CC BY
33
ЛИТЕРАТУРА
1. Горячев Н.В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н.В. Горячев, Д.Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2. С. 197-209.
2. Горячев Н.В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н.В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263-263.
3. Горячев Н.В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н.В. Горячев, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 169171.
4. Термоэлектричесике модули, элементы Пельтье. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kryothermtec.com/ru/
5. Фролов С.И. О некоторых проблемах надежностно-ориентированного проектирования бортовых РЭС / С.И. Фролов, Н.В. Горячев, Г.В. Таньков и др. // Надежность и качество сложных систем. 2017. № 2 (18). С. 3-8. DOI: 10.21685/2307-4205-2017-2-1
УДК 61.616-71
Геращенко М.С., Геращенко С.И., Янкина Н.Н.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
ВИРТУАЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ГИДРОМАНЖЕТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Разработан виртуальный прибор в среде графического программирования Labview для определения гемодинамических параметров с помощью гидроманжетной технологии. Прибор позволяет рассчитывать пульсовое давление, длительность систолы, диастолы и сердечного цикла, скорость распространения пульсовой волны по аорте, ударный объем, сердечный выброс, сердечный индекс, площадь поверхности тела, ударный индекс, площадь поперечного сечения аорты, частоту сердечных сокращений на основе измеренных сигналов давления с запястной и плечевой манжет. Прибор позволяет вычислять гемодинамические параметры в реальном масштабе времени.
Ключевые слова:
ВИРТУАЛЬНЫЙ ПРИБОР, ГИДРОМАНЖЕТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, ПУЛЬСОВОЕ ДАВЛЕНИЕ, СЕРДЕЧНЫЙ ВЫБРОС, СЕРДЕЧНЫЙ ИНДЕКС, ЧАСТОТА СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
В настоящее время оценка гемодинамических параметров является одной из важных задач при диагностике сердечнососудистых заболеваний и оценки состояния пациентов [1]. Но их точное определения достигается в основном инвазивными методами диагностики. Поскольку этот процесс является весьма травматичным и практически невозможным при использовании в бытовых условиях разработка методов определения гемодинамических параметров, основанных на неинвазивной технологии, позволяющих достигать высокую точность, является актуальной задачей [2,3].
В этой связи особую значимость приобретает разработка виртуального прибора, позволяющего
вычислить гемодинамические показатели непосредственно при измерении артериального давления, при использовании неинвазивного гидроманжетного метода [4,5].
Гемодинамические показатели определяться на основе получения данных из записанных сигналов давления в плечевой и запястной манжетах и рассчитываться в программе Labview [6].
Лицевая часть данного виртуального прибора состоит из семи панелей. Графики давления в плечевой и запястной манжетах представлены на первой лицевой панели виртуального прибора и приведены на рисунке 1. Также на первой панели виртуального прибора представлены индикаторы значений верхнего и нижнего давления.
Рисунок 1 - Первая лицевая панель виртуального прибора (графики давления в плечевой и запястной манжетах) график давления в запястной манжете; 2 - график давления в плечевой манжете
Результаты расчётов гемодинамических показателей представлены на второй лицевой панели виртуального прибора (рисунок 2).
На данной лицевой панели представлены элементы контроля для задания входных параметров, участвующих в формулах гемодинамических показателей, таких как, рост, вес, 1333 — множитель для перевода давления в дины, Z — фактор поправки, х - расстояние от верхней (плечевой) манжеты до нижней (запястной) манжеты, и выходные индикаторы для отображения рассчитываемых гемодинамических показателей (ПД — пульсовое давление, S, D, Т — соответственно длительность
систолы, диастолы и сердечного цикла, СРПВ -скорость распространения пульсовой волны по аорте, УО - ударный объем, СВ - сердечный выброс, СИ - сердечный индекс, ППТ - площадь поверхности тела, УИ - ударный индекс, 0 — площадь поперечного сечения аорты, ЧСС - частота сердечных сокращений) [7].
На данной лицевой панели также представлены графики полного сердечного цикла в отсчетах и в реальном масштабе времени, которые были использованы для определения S, D, T — соответственно длительность систолы, диастолы и сердечного цикла.
P.gtl ] РщеЗ | P.get | P.gt5 | Page 6 | P,gt7 |
Рисунок 2 - Вторая лицевая панель виртуального прибора (результаты расчетов гемодинамических показателей)
Определение площади поверхности тела (ППТ) расчитавется согласно формуле Мостеллера [8]:
ППТ = /вес*^.
На блок диаграмме данная формула реализуется с помощью элеменов представленных на рисунке 3.
Рисунок 3- Вычисление значения площади поверхности тела (ППТ)
Вычисление площади поперечного сечения аорты (Q) на основе номограмм Н. Н. Савицкого реализуется в виртуальном подприборе, лицевая панель которого представлена на рисунке 4.
Автоматический расчет площади поперечного сечения аорты (Q) по номограммам Н. Н. Савицкого на основе веса и роста человека был выполнен с помощью структуры MathScript Node.
Для определения длительности систолы, диастолы и сердечного цикла, частоты сердечных сокращений, скорости распространения пульсовой волны по аорте предварительно выделялся сигнал от верхней манжеты с помощью элемента Delete From Array (рисунок 5) . Затем по максимальному значению сигнала выделялась часть сигнала, которая пропускалась через фильтр. Вычислялась
производная отфильтрованной части сигнала. На рисунке 5 представлены описанные операции.
ГО£ if
№ 1 i 0711
ves
:::|юо |
Рисунок 4 - Лицевая панель виртуального подприбора для расчета величины площади поперечного сечения аорты (0)
Рисунок 5 - Блок диаграмма с элементами нахождения максимального значения сигнала, выделения части сигнала, фильтрации и вычисления производной
Для фильтрации сигналов использовался фильтра Баттерворта нижних частот. Он характеризуется гладкостью на всех частотах и монотонностью спада, начинающегося с некоторой частоты среза. Частота среза для экспериментальных сигналов
давления равна 20 Гц, частота дискретизации -1000 Гц, порядок фильтра равен 2.
Далее находились значения производной сигнала больше порогового значения, вычислялась разница между последующим и предыдущим значениями производной сигнала с верхней манжеты (рисунок 6).
Рисунок 6 - Вычисление значений производной сигнала больше порогового значения, разницы между последующим и предыдущим значениями производной сигнала с верхней манжеты
По инвертированной разнице между последующим и предыдущим значениями производной сигнала с верхней манжеты были найдены индексы граничных значений сердечного цикла. По разнице между ними была определена длительность сердечного цикла
И»1 в ерти р
Т (с) и частота сердечных сокращений - ЧСС (уд. в мин.). Значения инвертированной разницы между последующим и предыдущим значениями производной сигнала в увеличенной форме, в отсчетах, приведены на рисунке 7.
ованная разница Drff егеп се <d>Tl 1
3S57 Э900
4450 4437
Рисунок 7 - Значения инвертированной разницы между последующим и предыдущим значениями
производной сигнала в увеличенной форме
Для определения задержки сигнала от верхней манжеты по отношению к сигналу от нижней манжеты предварительно выделялся сигнал от нижней манжеты с помощью элемента Delete From Array. Затем выделялась часть сигнала, которая пропускалась через фильтр. Вычислялась производная отфильтрованной части сигнала. Выделялся участок производной сигнала.
Далее находились значения производной сигнала больше порогового значения, вычислялась разница
между последующим и предыдущим значениями производной сигнала с нижней манжеты, вычислялась разница между последующим и предыдущим значениями производной сигнала с нижней манжеты.
Графики значений инвертированной разницы между последующим и предыдущим значениями производной сигнала от верхней и нижней манжет в увеличенной форме, в отсчетах, приведены на рисунке 8.
Рисунок 8 - Графики значений инвертированной разницы между последующим и предыдущим значениями производной сигнала от верхней и нижней манжет в увеличенной форме
Задержка сигнала определялась на участке сигнала от нижней манжеты в период максимальных пульсаций. Выделялись значения инвертированной разницы производной сигналов от обеих манжет, находились индексы значений максимальных пульсаций по запястной манжете. По полученной разнице межу индексами от обеих манжет определялась задержка сигнала. Вычислялись значения систолы, диастолы и полного сердечного цикла. Графики для определения этих параметров представлены на второй лицевой панели в отсчетах и секундах (рисунок 2).
Определение систолы и диастолы производилось по вычислению разницы между индексами соответствующих граничных значений и преобразованию полученной разницы в секунды, путем деления её на частоту дискретизации, которая равна 512. Затем рассчитывалось значение скорости распространения пульсовой воны (СРПВ), путем деления расстояния между манжетами (30 см) на задержку, выраженную в секундах.
Вычисление гемодинамических показателей: пульсового давления (ПД), ударного объема (УО), сердечного выброса (СВ), сердечного индекса (СИ) , ударного индекса производилось по ранее
вычисленными параметрам, участвующих в формулах для расчета гемодинамических показателей.
Таким образом, разработанный виртуальный прибор позволяет рассчитывать гемодинамические параметры: пульсовое давление, длительность систолы, диастолы и сердечного цикла, скорость
распространения пульсовой волны по аорте, ударный объем, сердечный выброс, сердечный индекс, площадь поверхности тела, ударный индекс, площадь поперечного сечения аорты, частоту сердечных сокращений на основе измеренных сигналов давления с запястной и плечевой манжет в реальном масштабе времени.
ЛИТЕРАТУРА
1 Verberk WJ, Kroon AA, Lenders JW, Kessels AG, van Montfrans GA, Smit AJ, van der Kuy PH Nelemans PJ, Rennenberg RJ, Grobbee DE, Beltman FW, Joore MA, Brunenberg DE, Dirksen C, Thien T de Leeuw PW. Self-measurement of blood pressure at home reduces the need for antihypertensive drugs: a randomized, controlled trial. Hypertension 2007; 50: 1019-1025.Baskova I. P., Pavlova I B., Parfenov A. S. Analysis of the Effects of Medicinal Leech on Arterial Function in Elderly Volunteers by Means of Photoplethysmography with Angioscan-01 // Human Physiology, 2014, Vol. 40 No. 2, pp. 214-219.
2 Геращенко М.С. Оценка погрешности гидроманжетного тонометра/ Геращенко М.С., Геращенко С.И. Геращенко С.М. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2016. № 4 (18). С. 106-111.
3 Gerashchenko, M. S. Application of the hydrocuff technology for blood pressure evaluation/M S. Gerashchenko, S. M. Gerashchenko, S. I. Gerashchenko, N. N. Yankina//International Journal of Applied Engineering Research. -2016. -Т. 11, № 4. -С. 2271-2274.
4 Геращенко М.С. Тонометр Геращенко // Патент на полезную модель №:104437. - 2011. [Электронный ресурс]. URL: http://bankpatentov.ru/node/7 8 4 3 6.
5 Данилина О.С. Комплекс суточного мониторинга гемодинамических показателей сердечно-сосудистой системы человека Данилина О.С., Мнацаканян А.А., Геращенко С.И., Геращенко С.М. Вестник Пензенского государственного университета. 2015. № 3 (11). С. 114-117.
6 Геращенко М.С. Разработка гидроманжетного прибора для мониторинга гемодинамических параметров/ Геращенко М.С., Геращенко С.И., Геращенко С.М. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2016. № 4 (18). С. 112-117.
7 Писарев М.А. К вопросу о реализации неинвазивных методов измерения параметров пульсовой волны автономными портативными приборами/ Писарев М.А., Чувыкин Б.В., Геращенко С.И., Геращенко М.С., Волкова Н.А. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2016. № 1 (15). С. 89-94.
8 Adam C. Adler, Brian H. Nathanson, Karthik Raghunathan, and William T. McGee. Effects of Body Surface Area-Indexed Calculations in the Morbidly Obese: A Mathematical Analysis // Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia, Vol 27, No 6 (December), 2013: pp. 1140-1144.
УДК 61.616-71
Безина Г.А., Ляшенко А.В., Мазанов А.М., Шпедт Е.Р., Гришко Е.И., Подсякин А.С.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
АО «НИИФИ», Пенза, Россия
РАСЧЕТ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
НА ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЕ
В статье представлены аналитические расчеты, обеспечивающие повышение надежности и помехоустойчивости радиоэлектронной информационно-измерительной системы управления частотой вращения ротора турбогенератора маршевого двигателя ракет-носителей, спроектированной на основе применения отечественной элементной базы
Ключевые слова:
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, НАДЕЖНОСТЬ, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
Одной из важных задач, решаемых информационно-измерительными и управляющими системами ракет-носителей, является измерение частоты вращения ротора турбоагрегата маршевого двигателя [1-3]. Эта же задача возникает при наземных стендовых испытаниях ракетных двигателей [4-7]. Задача измерения усложнена тем, что вблизи двигателя находятся электрические кабели систем управления, по которым осуществляется подача мощных сигналов, управляющих исполнительными элементами двигателя (пироклапанами, электроп-невмоклапанами и др.), являющихся наряду с цепями питания бортовой электроники источниками мощных электромагнитных помех [8-10]. Проектирование высоконадежных и помехоустойчивых информационно-измерительных систем (ИИС) в условиях импортозамещения и необходимости сохранения преемственности конструктивных решений является актуальной проблемой [11-13].
При расчёте использована следующая документация: техническое задание на разработку ИИС, схема электрическая принципиальная ИИС, перечень элементов к схеме , технические условия эксплуатации. ИИС состоит из следующих модулей: блок преобразования, блок питания, блок интерфейсный, а также электрические соединители и провода. Структурная схема вторичного преобразователя ИИС представляет собой последовательное соединение элементов, а в соответствии с фундаментальными положениями теории надежности отказом считается выход из строя любого элемента ИИС [14-17].
Вероятность безотказной работы вторичного преобразователя за время непрерывной работы определяется по формуле:
где т - число типов изделий; ^ - число изделий 1-го типа; АЭ - интенсивность отказов изделий 1-го типа в эксплуатационных условиях; {Пр - время непрерывной работы.
Значения эксплуатационной интенсивности отказов вычисляются по формуле:
Л-Э! = Л-б(Л-б.с.г.) • Ш=1 (2),
где Я6(Я6. сг. ) - базовая интенсивность отказов типа (группы) ЭРИ; К1 - коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов в зависимости от различных факторов [1,26]; п - число учитываемых факторов.
Суммарная интенсивность отказов преобразователя вычисляется по формуле: Л-РЭА = ^а • Ху=1 3=1 Л-ЭЦ (3),
где Ка=1,0
коэффициент качества производ-
р(ч) =
(1),
го типа изделий ]-ой группы; к - количество изделий ^ой группы; г - количество групп изделий.
Расчёт проводился с применением программы «АСРН-2 0 0 6» и в соответствии с требованиями ГОСТ РВ 2 0.39.304-98. Причем для группы радиоизделий при температуре 65°С (с учётом перегрева) за время непрерывной работы 2 ч. и для другой группы радиоизделий при температуре 4 0°С (с учётом перегрева) за время непрерывной работы 998 ч.
В таблицах «Результат расчета вероятности безотказной работы» в соответствии с формулой (1) приведены результаты автоматизированного расчета.
Значение расчетного времени безотказной работы (ВБР) составляет:
- Р1(ЬПр.1) = 0, 9999714 в условиях эксплуатации
