195050. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés periódikus zavarjelek kiszűrésére kiváltott válaszjelek átlagolással való kiértékeléséhez
195050 1 2 A találmány tárgya eljárás penódikus zavarjelek, különösen a hálózatból származó zavarjelek kiszűrésére, illetve hatásuk csökkentésére kiváltott válaszjelek átlagolással való kiértékelése során. A találmány tárgya továbbá kapcsolási elrendezés kiváltott válaszjeleket mérő berendezéshez, amely a találmány szerinti eljárást alkalmazza. A találmány szerinti eljárás a periodikus, vagyis hálózati eredetű zavarjelek kiszűré- 10 sére előnyösen alkalmazható olyan analóg-digitális számítógépekhez, amelyek átlagoló eljárást alkalmaznak. Az átlagoló eljárás vizsgálati alanyból származó jelkészletből értékel ki kiváltott válaszjeleket. Az Uzs jel- 15 készlet a következő jeleket tartalmazza: Uszw belső zajt, individuális kiváltott Uow válaszjeleket és periodikus Uzp zavarjeleket, amelyeket zavarjeleket létrehozó zavarforrást tartalmazó környezet indukál a vizsgálati alanyban. A jelkészlet fenti összetevői egymástól függetlenek. Az Uzs jelkészlet fenti kifejtése a következő módon fejezhető ki matematikailag: Uzs= =Uszw-fUzp. Az Uzs jelkészlet nem tartalmazza a készülék Usza zaját, amely a készülék sajátja és annak konstrukciójától függ. A készülék érzékeli és erősíti az Uzs jelkészletet, ezért belső zajának olyan kicsinynek kell lennie, hogy az Uzs jelkészleten belül elhanyagolható legyen annak folyamatos megfigye- 5 lése, vagyis az átlagoló számítógép képernyőjén való megjelenítése közben. Ezen zaj arra mutat, hogy azonos a fehér zaj jellegével, azonos tulajdonságainál fogva nincs szinkronban a fent említett Uzs jelkészlettel. Az átlagoló eljárás matematikai képletét J.S. Bendat ismertette 1964-ben („Mathematical analysis of average responses values for nonstationary data” IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering, BME-11, 72—81. oldal), míg műszaki-klinikai megvalósítását J. Kópéi: „A lengyel gyártmányú ANOPS számítógép az orvosi kutatásban és klinikai felhasználása" című cikkében ismerteti (Acta 20 Physiologica Polonica 1970, 21. szám, 113— — 123. oldal). Mindeddig a vizsgálat alanya belső Usz zaját és a periodikus Uzp zavarjeleket úgy tekintették, hogy nincsenek szinkronban az indivi- 25 duális kiváltott Uow válaszjelekhez viszonyítva, és az áilagolási művelet a következő képlettel volt leírható: r M 5 U ow 2 ^SZW + UZp)] OW + ÿj7 (USZW + üZp) uow ahol n=l, 2, 3, ... N; és N legalább néhány száz értékű. A fenti példakénti esetben, ha az átlagolási művelet N=256 lépésből tevődik össze, akkor annak négyzetgyöke tizenhat, valamint a belső Uszw zaj és a periodikus Uzp zavarjel maximális amplitúdója 64 pV, akkor az átlagolás következtében csökkenésük tizenhatszoros, és maximális amplitúdójúk, azaz Uszw zaj és az Uzp zavarjel átlagamplitudói nem haladják meg a 4 pV értéket. A fenti átlagolási művelet gyakorlati szempontból tekintve hatékonyan csökkenti a zajt és a zavarjelet, ha a zaj és a zavarjel maximális amplitúdójának a kiváltott válaszjel legkevésbé szignifikáns amplitúdójához képesti aránya kisebb, mint 20:1, és a csökkenés arányos az átlagolási művelet N számú lépésének négyzetgyökével feltéve, hogy a zaj és a zavar“zs ■ fi [|1(,,0W * V |, ahol n=l, 2, 3, ... N; és N legalább néhány száz. A fenti, példaként ismertetett esetben, amennyiben N=256 átlagolási lépés négyzetgyöke tizenhat, a belső Uszw zaj és a periodikus Uzp zavarjel maximális amplitúdója 64 pV ez esetben az átlagolás a tizenhatszoros csökkentő hatása csak az átlagolt belső Uszw zaj tekintetében hatékony, így annak amplitúdója nem nagyobb 4 pV-nál, míg az átlagolt periodikus Uzp zavarjel hasonlóan viselkedik, mint 2 jel nincs szinkronban az individuális kiváltott válaszjelekhez viszonyítva. 35 Kedvezőtlen mérési körülmények között — még akkor is, ha a fenti arány teljesül — periodikus Uzp zavarjelek amplitúdója összehasonlíthatóvá válhat az individuális kiválasztott Uow válaszjelek amplitúdójával és a za- 40 varjelek szinkronban léphetnek az individuális kiváltott Uow válaszjelekhez viszonyítva, amelynek eredményeként az átlagolt, de menynyiségileg tekintélyes mértékben szinkron jellegű periodikus Uzp zavarjeleket rászuperponáÍja az átlagolt kiváltott Uow válaszjelre. A szuperponált jel eltorzíthatja az átlagolt válaszjelet olyan mértékben, hogy a jelalak nehezen értékelhetővé válik. A fenti jelenség a következő módon feje- 50 hető ki matematikailag: uszw]= (uow + V USZW = U0W + UZp’ az átlagolt kiváltott Uow válaszjel és nem csökken, vagyis értéke azonos, 64 pV értékű marad. Ilyen esetben a zaj és a különböző zavarjelek csökkentésére számos különböző meggQ oldást alkalmaznak, nevezetesen különböző fajta analóg és/vagy digitális szűrést. Az ismert szűrő áramkörök a következők szerint osztályozhatók. aluláteresztő szűrők, amelyek kiszűrik a zavarjeleket és a nagyobb frekvenciájú jele- 65 két; felüláteresztő szűrők, amelyek kiszűrik a
