Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

2013.03.04.

Orvosi jelfeldolgozás De, mi az a jel?

Információ

Jel: Információt szolgáltat (információ: új ismeretanyag, amely csökkenti a bizonytalanságot).

információ: 1. Megjelent.

1. Egy beteg.

2. Panasza?

2. Fáj a fogam.

3. Melyik?

3. Bal alsó 2-es.

Zaj: minden, ami nem jel. Relatív fogalmak. A körülményektől függ, hogy mi a jel.

Melyik fog fáj?

Információtartalom 1. Felső? - nem. 16 lehetséges hely. Csökkenő bizonytalanság. 2. Baloldalon? - nem. 8 lehetséges hely.

diagnózis

terápia

Jelek osztályozása 1. Nem elektromos jelek (pl. vérnyomás, testhőmérsklet, stb)

Elektromos jelek (pl. EKG, EEG, EMG, stb)

átalakítás

A pontos hely öt eldöntendő kérdéssel

Információ tartalom: 5 bit (25 = 32)

Elektromos jel

azonosítható. 32 lehetséges válasz. A bizonytalanság mértéke nagy.

Elektromosság elve alapján működnek az eszközök.

feldolgozás

1

2013.03.04.

Jelek osztályozása 2.

Jelek osztályozása 3. analóg jel

hang

digitális jel

ekg

Egy adott tartományon belül bármilyen értéket felvehet.

Testmagasság:

Csak meghatározott, véges számú értékeket vehet fel.

mérés

analóg jel

Jel és zaj

Magasság: 175 cm (csak meghatározott értékek)

Jelfeldolgozó lánc

A zaj gyakran véletlen jelenség!

Jel/zaj arány:

Ideális eset: nincs zaj!

Ez a mennyiség jellemzi a mérés minőségét.

Valódi mérés: a zaj mindig jelen van!

A magasabb érték a kedvezőbb!

Hogyan növelhetjük?

Analóg (a) és digitális (b) jelfeldolgozás. Növeljük a jel arányát.

Csökkentjük a zajszintet.

2

2013.03.04.

Elektromos tér

Elektromos potenciál

Töltésekre erőhatást fejt ki. (E – elektromos térerősség) Statikus (időben álladó) erőteret töltések hoznak létre.

Statikus térben a munka nem függ az úttól, csak Atól és B-től. Legyen B a végtelenben:

U A  U A

  F  E Q

UA – az A pont potenciálja, és:

Munkavégzés:

  WAB   F  s  Q   E  s

U AB 

WAB Q

Feszültség (U): Mértékegysége: volt (V)

Elektromos áram Definíció: töltések egyirányú, rendezett mozgása. Nagyságát az I áramerősség adja meg. Mértékegysége: amper (A)

U AB  U A  U B

Egyenáram Egyenáram: az áram iránya nem változik. Elektromos teljesítmény A feszültség definíciója alapján: W = QU.

I

Az áramerősség definíciójából: Q = It.

Q t

E

A kettő összevetéséből:

U l

Az áramerősség függ az anyag minőségétől, az A keresztmetszettől és az E térerősségtől.

Pelektromos 

Wel U I t

3

2013.03.04.

Effektív feszültség, effektív áram

Váltóáram Váltóáram: az áram iránya periodikusán változik.

Definíció: annak az egyenfeszültségnek, egyenáramnak az értéke, amelynek a teljesítménye ugyanakkora mint az adott váltófeszültségé, vagy váltóáramé.

frekvencia: periódusok száma időegység alatt. P U I  I2 R 

f  U  U max  sint 

1 T

U eff 

  2   f

Fémek: elektronok (elsőfajú vezetők)

Elektrolitok: ionok (másodfajú vezetők)

Legjobb szigetelő a vákuum.

I eff 

I max 2

Áramköri elemek aktív

passzív Szigetelők: erőtér hatására elmozduló töltéseket nem tartalmaznak.

ill.

(A fenti összefüggések szinuszos jelalak esetében érvényesek.)

Vezetők és szigetelők Vezetők: erőtér hatására elmozduló töltéseket tartalmaznak.

U max 2

U2 R

ellenállás dióda

kondenzátor

induktivitás

tranzisztor

4

2013.03.04.

Ellenállás

Kondenzátor U  Ed

Ha a fémlemezekre töltéseket viszünk fel, a lemezek között homogén elektromos erőtér alakul ki. A két lemez közötti erőtér nagysága és a lemezek közötti U feszültség a felvitt Q töltéssel arányos.

C

Q U

C 

A d

A vezetőben kialakuló E térerősség hatására gyorsuló töltések átlagsebességét az anyag szerkezete határozza meg. Az átlagsebességtől függ az időegység alatt átlépő elektronok száma azaz az áramerősség. A vezető ezt a tulajdonságát ellenállásnak nevezzük és R-el jelöljük. Mértékegysége: ohm (W)

Ohm-törvény:

R

U I

C a kondenzátor kapacitása.

Az előzőek alapján az R értéke függ az anyagi minőségtől, hosszától keresztmetszetétől.

Mértékegysége: farád (F)

r = fajlagos ellenállás.)

Vezetőképesség Az ellenállás reciprokát vezetőképességnek nevezzük. Mértékegysége a siemens.

A fajlagos ellenállás reciproka a fajlagos vezetőképesség. Jele: s

s

1

r

Rr

l A

Mágneses tér Az elektromos térrel ellentétben csak mozgó töltésekre fejt ki erőhatást. Nagyságát a mágneses indukció B adja meg.

Lorentz-erő: arányos a töltés nagyságával, sebességével és a mágneses tér erősségével.

F

5

2013.03.04.

Mágneses indukció

Induktivitás

A Lorentz-erő a mozgékony elektronokra hatva töltés szeparációt, feszültséget hoz létre.

Mozgó vezető mágneses térben.

Állandó áram mágneses teret kelt a tekercsben. Ideális tekercs ellenállása és így a feszültségesés is nulla. Váltakozó áram azonban váltakozó mágneses teret kelt, ami feszültséget indukál a tekercsben. A keletkezett feszültség arányos az áram megváltozásának gyorsaságával. Az arányossági tényező az induktivitás L. Mértékegysége H henry.

Váltakozó áramú ellenállás, impedancia

Kirchoff-törvények Csomóponti törvény

ellenállás:

XR  R

frekvencia független

Hurok törvény

I1 I

kondenzátor:

induktivitás:

XC 

1 C

X L  L

frekvenciafüggő

I2 frekvenciafüggő

I = I1 + I2

U = - (U1 + U2)

6

2013.03.04.

Soros, párhuzamos kapcsolás Soros kapcsolás

Áramkörök

Párhuzamos kapcsolás

Elektromos elemekből álló egység.

egyszerű (passzív elemekből álló)

I

U U U   R R1 R2

IR = IR1+ IR2

1 1 1   R R1 R2

R = R1 + R2

integrált áramkör

LC kör

erősítő

RC-kör váltóáramú viselkedése

RC-kör egyenáramú viselkedése Feltöltődés

   

RC kör

I  I1  I 2

U = U1 + U2

t   U C  U T  1  e RC 

összetett (passzív és aktív elemekből álló)

Aluláteresztő szűrő

Kisülés

  RC

 = időállandó

UC  U0  e



Felüláteresztő szűrő

t RC

7

2013.03.04.

Rezgőkör (LC-kör)

Rezonancia Energiacsere egy oszcilláló rendszer és a környezete között akkor lehetséges, ha a rendszer saját frekvenciája és a gerjesztő erő frekvenciája megegyezik.

Elektromos és mágneses tér Az elektromos és mágneses tér periódikusan felépül és lebomlik.

f 

1 2 LC

Félvezető eszközök n-típusú félvezető

A dióda működése

p-típusú félvezető

elektronok mozognak „lyukak” mozognak

n- és p-típusú félvezetőből álló két réteg közvetlenül egymás mellett.

8

2013.03.04.

Dióda áramkörben nyitóirány

záróirány

Dióda alkalmazása (példák) Egyenirányító

Sugárzás érzékelő

Záróirányú feszültség esetén a sugárzás töltéshordozókat hoz létre és létrejön az áram.

A tranzisztor működése Három félvezető rétegből épül fel.

NPN tranzisztor (van PNP is )

9