Программно-аппаратный комплекс для исследования переходных характеристик в аномальных зонах электропроводимости биоматериала

Функциональная схема ПАК БАТ для анализа переходных характеристик биоматериала представлена на рисунке 4.6. В структуру ПАК входят ПЭВМ, модуль L - CardE20-10 и щуп.

Необходимо реализовать процедуру «воздействие-реакция» в режиме реального времени.

Рисунок 4.6 - Функциональная схема ПАК для анализа переходных характеристик в БАТ

Рассмотрим инструментарий более подробно:

1. Связь с биообъектом осуществляется с помощью щупа (рисунок 4.7), который состоит из корпуса 3, закрытом с одной стороны колпаком 4, а с другой - крышкой 5. В корпусе расположены активный электрод 6, мембрана 7, колпак 4, обеспечивающие перемещение активного электрода 6 в продольном направлении. Поверхность корпуса 3 содержит пассивный электрод 9 [79, 80].

Рисунок 4.7 - Чертеж щупа ПАК

2. Блок преобразования выполнен в виде модуля АЦП с USB 2.0 интерфейсом - E20-10 производства ЗАО «L-Card» (http://www.lcard.ru). Этот модуль обеспечивает сбор данных с частотой до 10 МГц. Внешний вид блока преобразования приведен на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 - Внешний вид E20-10

Отличительными характеристиками используемого устройства является использование: четырехканальной архитектуры с одним АЦП; коммутатора, обеспечивающего статический режим измерения собственного нуля независимо для каждого канала; входные буферные усилители,исключающие коммутационную помеху; активные ФНЧ 3-го порядка.

Система синхронизации устройства обеспечивает внутреннюю и внешнюю синхронизацию, а так же транслирует внутренние сигналы синхронизации на внешние разъемы, позволяя создавать многомодульные системы.

Два 12-ти разрядных цифро-аналоговых преобразователя (ЦАП) позволяют воздействовать на биообъект постоянным напряжением в диапазоне ±5 В.

Буферизацияпотоков данных реализуется с использованием очереди с дисциплиной «FIFO» и объемом буфера 8МВ на основе SDRAM. Передача данных из буфера в канал USB осуществляется контроллером ISP1581, а управление процессом регистрации реализуется FPGA (программируемой логической интегральной системой ПЛИС).Функциональные узлы модуля, показаны на схеме на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 - Функциональная схема E20-10

3. Обработка данных осуществляется персональным компьютером с использованием операционной системы Windows 98/2000/XP/Vista/.

4. Среда разработки ПО C++ Builder 6.

Реакция БАТ на внешние воздействия (переходный процесс) изучается при следующих параметрах:

• Диапазон подаваемого на биообъект напряжения: от -5 В до +5 В;

• шаг дискретизации для АЦП по времени:0,015 кГц - 10 МГц (постоянная частота 500кГц)

• длительность кадра «Т», фиксировано устанавливается 500 тактов;

• количество циклов, необходимых для статистической обработки (т.е. фактически - число повторных измерений в одной БАТ) устанавливается автоматически и равно 10-ти.

В модуле E20-10 длительность кадра «/^определяется как пакет собранных с АЦП данных, записываемый в буферную память L-Card. Отправка пакета в ПЭВМ происходит сразу после заполнения буфера АЦП, после чего буфер очищается. Размер кадра определяется «количеством отсчётов» (от 1 до 8192).Частота дискретизации f_ADCустанавливается в диапазоне от 1до 10 МГц в соответствии с выражениемf^_c =30/к , где k=3,4, ...ЗО.Для получения меньших значений f_ADcреализуется межкадровая задержка, которая позволяет получить низкие частоты сбора данных - до 0,015 кГц.

Интерфейс ПАК окна ввода параметров работы для режима исследования переходных процессов в БАТ представлен на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 - Интерфейс ПАК БАТ

На рисунке 4.11 приведен пример графиков напряжений на выходе ЦАП и входе АЦП дляБАТ меридиана легких.

Рисунок 4.11- Анализ переходных процессов в БАТ

Работу L-Card поясняет блок - схема алгоритма, представленная на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 - Схема алгоритма получения данных посредством L-Card для анализа переходных характеристик БАТ

В блоках 1-2 осуществляется заполнение полей в интерфейсном окне, изображенном на рисунке 4.10. Процесс получения циклов для анализа переходного процесса начинается с блока 3, в котором фиксируется нулевой потенциал на выходе ЦАП. Затем производится подача максимального значения напряжения на выходе ЦАП с последующим циклом оцифровки выхода АЦП (блок 5-7), после чего на выход ЦАП подается минимальное значение напряжение с последующей оцифровкой выхода АЦП (блок 8-10), таким образом формируется цикл, который повторяется N раз (блок 4).

4.3