخمات عملياتية لتحسين أداء المرشح.

تختلف أنواع المرشحات، النوع T مثلا يكون له الشكل T (متل مادة الدارات الكهربائية)، أو النوع π له شكل الحرف π.

ملاحظة: في المرشح المثالي يكون الانتقال على شكل قفزة.

أنواع المرشحات:

مرشح التمرير العالي يمرر حزمة مرتفعة محددة.

مرشح تمرير، يمرر حزمة معينة.

مرشح مانع حزمة، يقوم بحذف مجال من الترددات في إشارة الدخل.

  • مرشح التمرير المنخفض (دارة مكامل):

من الممكن أن يكون من المرتبة الأولى، عبارة عن مقاومة على التسلسل مع مكثفة C:

59

تردد القطع له:

ممكن يكون من المرتبة الثانية بأخذ مرشحين على التتالي:

الربح يساوي الواحد ثم يتناقص كلما اقتربنا من تردد القطع.

نحدد تردد القطع عندما يكون الربح يساوي

60

كلما زادت درجة المرشح كلما تحسنت مميزة القطع بالنسبة للاستجابة الترددية (كلما اقتربت من الحالة المثالية).

إذا كان الدخل إشارة مربعة، وبتردد أقل من تردد القطع تمر الإشارة بدون تشويه، وكلما زاد التردد ستتشوه الإشارة حتى يصبح شكلها مثلثي، وإذا بقيت تزداد ستصبح مساوية للصفر.

  • مرشح التمرير العالي (مفاضل):

مكثف مع مقاومة موصولة على الأرض،

ممكن أن يكون من المرتبة الثانية بحيث نأخذ مرحلتين على التتالي، وله نفس علاقة تردد القطع f_c.

في حال تم تطبيق إشارة مربعة، الترددات المنخفضة يتم قصها بشكل كامل (مفاضل من المرتبة الأولى) نحصل في البداية على شوكات، وكل ما زاد التردد يقترب شكل الإشارة من المربعة.

  • مرشح تمرير الحزمة:

عبارة عن دمج لمرشحين (عالي مع منخفض) على التتالي.

61

الوصل على التتالي أي أن الترتيب في الوصل لا يهم.

نعوض R1, C1 لنحدد تردد القطع الأعلى (أو الأدنى) وR2, C2 لحساب التردد الآخر.

من مميزاتها الـ f_center تردد الطنين وهو التردد الذي يعطي أكبر ربح:

نحسب f_l و f_h عندما يكون الربح في القيمة المطلقة يساوي 0.7 .

  • يوجد أيضا ما يسمى بـ مرشح مانع حزمة:

يقوم بمنع حزمة محددة مثل تردد الشبكة (بشكل أساسي) ويكون فيه: f_l =49 hz و f_h=51 ، ونحصل على هذا المرشح عن طريق وصل LPF على التفرع مع HPF. وهنا تردد الطنين هو 50 هرتز.

بالنسبة للمرشحات الغير فعالة (أخذناها بأبسط أشكالها) فيها مشكلتين:

  1. هبوط في الجهد، يمكن أن يؤدي إلى استجرار تيار (الذي يسبب عدم توازن في ممانعة إشارة المنبع وتولد إشارة نمط مشترك).
  2. التضعيف: تابع الربح للمرشح غير الفعال يكون أصغر من الواحد.

الحل: ننتقل إلى استخدام المرشحات الفعالة:

لها مميزات:

  1. عزل
  2. تحسين مطال الإشارة بإضافة عامل ربح.

نفس المرشحات لكن بالنوع الفعال، يتم بإضافة مضخم عملياتي:

  • تمرير منخفض:

يمكن إضافة التضخيم مع العزل عن طريق إضافة المضخم بوصلة غير العاكس:

62

كلما زاد التردد سيحدث تناقص في منحني الربح.

  • مرشح تمرير عالي:

أيضا نضيف عازل على الخرج، يسبب المضخم في حذف الترددات العالية جدا، مما يسبب في الحصول على مرشح تمرير حزمة لكن التردد العالي يكون مرتفعا جدا ولا يؤثر على تطبيقاتنا.

63

يمكن أيضا إضافة عامل تضخيم:

وهي نفس العلاقة السابقة لكن بإضافة تأثير التضخيم.

  • مرشح تمرير الحزمة:

نضيف المضخم بين المرشحين بحيث لا يؤثر (عامل ربح؟) التمرير المنخفض على العالي.

الديسبل:

وكلما زادت درجة المرشحات نجمع الديسبلات مع بعضها، فإذا كان لدينا المرتبة الخامسة:

أما الربح فهو الجداء:

64

يجب أن تكون المميزة الترددية للمرشح فيها القطع حاد (أقرب للمثالية) وذلك لأهمية الإشارة الحيوية، قد نستخدم إزاحة مميزة القطع للمرشح باستخدام مقاومة لكن ذلك يؤدي إلى تقليل مطال بعض الإشارات الهامة. ولذلك نلجأ لجعل المميزة حادة قدر الإمكان.

مهما استخدمنا تقنيات فصل، سيبقى هناك بعض الإشارات الضجيجية يجب أخذها بعين الاعتبار.

يستخدم عادة مرشح narrow band وهو مرشح إضافي يتم استخدامه، مثل إشارات ecg نضيف مرحلة إضافية من هذا المرشح لتحذف تردد الشبكة.

في الغالب، يتم تكييف دارة التضخيم حسب الإشارة المقاسة، بارامترات الإشارة التي نتعامل معها هي التي تحدد عامل الربح المطلوب.

(هام ممكن يجي مثلا بالفحص) تصميم دارة لتسجيل إشارة ECG بحيث نحصل في الخرج على إشارة من رتبة الفولت.

الحل وظيفة: مثلا باستخدام INA 118 يجب حساب Rg لتحديد عامل الربح وتكبيره لرتبة الفولت، ونستخدم مرشحات تمرير مختلفة لحذف إشارات الضجيج، وبخاصة إشارة الـ 50 هرتز.

65

بقي عندنا دراسة مرحلة مضخم العزل:

يفصل بين مرحلتي التسجيل والدخل، ممكن أن تعطي عامل ربح إضافي.

الهدف منها:

  1. تأمين العزل الغلفاني بين نظام التسجيل ونظام القياس؟؟
  2. حماية من الإشارات العابرة الناتجة عن وحدة التغذية.

عندما نقلل من تيارات غلفاني، نحسن من جودة الإشارة، نرفع نسبة الإشارة إلى الضجيج وخاصة الحلقات الأرضية ground link loops.

دوره:

  1. القضاء على الحلقات الأرضية.
  2. التخلص من الوصلات بين المنبع والأرض. تأمين حماية عزل للمريض من إشارات التغذية وحماية القسم الالكتروني. وتتخلص أيضا من التداخلات الناتجة عن الشبكة الكهربائية.

الهدف الأساسي:

  1. الحماية من الإشارات الكهربائية، صدمة كهربائية ناتجة عن التفاعل بين المريض والأدوات الكهربائية. الحماية من التجهيزات التي من الممكن أن تؤثر على المريض، مثل أجهزة الصدمة الكهربائية والمشرط الجراحي.

مرحلة العزل: هي مرحلة فصل غلفاني كامل (قدر الإمكان) مابين مرحلتين (المريض مع المضخم الأولي) والقسم الآخر المكون من باقي التجهيزات الكهربائية التي تقوم بنقل الإشارة ومعالجتها.

  1. في الحالة المثالية لا يبقى أي تيار بين الخرج والدخل، لكن عمليا ينتج تيار صغير، يسبب ظهور كمون يسمى بجهد نمط العزل.

تجاريا يتم تحديد جهود العزل بـ:

  • جهد العمل المستمر.
  • جهد الاختبار: الغاية منه اختبار الأداء، يتم تطبيق جهد اختبار أكبر بمرتين من جهد العمل المستمر. فإذا كان العزل عند العمل يجب أن يتحمل 2000 فولت، فيكون جهد الاختبار يتحمل 4000-5000 فولت لفترة معتبرة.

جهد العزل يقابله نسبة رفض نمط العزل IMRR ليست لانهائية في الحقيقة وإنما لها قيمة:

جهد الخرج له علاقة بالجهد التفاضلي مع جهد النمط المشترك:

تتراوح قيمة التضخيم من 140 ديسبل في الإشارات المستمرة حتى 120 ديسبل عند التردد 60 هرتز، ممانعة غير متوازنة 5000 أوم.

نتابع المحاضرة القادمة.

66

Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s