Сучасні інформаційні системи (Jun 2020)
РОЗРОБЛЕННЯ ЦИФРОВОГО ЕКВАЛАЙЗЕРА ДЛЯ БІОСЕНСОРА ПОРТАТИВНОГО АНАЛІЗАТОРА БІОІМПЕДАНСУ
Abstract
У статті описано новий підхід до побудови портативного частотного аналізатора біоімпеданса. Новизна підходу полягає у синтезі алгоритмів коригування, які виконують функцію цифрового еквалайзера із вирівнювання частотної характеристики сенсора біоімпедансу. Реалізація підходу дає змогу більш ніж на два порядки розширити діапазон робочих частот без ускладннення структури частотного аналізатора біоімпедансу. Предметом дослідження є метод побудови низькозатратного частотного аналізатора біоімпеданса для персонального застосуваня у домашніх умовах зокрема як носимого пристрою. Мета дослідження – розроблення нового підходу до побудови біосенсора, як базового компенента портативного частотного аналізатора біоімпедансу. Новий підхід базується на максимальному спрощенні аналогової частини біосенсора і використанні обчислювальних засобів для коригування динамічних похибок вимірювального каналу. Ключовим аспектом для реалізації такого підходу є синтез функції цифрового еквалайзера у вигляді алгоритмів коригування динамічних похибок. Результати. Обгрунтовано доцільність побудови сенсора біоімпедансу за методом автоматичного балансування моста. Показано, що основною проблемою на цьому шляху є динамічні похибки, які обмежують діапазон робочих частот. Проаналізовано частотну передатну функцію автокомпенсаційного перетворювача і виділено три найбільш істотні джерела динамічних похибок. Формалізовано передатну функцію, де дестабілізуючі впливи представлено трьома коефіцієнтами. Запропоновано методологію синтезу алгоритмів коригування «сирих» результатів вимірювання, які, по суті, реалізують функцію цифрового еквалайзера. Підкреслено, що імплементація цифрового еквалайзера не потребує змін у структурі сенсора біоімпедансу, а лише залучає обчислювальну потужність, яку вже мають сучасні вимірювальні засоби. Досліджено ефективність алгоритмів коригування в діапазоні частот від 10 Гц до декількох МГц шляхом симуляції сенсора біоімпедансу на моделі Pspice. Результати досліджень показали можливість розширення діапазону робочих частот більш ніж на дві частотні декади. Висновки. Показано необхідність розроблення цифрового еквалайзера для портативного аналізатора біоімпедансу. Запропоновано інноваційний підхід щодо зменшення динамічних похибок на основі синтезу та використання алгоритмів коригування. Досліджено ефективність синтезованих алгоритмів і показано можливість істотного розширення діапазону робочих портативного аналізатора біоімпедансу.
Keywords
