Фазовый биосинхронизатор

 

3 Ф

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 4970II

Союз Советских

Социалистических

Ресоублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву. (22) Заявлено 13.04.73 (21) 1911842/26-9 (51) M. Кл. А 61b 5/05 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.75. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 05.05.76 (53) УДК 621.316.729 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Тяжелов и Р. Э. Тигранян

Институт биологической физики АН СССР (71) Заявитель (54) ФАЗОВЫЙ БИОСИНХРОНИЗАТОР

Изобретение относится к фазовым биосинхронизаторам и может найти применение в медицинской практике при исследованиях биологических автоколебательных и потенциально колебательных систем, при рентгенографии в произвольно выбранные фазы кардиоцикла или цикла дыхания, в управляемой ангиокардиографии, фазовом селективном заборе проб крови, фазовой электростимуляции и т. д.

Известен фазовый биосинхронизатор, содержащий последовательно включенные входной усилитель, блок формирования синхроимпульсов, основной триггерный счетчик, соединенный с генератором тактовых импульсов, и матрицу, формирующую выходные импульсы команд. При изменении периода сердечных сокращений, частоты дыхания, особенно в условиях воздействия на организм различных внешних факторов, в известном фазовом биосинхронизаторе установленные по временной задержке команды оказываются сдвинутыми относительно первоначальной выбранной фазы процесса.

Цель изобретения — повышение точности выдачи команд при изменении периода входного сигнала в широких пределах, а также уменьшение влияния импульсных помех и исключение ошибок прп переносе числа из основного счетчика в дополнительный и чредварительная установка частоты генератора тактовых импульсов на значение, обеспечивающее захват частоты внешнего сигнала.

Для этого в биосинхронизатор введены ли5 ния задержки, линейка ячеек «И», дополнительный триггерный счетчик и преобразователь «код-аналог», причем выход блока формирования синхроимпульсов соединен с входом линии задержки, первые входы ячеек «И»

10 линейки соединены с элементами линии задержки, а выход линии задержки подключен к входу сброса основного счетчика, к вторым входам ячеек линейки подключены единичные выходы триггеров основ15 ного счетчика, а выходы ячеек соединены со счетными входами триггеров дополнительного счетчика, имеющего на два высших разряда больше, чем основной счетчик, причем к счетным входам трех высших разрядов дополни20 тельного счетчика подсоединены выходы ячеек линейки, вторые входы которых соединены с выходом триггера высшего разряда основного счетчика, выходы триггеров дополнительного счетчика соединены с входами преобразовате25 ля «код-аналог», выход которого подсоединен к управляющему входу генератора тактовых импульсов.

Между блоком формирования сннхроимпульсов и линией задержки включена ячейка

30 «И», к второму входу которой подключен

497011

3 выход статического триггера, выход ячейки дополнительно соединен с первым входом статического триггера, причем к второму входу триггера подключен дополнительный выход матрицы, а между генератором тактовых импульсов и основным счетчиком включена вторая ячейка «И», к второму входу которой подключен выход дополнительного статического триггера, к соответствующим входам которого подключены вход и выход линии задержки.

В схему введен вспомогательный генератор импульсов, соединенный со счетным входом первого триггера дополнительного счетчика через ячейку «ИЛИ, к второму входу которой подсоединен соответствующий выход ячейки «И» линейки, а к выходу преобразователя

«код-аналог» подключен стрелочный прибор.

Генератор тактовых импульсов выполнен в виде последовательно соединенных функционального диодно-резисторного преобразователя, усилителя-инвертора и преобразователя

15

«напряжение-частота» с линейной управляющей характеристикой.

На чертеже приведена блок-схема фазового биосинхронизатора. 25

Он содержит входной усилитель 1, блок формирования синхроимпульсов 2, первую ячейку «И» 3, статические триггеры 4 и 5, вторую ячейку «И» б, линию задержки 7, ячейки «И» 8, образующие линейку, основной счет- З0 чик 9, дополнительный счетчик 10, преобразователь «код-аналог» 11, генератор тактовых импульсов 12, матрицу 13 для формирования выходных импульсов команд, вспомогательный,генератор импульсов 14, ячейку «ИЛИ» 55

15 и стрелочный прибор 16.

Предлагаемый биосинхронизатор работает следующим образом.

Внешний сигнал, усиленный во входном усилителе 1, подается на блок формирования синхроимпульсов 2, в котором в момент прохождения экстремального участка сигнала внутри каждого периода формируется синхроимпульс, обозначающий момент начала очередного периода внешнего сигнала. B регу- 45 лярном режиме к моменту выработки синхроимпульса статический триггер 4 находится в положении «1». Синхроимпульс через первую ячейку «И» 3 поступает на вход «О» статического триггера 4, переводит его в положе- 50 ние «О», снимая напряжение с второго входа первой ячейки «И» 3. Далее синхроимпульс поступает на вход «О» статического триггера 5, переводит его в положение «О», снимая напряжение со второго входа второй ячей- 55 ки «И» 6.

Кроме того, синхроимпульс через линию задержки 7 поочередно подается на первые входы ключевых ячеек «И» 8. Вторые входы этих ячеек связаны с единичными выходами триг- 60 геров основного счетчика 9, а выходы ячеек— со счетными входами триггеров дополнительного счетчика 10, так что при прохождении импульса через линию задержки 7 двоичное число, накопленное в счетчике 9 к моменту 65

4 прохода синхроимпульса, переводится в сче1 чик 10, суммируясь с ранее записанным там числом, Изменение числа в счетчике 10 приводит к изменению выходного напряжения преобразователя «код-аналог» 11, что, в свою очередь, изменяет частоту генератора тактовых импульсов 12. Пройдя линию задержки 7, синхроимпульс устанавливает счетчик 9 в нуль, поступает на вход триггера 5, переводя его в положение «1», и подавая напряжение на второй вход второй ячейки «И» 6, после чего вновь начинается заполнение счетчика 9 импульсами от генератора тактовых импульсов 12. При величине периода внешнего сигнала, превышающей на небольшую величину произведение периода генерагора тактовых импульсов 12 на емкость счетчика 9 (собственный период схемы), в этом счетчике в момент прохода синхроимпульса имеется небольшое число. Это число, суммируясь с ранее записанным в дополнительном счетчике 10 числом, увеличивает в итоге хранимое в счетчике число. Соответственно увеличивается напряжение на входе преобразователя «коданалог» 11, увеличивается и период генератора тактовых импульсов 12, приближаясь к значению периода внешнего сигнала.

При величине периода внешнего сигнала несколько меньшей, чем собственный период схемы, при проходе синхроимпульса из счетчика 9 в счетчик 10 передается число, близкое к емкости счетчика 9, что эквивалентно вычитанию малого дополнительного числа из числа хранившегося в счетчике 10. При этом уменьшается напряжение на выходе преобразователя «код-аналог» 11 и соответственно собственный период всей схемы уменьшается, приближаясь к периоду контролируемого входного сигнала. Стационарным режимом при стабильном периоде входного сигнала является режим, когда собственный период равен периоду внешнего сигнала. При этом в момент прохода синхроимпульса в счетчике 9 будет нулевое число.

С выходов переключаемой матрицы 13, соединенной с выходами триггеров счетчика 9, снимаются команды, идущие на внешние исполнительные устройства, а также вспомогательная команда. Вспомогательная команда, расположенная в конце периода, попадает на вход «1» триггера 4, переводит его в положение «1» и тем самым снимает бланкирование входа линии задержки, подготавливая схему к отработке следующего синхроимпульса. Точное положение вспомогательной команды устанавливается оператором так, что при возможном скачкообразном уменьшении периода входного сигнала синхроимпульс проходит в линию задержки 7. В противном случае слежение за периодом входного сигнала прекращается. Бланкирование линии задержки на большую часть периода позволяет исключить прерывание слежения при проходе ложных синхроимпульсов в зоне бланкирования. Появление ложных синхроимпульсов вне зоны

497011

5 бланкирования приводит лишь к кратковременному (на два — три периода) прерывания слежения. Для ппавильного вхождения B режим слежения оператор подает импульсы от вспомогательного генератора на счетный вход счетчика 10 через ячейку «ИЛИ» 15. Отслеживая перемещение стрелки прибора 16, отградуированного непосредственно в значениях собственного периода схемы, оператор при приближенном совпадении собственного периода схемы с периодом внешнего сигнала фиксирует значение периода генератора тактовых импульсов 12. После этого первый синхроимпульс, пройдя линию задержки 7, устанавливает триггер 5 в положение «1», тем самым начиная заполнение основно"0 счетчика 9 от генератора тактовых импульсов 12, После прохода вспомогательной команды с матрицы

13 снимается бланкировка линии задержки 7, и схема полностью готова к первому отслеживанию величины периода входного сигнала.

Минимальный интервал отслеживания скачкообразного изменения периода входного сигнала на +-10 /о составляет один период. Минимилизация достигается приданием управляющей характеристике генератора тактовых импульсов 12 экспоненциальной формы и согласованием ее крутизны с емкостью счетчика 10.

Для расширения диапазона возможной перестройки системы счетчик 10 имеет на два разряда больше, чем счетчик 9, причем для сохранения работоспособности при отслеживании уменьшающего периода в лишние высшие разряды сетчика 10 при проходе синхроимпульса передается число из высшего разряда счетчика 9. В этом случае крутизна управляющей характеристики генератора тактовых импульсов 12 должна обеспечивать увеличение периода в е4 раз при изменении управляющего напряжения от нуля до максимума, получающегося на выходе преобразователя «код-аналог»

11 при максимальном числе в счетчике 10.

Для обеспечения требуемой формы управляющей характеристики и простоты изготовления генератор тактовых импульсов 12 выполнен в виде последовательно соединенных функционального диодно-резистивного преобразователя, который формирует на своем выходе функцию Е (1 — ехр Х), где Х вЂ” величина пропорциональная сигналу с выхода преобразователя «код-аналог» 11, усилителя-инвертора, который на своем выходе формирует функцию E +Е ехр Х, где (Е и Š— коэффициенты пропорциональности, и преобразователя «напряжение-частота» с линейной управляющей характеристикой, которая устанавливается по питанию так, что при экстраполяции ее линейной части значению мини »aëüHoé частоты соответствует управляющее напряжение, равное Еь При этом на линейном участке управляющей характеристики преобразователя «напряжение-частота», результирующая зависимость частоты от входного напряжения, пропорциональна функции

Е ехрХ, т. е. обеспечивается требуемая фор5

1О

3О

6 ма управляющей характеристики по периоду, Результирующая погрешность выставления команд в стационарном режиме составляет величину, обратную емкости счетчика 9.

Предмет изобретения

1. Фазовый биосинхронизатор, содержащий последовательно включенные входной усилитель, блок формирования синхропмпульсов, основной триггерный счетчик, сосдинснньш с генератором тактовых импульсов, и матрицу, формирующую выходные импульсы команд, отличающийся тем, что, с целью повышения точности выдачи команд при изменении периода входного сигнала в широких пределах, в био=инхронизатор введены линия задержки, линейка ячеек «И», дополнительный триггерный счетчик и преобразователь «коданалог», причем выход блока формирования синхроимпульсов соединен с входом линии задержки, первые входы ячеек «И» линейки соединены с элементами линии задержки, а выход линии задержки подключен к входу сброса основного счетчика, к вторым входам ячеек линейки подключены единичные выходы триггеров основного счетчика, а выходы ячеек соединены со счетными входами триггеров дополнительного счетчика, имеющего на два высших разряда больше, чем основной счетчик, причем к счетным входам трех высших разрядов дополнительного счетчика подсоединены выходы ячеек линейки, вторые входы которых соединены с выходом триггера высшего разряда основного счетчика, выходы триггеров дополнительного счетчика соединены с входами преобразователя «код-аналог», выход которого подсоединен к управляющему входу генератора тактовых импульсов.

2. Биосинхронизатор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения влияния импульсных помех и исключения ошибок при переносе числа из основного счетчика в дополнительный, между блоком формирования синхроимпульсов и линией задержки включена ячейка «И», к второму входу которой подключен выход статического триггера, выход ячейки дополнительно соединен с первым входом статического триггера, причем к второму входу триггера подключен дополнительный выход матрицы, а между генератором тактовых импульсов и основным счетчиком включена вторая ячейка «И», к второму входу которой подключен выход дополHèòåëüного статического триггера, к соответствующим входам которого подключены вход и выход линии задержки.

3. Биосинхронизатор по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью предварительной установки частоты генератора тактовых импульсов на значение, обеспечивающее захват частоты внешнего сигнала, в схему введен вспомогательный генератор импульсов, соединенный со счетным входом первого триггера дополнительного счетчика через ячейку

«ИЛИ», к второму входу которой подсоединен

497011

Составитель И. Черняк

Техред E. Митрофанова

Корректор Л. Котова

Редактор Т. Горячева

Заказ 1274711 Изд. № 2106 Тираж 559 Подписное

Е1НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб, д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 соответствующий выход ячейки «И» линейки, а к выходу преобразователя «код-аналог» подключен стрелочный прибор.

4. Биосинхронизатор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что генератор тактовых импульсов выполнен в виде последовательно соединенных функционального диодно-резистивного преобразователя, усилителя-инвертора и преобразователя «напряжение-частота» с линей5 ной управляющей характеристикой.