CC BY
58
Геращенко С.И. , Геращенко С.М., Александров Д.В. , Абубекирова В.С. , Митин А.А. СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ДЖОУЛЬМЕТРИЧЕСКОГО ДЕКОМПОЗИЦИОННОГО МЕТОДА
В настоящее время актуальной является задача разработки систем, позволяющих производить сбор, оцифровку, обработку и анализ джоульметрических измерительных сигналов. Джоульметрический метод используется для сбора информации о динамике процессов, протекающих в биологических системах, каковыми являются ткани и жидкости человеческого организма. Данный метод основан на оценке интегральных характеристик электрической работы внешнего источника энергии для перевода исследуемого объекта из одного состояния в другое. Полученные при помощи джоульметрического метода данные дают возможность оценить состояние исследуемого объекта [1].
Для более точной классификации изучаемых образцов в состояниях нормы и патологии имеет смысл применять комплексный декомпозиционный джоульметрический метод, включающий различные алгоритмы обработки джоульметрических сигналов. Признаковое пространство, формируемое при помощи декомпозиционного метода, включает несколько групп параметров: джоульметрические параметры, представляющие собой значения работ, полученных в результате декомпозиции обобщенного значения работы, совершенной электрическим током, параметры элементов эквивалентных схем замещения, коэффициенты полиномов математических моделей, позволяющих описывать нелинейные нестационарные процессы на основе процедуры идентификации.
Обработка полученной диагностической информации и реализация алгоритмов декомпозиции джоуль-метрических сигналов возможны при использовании программно-аппаратного джоульметрического комплекса. С этой целью целесообразно построить систему, включающую в себя следующие звенья: внешний джоульметрический датчик, блок сбора и оцифровки данных, сопрягающийся с персональным компьютером, персональный компьютер, на базе которого реализуется виртуальный джоульметрический прибор, разработанный в определенной программной среде, дающий возможность производить полную обработку и анализ полученных сигналов.
Устройство датчика для джоульметрической системы основано на принципе работы электрохимической ячейки. Для нахождения значений параметров, характеризующих протекающие в электрохимической ячейке процессы, был предложен алгоритм расчета схемы замещения для датчика в джоульметрической системе [2].
Существует множество различных вариантов конструктивного исполнения электрохимических
датчиков. Выбор того или иного из них, и числа используемых электродов обусловлен как объективными, так и субъективными факторами, и часто связан с возможностями их изготовления. В классических электрохимических работах по анализу биообъектов используется ртутно-капельный электрод. Его основное преимущество связано с постоянно обновляющейся рабочей поверхностью электрода [3].
Выбор четырехэлектродного датчика имеет преимущества, связанные с тем, что он содержит две пары электродов: токозадающие и индикаторные, и по сравнению с двухэлектродным воздействие на ис-
следуемые жидкости осуществляется с помощью токозадающих электродов, а регистрируемое напряжение снимается с индикаторных. Таким образом, поверхность электродов, с которых снимается напряжение, меньше окисляется, что повышает воспроизводимость результатов. Недостатком датчика является то, что регистрируется не полное падение напряжение на электрохимической ячейке, а только часть, поэтому уровень напряжения снимаемый с четырехэлектродного датчика будет ниже, чем на двухэлектродном датчике [1] .
В качестве внешнего устройства, сопрягающегося с компьютером посредством интерфейса USB, можно использовать платы оцифровки и сбора данных фирмы National Instruments (США), широко применяющиеся в настоящее время в научных исследованиях.
Технические характеристики различных линеек данных аппаратных продуктов варьируются в очень широких пределах. Существуют устройства, обладающие невысоким быстродействием и техническими характеристиками, но в тоже время достаточными для работы с биологическими тканями и жидкостями, извлеченными из организма. Также есть многофункциональные устройства с более высокими техническими характеристиками, содержащие, кроме того, гальваническую развязку между входной и выходной цепью, что дает возможность подключения системы непосредственно к телу пациента для получения информации о состоянии определенной биологической ткани или органа в реальном времени, в том числе и при проведении хирургических вмешательств.
Для организации работы программно-аппаратного комплекса необходимо использование управляющих программ автоматизации сбора данных. Сбор данных обеспечивается под управлением программных продуктов National Instruments по заданному протоколу исследований, который выбирается исследователем после инициации программ перед началом измерений. Для процесса согласования сигналов используется специализированный конфигурируемый программный пакет VI-Logger [4].
Таким образом, данные измерительные устройства, поставляемые вместе с инструментальным драйвером, позволяют использовать все возможности оцифровки и сбора данных, включая настройку этих устройств, считывание и пересылку данных, что избавляет исследователя от необходимости вручную программировать эти процедуры при обработке измерительных джоульметрических сигналов.
Программное обеспечение, разработанное с помощью пакетов прикладных программ системы Matlab, позволяет реализовать алгоритмы декомпозиции джоульметрических сигналов для получения необходимых информативных признаков с целью повышение воспроизводимости экспериментов и получения достоверной диагностической информации о состоянии объектов исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Геращенко С. И. Джоульметрия и джоульметрические системы: теория и приложение: Монография.
- Пенза: Изд-во ПГУ, 2000.
2. Александров Д. В. Алгоритм расчета схемы замещения датчика для джоульметрической системы /
Д. В. Александров, А. А. Митин, В. С. Абубекирова, Е. В. Кузнецова // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: труды Международной научно-технической конференции - Пенза:
ИИЦ ПГУ, 2008.
3. Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Основы теоретической электрохимии. Учеб. пособие для вузов. -М.: Высш. школа, 1978
4. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные
приборы на основе Lab VIEW 7/ Под. ред. Бутырина П. А. - М.: ДМК Пресс, 2005.
