Визначення часових і частотних параметрів та стану просторово розвинених невзаємних динамічних об’єктів. Методи та багатопозиційні системи

42. Устройство фазирования сигналов в пространственно разнесенных пунктах: А.с. 1322489 СССР, МКИ Н 04 L 7/08. / О. Б. Шарпан (СССР). - № 3924931/24-09; Заявлено 10.07.85; Опубл. 07.07.87, Бюл. 25. - 3 с.

43. Устройство взаимного фазирования: А.с. 1748250 СССР, МКИ Н 03 L 7/00. / В. Э. Синанов, О. Б. Шарпан. - № 4837111/09; Заявлено 08.06.90; Опубл. 15.07.92, Бюл. 26. - 4 с.

44. Патент UA 35393 А України, МПК 6 А61 В5/00. Спосіб вимірювання кров'яного тиску / О. М. Зудов, О. Б. Шарпан. - № 99105444; Заявл. 05.10.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. - 3 с.

45. Патент UA 57458 А України, МПК 7 А61 В5/00. Спосіб вимірювання кров'яного тиску / О. М. Зудов, О. П. Мітров, О. Б. Шарпан (Україна). -  № 2002108375; Заявл. 22.10.2002; Опубл. 16.06.2003, Бюл. № 6. - 4 с.

46. Пат. UA 57462 А України, А61 В5/02. Спосіб вимірювання кров'яного тиску / В. П. Овсяник, О. Б. Шарпан, О. М. Зудов, О. П. Мітров, (Україна). - № 2002108380; Заявл. 22.10. 2002; Опубл. 16.06.2003; Бюл. № 6, 2003. - 3 с.

47. Патент UA 58228 А України, МПК 7 А61 В5/00. Спосіб вимірювання кров'яного тиску / О. Б. Шарпан, О. М. Зудов, О. П. Мітров (Україна). - № 2002108678; Заявл. 31.10.2002; Опубл. 15.07.2003, Бюл. № 6.-4 с.

48. Патент UA 58229 А України, МПК 7 А61 В5/00. Спосіб вимірювання кров'яного тиску / О. П. Мітров, О. Б. Шарпан, О. М. Зудов (Україна). - № 20021008679; Заявл. 31.10.2002; Опубл. 15.07.2003, Бюл. № 7. - 4 с.

49. Достал Т., Рибін А, Манюк Ія, Манюк І., Шарпан О. Реконструкція образу в імпедансній томографії за методом зворотної проекції // Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів. Третя Всеукраїнська міжнародна конференція. - К.: - 1996. - С. 206-208.

50. Абакумов В. Г., Геранин В. А., Достал Т., Манюк И. А., Рыбин А. И., Синекоп Ю. С., Шарпан О. Б. Алгоритм решения обратной задачи в импедансной томографии // Электроника и связь (Темат. вып. по материалам МНТК "Проблемы физической и биологической электроники"). -1997. - С. 415-419.

51. Геранин В., Достал Т., Манюк И., Рыбин А., Шарпан О., Юрченко М.. Потенциальная разрешающая способность методов импедансной томографии // Материалы семинара с международним участием „Информационные технологии и программно-аппаратные средства в медицине, биологии и экологии”. Ч. 2. - К.: - 1998. - С. 76-79.

52. Достал Т., Манюк И., Марченко А., Рыбин А., Шарпан О. Математическое обеспечение задачи реконструкции образа в импедансной томографии // Материалы семинара с международним участием „Информационные технологии и программно-аппаратные средства в медицине, биологии и экологии”. Ч. 2. - К.: - 1998. - С. 71-76.

53. Шарпан О., Зудов О., Магльована Н., Павлов О., Сінанов В. Мікропроцесорний монітор комплексного електричного біоімпедансу // 5-th Int. Conf. CADSM'99, February 1-6, 1999, Lviv, Ukraine. - Р. 192-193.

54. Sharpan O., Zudov O., Mitrov A. System for Arterial Blood Pressure Measurement in Jams Conditions // Матеріали МНТК „Modern Problems of Radio Engineering Telecommunications and Computer Science”. - Lviv-Slavsko, Ukraine, 2002. - P. 314.

55. Шарпан О. Б., Магльована Н. І., Бондар М. В., Грушовський І. Т., Грушовська В. М., Лісний І. І. Дослідження можливості використання спектрального аналізу пульсової хвилі для оцінки стану функціональної активності вегетативної нервової системи // Біль, знеболювання, інтенсивна терапія. - 2004. - № 2-Д. - С. 526-528.

АНОТАЦІЯ

Шарпан О. Б. Визначення часових і частотних параметрів та стану просторово розвинених невзаємних динамічних об'єктів. Методи та багатопозиційні системи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 - Прилади і методи контролю та визначення складу речовин. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2006.

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню нових методів та систем, що забезпечують швидке точне визначення часових і частотних параметрів просторово розвинених невзаємних динамічних об'єктів та спектральних параметрів поширюваних в них сигналів в завданнях неруйнівного (неінвазивного) визначення їх структури, пошарового складу і стану. Розвинено часові і частотні критеріальні основи оцінювання структури і стану просторово розвинених динамічних об'єктів різного фізичного походження. Розвинено методологію формування сигналів порівняння і теорію просторових часових, частотних і спектральних вимірювань; розроблено принципи побудови широкосмугових просторово розгалужених систем ампліфазометрії і ампліфазової спектрометрії, імпедансометрії і імпедансної томографії. Розроблено методологію визначення стану системи гемодинаміки на основі пульсової амплітудної і фазової спектрометрії в традиційних (за Фур'є) і нетрадиційних (за Уолша, REX і CoREX) ортогональних базисах. Запропоновано новий метод просторової кореляційно-спектральної осцилометрії, що забезпечує завадостійке визначення параметрів артеріального тиску в умовах завад і артефактів підвищеного рівня інтенсивності. Ефективність розроблених методів та систем підтверджена застосуванням їх при реалізації технологій оцінювання стану технічних і біологічних об'єктів, які пройшли успішні випробовування і впроваджені в провідних організаціях України і Росії. Результати дисертаційних досліджень впроваджено в навчальному процесі.

Ключові слова: часові і частотні параметри, фазометрія, спектрометрія, фазова синхронізація, просторово розвинений невзаємний об'єкт, амплітудний спектр, фазовий спектр, комплексний електричний імпеданс, пульсова хвиля, артеріальний тиск.

АННОТАЦИЯ

Шарпан О. Б. Определение временных и частотных параметров и состояния пространственно развитых невзаимных динамичных объектов. Методы и многопозиционные системы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля и определения состава веществ. - Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2006.

Диссертация посвящена разработке и исследованию новых методов и систем, обеспечивающих быстрое определение с повышенной точностью временных и частотных параметров и состояния пространственно развитых невзаимных динамичных объектов различной физической природы. Системы предназначены для оценивания состояния технических, природных и биологических объектов методами неразрушающего контроля на основе: а) использования спектральных разложений импульсных и пульсовых сигналов; б) фазовой синхронизации пространственно разнесенных опорных сигналов; в) новых принципов и алгоритмов обработки сигналов, новых критериев и методик оценивания состояния технических средств, биологических органов и систем организма; г) расширения частотного диапазона измерений и динамического диапазона измеряемых параметров; д) повышения точности, однозначности и достоверности измерений, в том числе в условиях помех и артефактов повышенного уровня.

Решение перечисленных задач составляет научные основы создания систем мониторинга, диагностики и оценивания в режиме реального времени состояния разнообразных объектов, а именно: широкополосных невзаимных каналов передачи информации, структуры и послойного состава земельных участков, подземных сооружений, биологических органов, функционального состояния биологических органов и систем.

В диссертации обоснована целесообразность применения спектральных трансформант периодических импульсных и квазипериодических пульсовых сигналов для определения параметров частотных характеристик, которые характеризуют время распространения, амплитудные и фазовые искажения широкополосных сигналов. Для расширения возможностей и повышения точности пространственно распределенной фазометрии и фазовой спектрометрии развита методология многопозиционного пространственного фазирования сигналов, разработаны новые способы и многопозиционные системы синхронизации опорных сигналов увеличенного пространственного разнесения пунктов фазирования с возможностью произвольного наращивания их количества. Для обеспечения возможности прямой регистрации ЧХ и определения времени распространения широкополосных сигналов в протяженных невзаимных объектах разработан модифицированный метод спектрометрии, суть которого состоит в сравнении на выходе исследуемого объекта спектральных параметров выходного измерительного сигнала с аналогичными параметрами опорных сигналов, сформированных как копии входного зондирующего сигнала.

На основе подходов фазометрии и фазовой синхронизации разработаны методология и принципы построения широкополосных систем регистрации частотных характеристик параметров (модуля, активной и реактивной составляющих) комплексного электрического импеданса в задачах импедансометрии и многопозиционной импедансной томографии объектов, что дает возможность оценивать состояние объектов как диэлектрических структур с потерями. Оценена чувствительность фазовой импедансометрии, точность измерения параметров и разрешающая способность импедансной томографии при реконструкции структуры и состава объектов.

Разработана методология пульсовой амплитудной и фазовой спектрометрии в задачах оценивания состояния системы гемодинамики. Предложена уточненная электрическая модель участка ненагруженной сосудистой системы. Исследованы АЧХ и ФЧХ такого участка, найдены новые критерии оценивания параметров и состояния сосудистой системы в частотной области. Разработаны принципы определения функционального состояния биологических органов и систем на основе спектрометрии пульсовых сигналов в традиционных (с комплексным ядром) и нетрадиционных (с действительным ядром) ортогональных базисах. Разработана идеология получения фазового спектра квазистационарного пульсового сигнала, оценена потенциальная точность пульсовой фазовой спектрометрии. Показана более высокая чувствительность пульсовых спектральных критериев по сравнению с ныне применяемыми критериями методик контурного анализа. Предложена уточненная электрическая модель участка нагруженной сосудистой системы, с использованием которой проанализированы гемодинамические процессы в артерии под оклюзионной манжетой и разработан новый метод определения артериального давления (метод пространственной корреляционно-спектральной осциллометрии). На основе амплифазометрии и спектрометрии двух пространственно разнесенных пульсовых сигналов получены новые время-частотные и спектральные помехоустойчивые критерии определения артериального давления, предложен ряд новых способов измерения, которые дают возможность неинвазивно проводить определение давления в условиях двигательных артефактов повышенной интенсивности, когда неработоспособны существующие измерительные системы.

Эффективность разработанных методов и действующих образцов систем подтверждена применением их при реализации технологий оценивания состояния технических и биологических объектов, которые прошли успешные испытания и внедрены в ведущих организациях Украины и России. Результаты диссертации также внедрены в учебном процессе.

Ключевые слова: временные и частотные параметры, фазометрия, спектрометрия, фазовая синхронизация, пространственно развитый невзаимный объект, амплитудный спектр, фазовый спектр, комплексный электрический импеданс, пульсовая волна, артериальное давление.

ABSTRACT

Sharpan O. B. Determination of condition, time and frequency parameters of non-reciprocal dynamic objects distributed in space. Methods and multiposition systems. - Manuscript.

Thesis for the degree of Doctor of Technical Science in specialty 05.11.13 - Devices and methods for control and determination of material structure - National technical university of Ukraine "Kiev polytechnic institute", Kiev, 2006.

Dissertation focuses on development and investigation of advanced methods and systems, enabling high-speed accurate determination of time and frequency parameters of spatially distributed non-reciprocal dynamic objects and spectral parameters of signal expansion inside the objects for purposes of non-ruining (noninvasive) identification of their internal structure, layer composition and condition.

Major findings of investigation, namely, cover developed basic criteria for evaluating structure and condition of spatially distributed dynamic objects of various physical nature; formulated methodology for comparison signal formation as well as theory of spatial measurements of time, frequency and spectrum; grounded principles for buildup of wideband spatially distributed systems of ampliphasemetry, ampliphase spectrometry, complex imedancemetry and impedance tomography.

Methodology of hemo-dynamic system status identification is worked out based on pulse amplitude and phase spectrometry in traditional (according to Fourier) and non-traditional (according to Wolsch, REX and CoREX) orthogonal bases. A newly developed method of spatial correlation-spectral oscillometry is suggested for noise-resistant measurement of arterial pressure parameters under exposure to interference and artefacts of high intensity.

Efficiency of designed systems and methods has been proven through practical application of information-and-measurement technologies in the assessment of technical and biological objects condition. All systems and methods have been successfully tested and put into operation in leading Ukraine's and Russia's institutions. The dissertation's findings are introduced in university curricula.

Key words: time and frequency parameters, phase measurement, spectrometry, phase synchronization, spatially distributed non-reciprocal object, amplitude spectrum, phase spectrum, complex electrical impedance, pulse wave, arterial pressure.

Размещено на Allbest.ru