Способ автоматической коррекции частотной характеристики микроэлектродных усилителей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

23170 9

Союз Соеетокиа

Социалиотическив

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

1 л. 30а, 4/01

Заявлено 24. VI!.1967 (№ 1174935/31-16) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет

Опубликовано 28.Х1.1968. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 7Х.!969

МПК А 61b

1 ДК 615.471:612.822.3 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобрстения

В. В. Васильев и А. Я. Пьянзин

Институт биологической физики АН СССР

Заявитель

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ЧАСТОТНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОЭЛЕКТРОДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

".(") = K() Fi()-1 „K() Для Bíóòðèêëåòo÷íoãо отведения биопотенциалов применяются микроэлектроды, обладающие высоким активным сопротивлением.

С миыроэлектрода отводимый биопотенциал псдается .на вход миироэлектродного усилителя, который помимо усиления подводимых к нему потенциалов, служит также для согласования вы сокого сопротивления микроэлектрода с более низким входным сопротивлением регистратора

На фиг, 1 изображена |принципиальная электрическая схема канала отведения, где /в э. д. с. источника биопотенциалов; R» — суммар ная величина выходного сопротивления источника биопотенци алов и сопротивления микроэлектрода; Сд — суммарная величина паразитных емкостеи, параллельных входу усилителя; U» — напряжение, развиваемое источником биопотенциалов на входе усилителя (в точках а и в); 1 — микроэлектродный усилитель.

Микроэлектродные усилители обычно ис пользуют в линейном режиме, что позволяет уменьшить нелинейные и скажения. Одним из основных, показателей, качества канала огведения является величина искажений, возникающих в частотном спектре биопотенциалов при прохождении их через канал отведения.

Величину искажений удобно определять по характеру спектра сигнала иа выходе канала отведения, если э. д. с. входного сигнала имеет форму единичного скачка (l. Е для t з 0 и

l=0 для t(0).

Переменное во времени .напряжение, кото5 рое развивает такая э. д. с. на,входе мнскроэлектродного усилителя, изменяется по закону

U» И вЂ” l p (— V-.д) где д: йдСд постоянная времени входной

10 цепи, а t — время.

Частотный спектр напряжения Fl(в) на входе микроэлектродного усилителя определяется компонентной Фурье функции U» (t)

15 F, (а) — (U» (t) 1 — " rdi = о

1+ <о » где со — частота. Если К(о) коэффициент передачи микроэпeктpодного усилителя по на20 пряжению, то частотный спектр Рз(в) напряжения на выходе микроэлектродного усилителя определяется .выражением:

Последнее равенство показывает, что путем выбора зависимости при неизменной величине можно добиться уменьшения искажений частотного спектра биопотенциалов до задан30 ных пределов. Однако в реальных условиях

231709 электрофизиологического эксперимента .возникают неконтролируесмые изменения электрических параметров микроэлектрода, которые влекут за собой также неконтролируемые изменения .постоянной времени входной цепи.

Известны способы автоматической,коррекции частотной характеристики микроэлектродчых усилителей. Например, один из таких способов основан на автоматической подстройке частотной (переходной) характеристики микроэлектродного усилителя при помощи специального исполнительного устройства,по измеренной величине искажений формы (спектра) тест-сигнала после его прохождения через усилитель. На вход усилителя тест-сигнал поступает через объект, исследования, к которому он подводится при помощи специального микроэлектрода.

В качестве вспомогательного выбирается микроэлектрод подобный тому, который используется для отведения биопотенциалов к усилителю. В силу того, что этот способ основан на автоматической коррекции частотной характеристики, он пригоден для компенсации частотных искажений при изменениях параметров микроэлектрода в широких пределах.

В то же время описанный с пособ имеет два серьезных недостатка, которые обусловлены необходи|мостью подведения тест-сигнала к объекту исследования.

1. Требуется введение дополнительного микроэлектрода в исследуемый объект, что отрицательно сказывается на состоянии последнего.

2. Возникает значительная ошибка подстройки частотной характеристики усилителя, связанная с тем, что,цепь, через которую подводится тест-сигнал на вход микроэлсктродllîãî усилителя, отличается (главным образом благодаря, вспомогательного микроэлсктрода) от той цепи, через которую на вход микроэлектродного усилигеля поступают биопотенциалы.

Целью предлагаемого изобретения является и с к а ж ен и Й биопотсн циалов при самопроизвольных .измерениях электрических параметров микроэлектрода путем автоматической коррекции IBcтотной характеристики ми кроэлектродного усилителя без использования, вспомогательного микроэлектрода.

Сущность изобретения заключается в том, что величина емкости цепи, через которую биопоте нциалы подводятся на вход микроэлектродного усилителя, изменяется путеы:подключения заряженного конденсатора постоян HoA емкости. FIB выходе микроэлектродного

iñèëèòåëÿ измеряется опектральная плотность пере одного .процесса, возникающего при указанном подключонии. Измерения производятся на двух фиксированных частотах, Результаты измерений используются для автоматической коррекции частотной характеристики микроэлектродного усилителя

Предлагаемый способ не требует .введения

R исследуемый объект дополнительного микроэлектрода и,позволяет осуществлять регулирование частотной характеристики микроэлектродного усилителя, исходя непосредственно пз найденной величины постоянной времени входной цепи канала отведения.

Регистрируемый iHB выходе микроэлектродного усилителя переходный процесс, связанip ный с подключением заряженного конденсатора, по форме совпадаег с переходным процессом, обусловленным действием скачкообразноизменяющейся э. д. с. Необходимо только учитывать, что емкость Bõoäíoé цепи при этом возрастает на величину емкости с подключаемого конденсатора, так что суммарная емкость равна C +С.

Следовательно, спектр переходного процесса

На выходе микроэлектродного усилителя F3(в), при подключении на его входе конденсатора постоянной емкости, имеет следующий вид:

Е () A1R.l(сз+С)

i+ -R,(С,+С) (" )

А, определяется из условия:

А = С,Е+ СЕi E: С(Е1 — E)

1 где — веС,+С C3+ С л ичина емкости подключаемого конденсатора; ч0 Š— величина напряжения, до которого заряжен конденсатор; С вЂ” в,начальный момент времени; Е, — величина напряжения, до которой заряжен конденсатор IB начальный момент времени. ч5 Записывая выражение для модуля F3(6)), для некоторых двух фиксирова нных частот ь» и <м, и решая затем получающуюся сумму. двух уравнений относительно R и С,, можно найти постоянную времени -. = R C, 40

Fa()K (- ) — Ез()К (" )

2 Л

"2 Ез ("-) К ("1) "1 Ез ("1) К (" 3)

2 2 3 2 2

/ 3 (1) /ЕЗ (32) (2

2 2

2,2 2,2 (Е,— Е) I oo2 ГЗ (о)3) К3 (ш1) — <о1ЕЗ (ioX) К - (ш3) Удобно выбирать ь» и и2 таким образом, чтобы выполнялись условия

o) l R (C„+ C) ((1 ,R,(C +C) )) 1

Таким образом, каждой паре величин Р3(с») и F3(lB ) (при заданных значениях ь» и св2, а так50 же Е1 и Е) соответствует строго определенная величина т . Это означает, что для определения постоянной времени входной цепи канала отведения биопотенциалов достаточно измерить спектральную плотность переходного про55 цссса на выходе усилителя для двух раз несенных частот. Это осуществляется путем подключения на выходе микроэлектродного усилителя двух узкополосных фильтров, настроенных соответственно на частоты l» и l>2.

231709

В этом случае ()! ((()> и определение т, по

ВелГГч1!Нам Fg((i)I) и Г)(()2) упрощается, ITG в свою очередь, приводит к упрощению схемы автоматического регулирования частотной характеристики микроэлектродного усилителя.

11еобходнмо также заметить, что изло)кснIlbIC ВЫШС Bl>IВОДЫ ПОЛ>, ЧСНЫ В ПРСДПО 70ЖСНИИ, что отводимый биопотснциал в течение длительности пере.:одного процесса нс изме1ястся.

Это значит, ITQ измерения т„должны осуществляться во время существования «потенциала покоя», который, как извсстнО, либо имеет постоянную величину, либо изменяется Н3столько мсдлсHHG, что его изменения за врс>мя дл н те IbHoc TH переходного процесса не вносят заметной ошибки iB результаты измерений. 11з iîжсннGс требование обеспечивается тем, что схема автоматического регулирования открывается только на время существсвания «потенциала покоя», а на время существования «потенциала действия> эта схема блокируется. Чтобы осуществить указанную блокировку, необходимо отделить (отсел KTHpoBBTb) импу Ibci i, Отооражяющис liepcëoäíûll процесс, О Г им пульсов, соответствующих «потенциалу действия». Для этого величина э. д. с. Е, источника, от которого заряжается конденсатор С, выбирается заведомо больше любой возможной величины «потенциала покоя» и той же полярности. При этом импульсы, соответствующие

«переходному процессу», относительно «потенциала покоя» имеют отрицательную по 7slpность, в то время как импульсы, характеризующие «потенциал действия» — положительную.

Функциональная сыма предлагаемого .посооа отведения биопотенциалов показана на фиг. 2.

1-1а выход микроэлектродного усилителя 1 биопотенцналы !Поступа!От в одном потоке с импульсами, изображающими переходный TIpoцссс. Последние выделяются из потока с помощью диодного вентиля 2 и подаются на узкополосные фильтры 8 и 4. ФП7bTlp 8 HBñòðîcí ня низкую частоту (», а фильтр 4 — на высокую частоту и . Кроме того, напряжение с выхода микроэлсктродного усилителя поступает на регистратор 5, с помощью которого производится регистрация биопотенциа IGB. Чтооы регистрация биспотенциалов не затруднялась наличием импульсов переходного процесса, регистратор блокируется в соответствующие моменты времени импульсами, поступающими с диодного вентиля 2. Вместе с тем, на время сущсствования «потенциалов действия» диодиый ВеHTèëü блокируется импульсами, поступающими с регистратора 6.

На устройство сравнения 6 поступают сиг5 палы> характсризующпс величину спектральной плотности переходного процесса на частоГ!)Х Н Я CTPOIIKII фп 7bTPOB ()! Il (i) >, B(>, III ×1IÍ) коэффициента усиления м икр оэлсктродного

)силитсля на тех же частотах, 3 также всли10 )ину «потенциала покоя». Сигналы, характеризующие спектральную плотность переходного процесса, псступают с фильтров 8 и 4. Сигна,1bl, характеризующие величину коэффициента

) силсния микроэлсктродного усилителя для

15 .;cTGT ()i и 0)>, формируются исполнительным устройством 7. Сигнал, характсризующий величш!у «потенциал покоя», формируется регистратором 5. Под воздействием эп!х сигналов устройство сравнения 6 вырабатывает напря20 жение, пропорциональное величине постоянной времени входной цепи т,. Это напряжение посту1Г!Яст на вход исполн!Ттельного устройства 7, i.còGpîc формирусг сигналы. характеризующие коэффицисHT усиления микроэлектродного уси25 .!итсля на частотах ()i и (), а также осуществляет перестройку частотной характеристик.l микроэлсктродного усилителя в соответствии с измеренной величиной постоянной времени входной цепи

30 1>;снд HG3Top С iccToslliHGII c)IKocTH !To 1(110(астся ко входу микроэлектродного усилителя !

log воздействием импульсов генератора 8 при ! с мощи реле 10. По окончании переходного процесса конденсатор С с помощью того жс

;>5 рс7с подк..710 I3cTcsl к 1,:so>!HI!K), 9 постоянного

;13 !)ps!)KСН ия g7si зя 1) ядки. Пс рек.11очснис

В)орястся циклически с. частотой гсHcp3TOp3 8.

Предмет изобретения

Способ автоматической коррекции !Ястотной характеристики миl<рОэ7сктГ)одных уси.7итс, !сll, Отл!!>!()!О!Ц1!Ис. 1 тс)1, Iто, с цс7ыо УпРОщсния схемы и увеличения точности коррекции, 45 )ест-сигнал в виде переходного процесса разряда заряженного конденсатора постоянной (мкости подастся непосредственно на входную цспь усилителя, а сигнал управления коррскТИР > IOiilll)ill ЭЛС >!СНТЯМИ BBIP303TblB3CTCS! В РС50 зультате сравнения сигналов с выходов двух полосовых фильтров, настроенных иа высоку!о

И НИЗКУIO ЧЯСТОГЫ, В!,7Ю ICHHI>IX H3 ВЫХОДС KOPректирусмого уси,7итсля.

231709

Puz. 7

Уыг. 2

Составитель Е. Л анцбург

Техрсд Л. В. Куклина Корректор А. П. Васильева

Редактор Э. Рубан

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 366)2 Тираж 530 Г1одписпое

HHHI 1ÏÈ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4