CC BY
11
6. Билоненко Р. А. Современное состояние и перспективы развития топливных элементов // Авиационно-космическая техника и технология, 2013. №. 6. С. 83-93.
7. Романов А. Д., Чернышов Е. А., Романова Е. А. Сравнительный обзор и оценка эффективности воздухонезависимых энергетических установок различных конструкций // Современные проблемы науки и образования, 2013. №. 6. С. 67.
Реализация в среде Labview метода многочастотного анализа активной электрической мощности Кузнецов Д. В.1, Моргунов Г. Н.2
'Кузнецов Денис Валерьевич /Kuznetsov Denis Valerevich — студент;
2Моргунов Георгий Николаевич /Morgunov Georgy Nikolaevich - доцент, кафедра медико-технического менеджмента, Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, г. Москва
Аннотация: в данной работе описана модель реализации метода многочастотного анализа активной электрической мощности, потребляемой электроакустическим преобразователем ультразвукового аппарата для обработки ран при синдроме диабетической стопы и реализация его в среде Labview. Ключевые слова: синдром диабетической стопы (Diabetic foot syndrome), лечение (treatment), диабет (diabetes), ультразвук(ultrasound), обработка(processing), сигнал(signal), мощность(power).
УДК 621.382
Введение.
Обработке ран при синдроме диабетической стопы нужно уделять большое внимание. Обработка дна раны переводит рану из состояния хронической раны в состояние острой и способствует активации эндогенных процессов регенерации тканей. Обработки необходимы из-за ряда причин. Прежде всего, наличие некротических тканей и пленки фибрина является потенциальным субстратом развития инфекционных осложнений. Кроме того, клеточные линии, находящиеся в крае хронической раны, претерпевают фенотипичную трансформацию, ведущую к нарушению процессов регенерации [2, с. 4].
Одним из методов для очищений ран при синдроме диабетической стопы является низкочастотный ультразвук. В работе [2, с. 6] описывается процесс очищения ран с помощью ультразвукового аппарата. Также при ультразвуковой обработке УЗ наблюдаются различные биологические и физические явления, которые положительно отражаются на лечении больного, которые очень подробно расписаны в работе [3, с. 5].
Одним из факторов, определяющим эффективность лечебного воздействия при ультразвуковой хирургии и терапии, является соответствие амплитуды механических колебаний рабочей части ультразвуковой колебательной системы механоакустическим характеристикам биологической ткани.
Численным критерием эффективности лечебного воздействия является акустическая мощность, пропорциональная произведению амплитуды механических колебаний рабочей части и импеданса биологических тканей.
Существующие методы измерения не позволяют, в достаточной мере, динамически контролировать акустическую мощность в процессе проведения ультразвуковых хирургических вмешательств.
В основе разработанного метода лежит многочастотный анализ активной электрической мощности, потребляемой электроакустическим преобразователем. В качестве математической модели для расчета активной электрической мощности использовалась эквивалентная схема замещения электроакустического преобразователя и биологических тканей, приведенная к электрической стороне.
Алгоритм расчета максимальной амплитуды напряжения обратной связи.
Для поддержания эффективности лечебного воздействия необходима компенсация изменений акустического импеданса зоны взаимодействия зоны - ультразвуковой инструмент - биоткань. Одним из способов компенсации является динамическая подстройка амплитуды и частоты ультразвукового воздействия на основе анализа значений акустической мощности.
Известно, что при изменении механических характеристик на выходе происходит изменение электрических характеристик на входе системы, а значит, об изменении механических характеристик биоткани можно судить по изменению электрических характеристик системы и в частности пьезоэлектрического преобразователя. Данная работа подстройки частоты и амплитуды на основании анализа активной мощности.
Для расчета значений активной мощности на резонансной и боковых частотах необходимо выделить амплитудные значения выходных сигналов напряжения и тока на этих частотах. Методами квадратурного детектирование выделим значения амплитудных значений напряжения на боковых частотах. Структурная схема детектора на рис. 1. Для получения максимального значение амплитуды, на вход квадратурного детектора будем подавать преобразованные сигналы частотах wrez- А, wrez + А. В качестве выходного напряжения схемы был выбран амплитудно-модулированный сигнал (АМ -сигнал), так как он позволяет одновременно установить значения на резонансной и боковых частотах, что соответствует количеству неизвестных в разрешаемой системе уравнений. Интересующими нас сигналами являются выходные низкочастотные сигналы (с частотой равной модулирующей частоте 100 Гц) напряжения и тока, а точнее их произведения.
Рис. 1. Структурная схема квадратурного детектора
Рис. 2. Структурная схема детектора максимальной амплитуды.
Т.к. ультразвуковой инструмент работает в режиме амплитудной модуляции. При подаче на вход амплитудного детектора АМ - сигнала на выходе будет такой же АМ - сигнал.
идм.вх № = ит(зтсо^ + ^тзт(со0 - А 1^ + ^тзт(со0 + А2)Ц, (1) где иАМ ВХ(4) - входной АМ - сигнал схемы; ит- амплитудное значение выходного АМ - сигнала. Дальнейшее преобразование осуществляется с помощью умножения функции на синус и преобразования Гильберта. После всех преобразований, получим три выходных сигнала:
ивЫх_ 1 = ит ■ т
ивых_1 = Um ■ т-со s (Ait)=Uml ■ со s (А^) (2)
ивых_i = U m ■ m1 s i n (A21)=U m2 ■ s i n ( A 2 ^
Чтобы избавиться от гармонической составляющей и выделения максимальной амплитуды используем квадратичный детектор.
Алгоритм квадратурного детектирования.
Так как входным сигналом схемы является выделенные сигналы на частотах: А1, А2. С помощью детектора мы найдем значение максимальной амплитуды на периоде. Структурная схема детектора на рис. 2. Квадратурное детектирование работает по следующему алгоритму, на вход подается сигнал вида:
и„
= U 1 ■ со s (A1t)
вх А
Сдвинем эти сигнал8 с помощью преобразования гильберта:
ивх2 1 = U 1 ■ s in (A-t) ивх2 2 = U 2 ■ s in ( A 2t)
Возведем UBXl1 и UBx21 в квадрат. Теперь складываем сигналы с помощью сумматора и извлекаем квадратный корень и получаем на выходе сумматора значение амплитуды, также поступаем с ^12 и Шх22-
Umax = Ui Umax = U2
То есть амплитудные значения сигнала на резонансной частоте равны
ивых_т (юрез) = U о_ВЫ1Х
а на боковых частотах
иВЫ1Х_т ( юо) =2mu О_ВЫХ
Реализация в среде Labview.
Для создания модели использовался LabVIEW 8.6. Используя встроенные функции данной среды программирования, была собрана схема детектирования сигнала. В основу легли блоки, описанные выше, в частности квадратурный детектор и детектор максимальной частоты. На вход схемы (рис. 3) подавалось напряжение вида:
иАМ_ВХ (t) = Uт( s i nco ot + -ms i п(со о -П 1 ) t+-msi n( Юо + П 2 ) t)
О 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 __________________________________________________________________
Рис. 4. Входной АМ-модулированный сигнал схемы
"Пте
Рис. 5. Напряжение на входе квадратурного детектора
Рис. 6. Значение напряжения на выходе квадратурного детектора, равное амплитуде на боковой частоте. По оси Y - амплитуда, В., по оси X отсчеты Td=100 мкс. Переходной процесс Тпер=0.05 с.
Мы видим, что на выходе присутствуют пульсации. Так как импульсная характеристика преобразования Гильберта бесконечна, приходится ее усекать до максимальной частоты спектра сигнала, что приводит к эффекту Гиббса.
В итоге на рис. 6 мы видим, что было получено значение амплитуды сигнала, но с помехами. Данные помехи можно убрать с помощью частотных фильтров, но область для дальнейшего изучения.
Вывод.
Ультразвуковые низкочастотные методы имеют огромные возможности для их применения как в хирургии, так и в терапии. Но на сегодняшний день не существует методов и аппаратных средств, которые позволили бы достичь максимальной эффективности лечебного воздействия. Возможным решением этой проблемы, будет метод динамического контроля акустической мощности, на основе которого возможно создание быстродействующей системы динамической подстройки частоты и амплитуды, учитывающей механоакустические характеристики обрабатываемых биотканей. Этот метод можно реализовать основе анализа значений акустической мощности. Так как при изменении механических характеристик на выходе происходит изменение электрических характеристик на входе системы, мы можем судить об изменении электроакустических характеристик по изменения электрических характеристик пьезоэлектрического преобразователя. В данной работе был предложен алгоритм выделения информационных сигналов и проведено его компьютерное моделирование. В результате работы было получено значение амплитуды сигнала, но с помехами. Данные помехи можно убрать с помощью частотных фильтров, но область для дальнейшего изучения.
Литература
1. Анциферов М. Б., Галстян Г. Р., Токмакова А. Ю. Диагностика диабетической нейропатии (Методические рекомендации). М.: Федеральный диабетологический центр МЗ РФ, 1998.
2. Храмилин В. Н. Современные аспекты местного лечения хронических ран нижних конечностей у больных сахарным диабетом. // Научно-практический медицинский журнал ГУ. Эндокринологический научный центр РАМН, 2005. № 4. С. 74-78.
3. Макарочкин А. Г., Чернядьев С. А., Айрапетов Д. В., Коробова Н. Ю. Клинические аспекты использования низкочастотного ультразвука в хирургии панкреонекроза. Учебно-методическое пособие. Екатеринбург; УГМА, 2011. С. 32.
4. Галстян Г. Р., Ерошкин И. А., Ефимов А. А., Носов О. В., Васильев Ю. Г. Применение новых технологий в лечении синдрома диабетической стопы. // Лечащий врач, 2003. № 10.
5. ХиллК. Применение ультразвука в медицине. Физические основы. М.: Мир, 1989. С. 568.
6. Карпухин В. А., Петренко О. В. Метод определения механических характеристик биологических тканей при ультразвуковом воздействии: Акустический журнал, 1995. Т.41. № 3. С. 511-512.
Роль мобильных приложений в сфере образования Абдикайыров Е. Е.1, Конкабаев Н. О.2
'Абдикайыров Ерболат Ерланулы /Abdikayirov Yerbolat Yerlanuly — магистрант;
2Конкабаев Нурболат Олегович /Konkabaev Nurbolat Olegovich — магистрант, кафедра вычислительной техники и информационных систем, Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда, Республика Казахстан
Аннотация: в статье описан результат разработки мобильного приложения для платформы Android, которое решает проблемы с оценкой знания, позволяет выявить и восполнить существенные недостатки понимания тем школьных предметов.
Ключевые слова: информационные и коммуникационные технологии, мобильное приложение, интерфейс, тестирование.
Образование признано одним из важнейших приоритетов долгосрочной Стратегии «Казахстан-2030». Общей целью образовательных реформ в Казахстане является адаптация системы образования к новой социально-экономической среде. Президентом Республики Казахстан Н. А. Назарбаевым была также поставлена задача о вхождении республики в число 50-ти наиболее конкурентоспособных стран мира. Совершенствование системы образования играет важную роль в достижении этой цели [1].
Международный опыт подтверждает, что инвестиции в образование, начиная с раннего детства до зрелого возраста, способствуют существенным отдачам для экономики и общества.
Неотъемлемой составляющей укрепления и расширения сотрудничества Казахстана на мировой арене является проблема интеграции в мировое образовательное пространство. На ее решение ориентированы важнейшие указания Главы государства Н. А. Назарбаева и меры, принимаемые Правительством, Министерством образования и науки республики. Стремление интегрироваться в мировое образовательное пространство, освоить лучшие зарубежные стандарты и технологии
