Мікросистеми, Електроніка та Акустика

Формування спектрального складу вихідної напруги перетворювачів ядерного магнітного резонансу

2024-01-03T14:41:38+02:00

У даній роботі розглянуто побудову асинхронної системи керування напівпровідникових перетворювачів ядерного магнітного резонансу. Обґрунтовано актуальність досліджень, вказано основні проблеми та складнощі, які виникають при побудові таких систем. Виведено математичну модель інвертора, на основі якої побудовано систему керування з асинхронною широтно-імпульсною модуляцією. Запропоновано еквівалентну схему перетворювача з постійною структурою, постійними параметрами та еквівалентним генератором ЕРС. В роботі встановлено відповідність між еквівалентною схемою перетворювача та його математичною моделлю у вигляді диференціальних рівнянь. Для розробки алгоритму системи керування визначено залежність зміни частоти відносно резонансної частоти від зсуву фаз між струмом через фільтр і напругою на антенному контурі. Для чого була побудована модель у Simulink та проведено відповідне моделювання. Отримано чисельні залежності зміни частоти опорного сигналу та фазового зсуву. В статті розглянуто підвищення ефективності пристрою для ядерного магнітного резонансу за рахунок використання багаторівневих інверторів з налаштуванням частоти роботи. Моделювання трирівневого інвертора показало, що коли ємність резонансного контуру змінюється, а отже, і резонансна частота контуру, вхідний струм збільшується. Після відпрацювання алгоритму автоматичного підлаштування частоти збільшення споживаного струму можна нівелювати. Наведено часові діаграми напруг і струмів на основних елементах перетворювача, які ілюструють реалізацію асинхронної широтно-імпульсної модуляції в системі керування. Отримані результати моделювання також показують, що можна зменшити амплітуду третьої гармоніки. До недоліків запропонованої системи можна віднести те, що частота перетворювача регулюється на кожному наступному періоді його роботи. Робота також показує, що можна покращити спектральний склад зондувальної напруги, що генерується перетворювачем, використовуючи більше рівнів багаторівневого інвертора. Однак збільшення кількості рівнів знижує швидкість дії системи та ускладнює саму систему управління. Тому вказано на необхідність дотримання балансу між кількістю рівнів інвертора та складністю системи.

Використання методу k-найближчих сусідів для класифікації концентрації препаратів та ризику кардіотоксичності з використанням потенціалів позаклітинних полів та реконструйованих потенціалів дії серцевих клітин

2024-03-06T14:17:13+02:00

Системи з мікроелектродними решітками (МЕР) важливі для вимірювання позаклітинних потенціалів поля (ПП) клітин серця, що є важливим кроком в оцінці кардіотоксичності. Однак, без модифікації БЕР система здатна реєструвати лише потенціали поля. Це обмежує кількість параметрів для оцінки кардіотоксичності лише параметрами ПП, в той час як параметри потенціалу дії (ПД) залишаються невикористаними. Для вирішення цієї проблеми БЕР системи модифікують, щоб використовувати електро- або оптопорацію для реєстрації локальних позаклітинних потенціалів дії (ЛППД), що дозволяє отримувати сигнали з достовірною морфологію ПД. З іншого боку, існує альтернатива модифікації МЕР систем, що дозволяє уникнути стимуляції клітинної мембрани ⸺ математична реконструкція ПД.

У цьому дослідженні вивчається, як використання додаткових параметрів реконструйованих потенціалів дії (РПД), отриманих з ПП, може підвищити точність таких моделей машинного навчання як k-найближчих сусідів (k-NN) для класифікації концентрацій лікарських препаратів та ризику їхньої кардіотоксичності.

Класифікатор k-NN було натреновано на комбінаціях параметрів ПП та РПД. Перевірка моделей була проведена за допомогою п'ятикратної перехресної валідації та міжканальної валідації. Якість k-NN моделей була оцінена за допомогою таких метрик точності як частота помилок, макро влучність, макро повнота та макро F1-міра.

Результати показали, що включення РПД параметрів до набору ознак підвищило F1-міру моделі k-NN для класифікації концентрації Dymethylsulfoxide (DMSO) до 10.78% порівняно з моделями, які були натреновані виключно на ознаках з ПП.

Визначення ознак апное сну за допомогою методів машинного навчання в поєднанні зі зменшенням розмірності ознак варіабельності серцевого ритму

2024-03-06T14:23:28+02:00

Синдром обструктивного апное під час сну (СОАС) є хворобою, що виникає внаслідок повторюваних епізодів зупинки верхніх дихальних шляхів (апное) або їх стиснення (гіпопное), які виникають на рівні фарингею, з збереженою функцією дихальних м'язів. Останнім часом більше уваги приділяється дослідженням того, як ідентифікувати апное за аналізу серцевої діяльності на основі варіабельності серцевого ритму (ВРС). У цій роботі аналіз ВРС для виявлення ознак апное виконується за допомогою різних типів параметрів у часовому і частотному доменах. Застосовано кілька методів шкалювання та зменшення розмірності, таких як аналіз головних компонент, t-розподілене вкладення стохастичної близькості і рівномірну апроксимацію та проекцію різноманіття. Після цього було навчено низку класифікаторів: k-найближчих сусідів, логістичну регресію, машини опорних векторів, дерево рішень, випадковий ліс і градієнтне підсилення. З використанням даних від 70 пацієнтів з бази даних Apnea-ECG (платформа Physionet) досягнута точність 100% в усіх класифікаторах і методі зменшення розмірності на основі рівномірної апроксимації та проекції різноманіття. Особливістю запропонованого підходу є застосування машинного навчання до параметрів ВРС після зменшення їх розмірності, що може бути використано в реальних умовах для виявлення СОАС.

Дослідження обмежень робочих параметрів мережі IEEE 802.11 ac в каналі 20 МГц

2024-04-02T12:02:34+03:00

Метою дослідження є оцінити граничні значення експлуатаційних характеристик безпроводової мережі IEEE 802.11 ac в режимі з найбільшою швидкістю передавання (MCS8) у частотному каналі 20 МГц з одним просторовим потоком, за умови наявності в мережі значної кількості активних станцій з насиченим навантаженням. Для дослідження застосовано альтернативну модель процесів у мережах IEEE 802.11, що ґрунтується на концепції віртуального конкурентного вікна. Отримано числові дані й наведено графіки залежності пропускної здатності каналу, затримки передавання та нерівномірності затримки за наявності в мережі від однієї до шістнадцяти активних станцій з насиченим навантаженням, у разі передавання кадрів з обсягом даних 512 або 1500 байтів. Визначено максимально можливу пропускну здатність каналу з частотною смугою 20 МГц (68,387біт/с), у разі застосування кадрів з максимально великим навантаженням (11454 байти), передбаченим стандартом. Наведено також розрахункові дані про кількість колізій, що має місце в мережі з насиченим навантаженням і кількість кадрів, переданих на різних етапах доступу до каналу. Одержані результати корисні для обґрунтованого планування безпроводових мереж і налаштування параметрів мережного обладнання.

Безiндуктивний широкополосний енергоефективний активний балун для частот до 60 ГГц

2024-03-05T13:36:22+02:00

У статті представлено безіндуктивний широкосмуговий енергоефективний активний балун з використанням 22нм технології на основі диференціальної пари. Даний пристрій може працювати в діапазоні частот від 2 ГГц до 60 ГГц з напругою живлення 0,8 В і споживати до 3 мА струму. Особливістю цього активного балуна є те, що він не має індуктивних компонентів, що зменшує його розмір і втрати сигналу. Що стосується характеристик вихідного сигналу, то його амплітуда коливається від 450 мВ до 200 мВ в робочому діапазоні частот. Коефіцієнт посилення сигналу в діапазоні від 1 ГГц до 60 ГГц змінюється від -10 дБ до 4 дБ, розмір схеми на мікросхемі 48 мкм на 34 мкм. Крім того, прилад має високу швидкодію і малу похибку дисбалансу фаз, яка становить менше 2^о.

При розробці використовувалися сучасні методи дизайну та верифікації схеми перед виготовленням. Завдяки відсутності індуктивних елементів, активний балун, маючи невеликі розміри та знижене енергоспоживання, Відповідає необхідним умовам, щоб наступні блоки пристрою могли обробляти згенерований сигнал.

Під час побудови топології пристрою була проведена перевірка на наявність паразитних явищ, таких як паразитні ємності та опори, а також проведена перевірка на виснаження провідників під дією струму. Виконане топологічне креслення дозволило провести моделювання, яке наближає результати схеми до поведінки мікросхеми після виготовлення.

Загалом цей неіндуктивний широкосмуговий енергоефективний активний балун використовується як вхідний блок частотного поділу. Огляд актуальних конструкцій широкосмугового балуна, придатних для модуляції сигналів без нижчих частот зрізу, проведено дял порівняльної характеристики параметрів розробленого балуна.

Недоліком схеми можна назвати дисбаланс амплітуд, тому після активного балуна необхідно використовувати підсилювач, хоча найчастіше підсилювачі ставлять на вході будь-яких схем.

Запропонована схема демонструє найкращий розмірно-фазовий баланс у поєднанні з малою потужністю.

Він дозволяє отримувати стабільний сигнал на високій швидкості передачі даних і забезпечує енергозбереження за рахунок низького споживання струму.