Нелинейная рефлектометрия с применением видеоимпульсных тестовых сигналов

тронных пар, наблюдаемых на мониторе персонального компьютера. Как видно из представленных рисунков, сигнал регистрируется с каждой оптопары с временным сдвигом по оси X и степенью сжатия стенок пищевода по оси У.

Перистальтика пищевода на 3-ем и 4-ом каналах (рис. 5) оптико-электронного зонда соответствует средней и нижней части грудного отдела исследуемого органа. Заключение исследований -перистальтика пищевода нарушена, т.к. наблюдается хаотичная, нехарактерная для нормы, реакция стенок на данном участке исследуемого органа.

На примере одного из обследованных больных чётко подтверждается диагноз дисфагии пищевода,

заключающийся в недостаточной перистальтической работе стенок на конкретном уровне исследуемого органа. С помощью диаграмм определён участок, обладающий этим функциональным нарушением.

Заключение

Как показали проведённые исследования, разработанный оптико-электронный диагностический комплекс способен чётко выявлять функциональные нарушения пищевода и может быть эффективным дополнительным инструментом для регистрации таких патологий, как кардиоспазм и ахалазия кардии, кардиальная грыжа пищеводного отверстия диафрагмы, рефлюкс-эзофагит и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Черноусов А.Ф., Богопольский П.М., Курбанов Ф.С. Хирургия пищевода. - М.: Медицина, 2000. - 353 с.

2. Сакс Ф.Ф., Байтингер В.Ф., Медведев М.А., Рыжов А.И. Функциональная морфология пищевода. - М.: Медицина, 1987. - 172 с.

3. Gunther S.V., Votyakov V.F., Grekhov I.S. System for investigation of functional abnormalities of esophagus // Works of the 9th Intern. Scientific and Practical Conf. of Students, Post-graduates and Yong Scientists. - Tomsk, 2003. - P. 152-154.

УДК 621.317.757

НЕЛИНЕЙНАЯ РЕФЛЕКТОМЕТРИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИДЕОИМПУЛЬСНЫХ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ

Э.В. Семёнов

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники E-mail: edwardsemyonov@narod.ru

Приведены результаты экспериментальных исследований по зондированию видеоимпульсными сигналами линии передачи, содержащей линейную и нелинейную неоднородности. Показано, что использованная характеристика нелинейности преобразования сигналов позволяет различать характер неоднородностей (линейная или нелинейная) с применением видеоимпульсных тестовых сигналов и определять расстояние до нелинейной неоднородности.

Введение

Рефлектометрия с применением видеоимпульсных тестовых сигналов позволяет получить информацию о наличии неоднородностей в линии передачи, расстоянии до них и характере их импеданса. При использовании синусоидальных тестовых сигналов исследуют нелинейность преобразования сигналов неоднородностями в линии передачи (в качестве примера приведем прибор для исследования проводных линий «Визир»). Нелинейные свойства проявляют полупроводниковые элементы

[1], а также дефекты линии передачи, представляющие собой контакты металл-окисел-металл

[2]. Представляет интерес использование видеоимпульсных тестовых сигналов и для исследования нелинейности преобразования сигналов неодно-родностями. В [3, 4] рассмотрен метод исследования нелинейности преобразования сигналов объектом, допускающий использование видеоимпульсных тестовых сигналов.

Цель данной статьи - рассмотреть применение метода [3] для исследования нелинейности преобразования сигналов неоднородностями в линии передачи с использованием видеоимпульсных тестовых сигналов.

1. Метод исследования

За основу возьмем метод [3]. Метод включает последовательное воздействие на исследуемый объект двумя тестовыми сигналами х

где Х1(ю) и Х2(о) - спектры тестовых сигналов, К1(ю) - известная или заданная функция. Характеристика нелинейности е(/) преобразования сигналов определяется по формуле [3]:

е(/)=м1(/)-/"1[К1-1(ю)]*м2(/), где - обратное преобразование Фурье, и() и м2(/) - отклики объекта на тестовые сигналы х() и х1({) соответственно, * - символ свертки.

Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 3

Учтем, что генератор тестовых сигналов вносит искажения, и фактически полученные на его выходе сигналы х1(/) и отличаются от требуемых тестовых сигналов х*(0 и х*(0. Если генератор вносит только линейные искажения сигналов, то

Х,

где XX) и Х() - спектры сигналов х*0)и Х*(0 соответственно, Нг(а>) - функция, определяющая линейные искажения тестовых сигналов генератором. Из (1) и (2) следует, что К1(а)=Х1(а)/Х1(а)=Х*(а)/Х^(а). В этом случае К) удобно отыскивать как отношение спектров требуемых тестовых сигналов. Регистрировать фактически полученные тестовые сигналы не обязательно. Если же генератор вносит нелинейные искажения воспроизводимых сигналов, то в общем случае Х2(а)/Х1(а)^Х^(ю)/Х*(ю). В этом случае К) нельзя искать как отношение спектров Х*() и Х*(). В связи с этим будем регистрировать фактически полученные тестовые сигналы и отыскивать К) как отношение их спектров. Тестовые сигналы и отклики исследуемой линии передачи регистрировались одним каналом приемника, а их разделение осуществлялось стробированием по времени.

В качестве тестового сигнала х*(0 использовался прямоугольный видеоимпульс длительностью 4,3 нс. Второй тестовый сигнал должен отличаться от первого по форме или амплитуде [3]. Для того чтобы не уменьшать энергию сигнала х*(0 по сравнению с энергией сигнала х*(0, получим сигнал Х*(0 преобразованием сигнала х*(0 при помощи фазового корректора. Ограничимся фазовым корректором второго порядка. Это позволит выполнять данное преобразование при помощи как цифровых, так и аналоговых корректоров1 [5] (в данном исследовании использовался цифровой корректор). Передаточная функция фазового корректора второго порядка выглядит следующим образом [5]: / • \2 0 • 2 Н (=-т-,

(ja) + —ja+an m0

тора подавался на параллельно соединенные вход приемника и вход исследуемой линии передачи с нео-днородностями. В качестве приемника использовался осциллограф Tektronix TDS1012 (входное сопротивление 1 МОм, входная емкость 20 пФ). Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя осциллографа составляла 1 ГГц.

Исследуемая линия передачи (рис. 1) включала два каскадно соединенных отрезка коаксиального кабеля РК75-4-15 (волновое сопротивление 75 Ом) длиной 15 м и 10 м, поглощающую оконечную нагрузку R1 сопротивлением 75 Ом, диод Шотки VD1 BAT46 (нелинейная неоднородность), включенный согласно рис. 1 на расстоянии 15 м от генератора, и конденсатор Cl емкостью 18 пФ (линейная неоднородность), включенный параллельно резистору R1. Емкость конденсатора была выбрана так, чтобы отклик данной неоднородности мало отличался от отклика неоднородности в виде диода Шотки. Это позволило проверить возможность различения характера неоднород-ностей (линейная или нелинейная) по характеристике нелинейности при одинаковых откликах неодно-родностей на импульсный тестовый сигнал.

15 м _Qi а10 м_0|

—i— i

<rQ-

VDl

X

Cl

Rl

Рис. 1. Исследуемая линия передачи с линейной и нелинейной неоднородностями

3. Результаты эксперимента и их анализ

Результаты эксперимента приведены на рис. 2. Слева приведены тестовые сигналы (х1( ¡) - кривая 1, х2( /) - кривая 2). Справа приведены отклик и(¡) исследуемой линии передачи на сигнал х1( I) (кривая 3) и характеристика нелинейности е( ¡) (кривая 4). В отклике линии передачи вначале наблюдается отклик от нелинейной неоднородности, а затем от линейной (нелинейная неоднородность находится ближе к началу линии, чем линейная).

где 0 - частота, для которой ащ[Н(/ю0)]=-п, т -коэффициент крутизны фазовой характеристики. Диапазон значений параметров т и 0, при которых формы первого и второго тестовых сигналов существенно различаются, достаточно широк. Было принято, что т=1/2 и 0/(2п)=14,6 МГц.

2. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка включала цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который использовался в качестве генератора тестовых сигналов. Частота дискретизации ЦАП составляла 235 МГц, номинальное выходное сопротивление генератора было 75 Ом. Амплитуда тестового сигнала х{( I) на выходе генератора составляла 0,25 В. Выходной сигнал генера-

l50 200

t, НС

Рис. 2.

Тестовые сигналы

1 В используемом диапазоне частот аналоговые пассивные фазовые корректоры реализуемы как на элементах с сосредоточенными параметрами [5], так и на связанных линиях [6-8].

0

50

100

250

300

В окрестности отклика от нелинейной неоднородности наблюдается экстремум характеристики нелинейности Представляется, что точность, с которой полученная характеристика нелинейности отражает нелинейность преобразования сигналов неоднородностями, ограничивается в основном нелинейностью приемника (т.е. вносимыми приемником дополнительными нелинейными искажениями регистрируемых сигналов)2. Это утверждение основано на том, что в окрестности отклика от линейной неоднородности, рис. 2, наблюдается незначительно превышающий уровень шума экстремум е(7). Этот экстремум характеризует нелинейность преобразования сигналов приемником, если не предполагать нелинейности преобразования сигналов линейной неоднородностью.

Выводы

Рассмотренная характеристика нелинейности, полученная с использованием видеоимпульсных

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вернигоров Н.С. Процесс нелинейного преобразования и рассеяния электромагнитного поля электрически нелинейными объектами // Радиотехника и электроника. - 1997. - Т. 42. -№10. - С. 1181-1185.

2. Штейншлейгер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металлическими объектами // Успехи физических наук. - 1984. -Т. 142. - Вып. 1. - С. 131-145.

3. Семёнов Э.В. Исследование нелинейности преобразования детерминированных сверхширокополосных сигналов путем линейного комбинирования откликов объекта на линейно зависимые тестовые сигналы // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 4. - С. 18-21.

4. Семёнов Э.В. Сопоставление методов сверхширокополосной нелинейной локации, использующих один и несколько зонди-

тестовых сигналов для линии передачи, содержащей линейную и нелинейную неоднородности, имеет экстремум в окрестности отклика от нелинейной неоднородности. В остальной части отклика линии передачи (в том числе и в окрестности отклика от линейной неоднородности) существенного превышения характеристики нелинейности над уровнем шума не наблюдается. Различение характера неоднородностей (линейная или нелинейная) с применением упомянутой характеристики нелинейности возможно. Такая возможность сохраняется и в том случае, если отклики неоднородностей на тестовый сигнал x1(t) неразличимо сходные (как это имеет место в проведенном эксперименте). Экстремум характеристики нелинейности локализован во времени, что обеспечивает возможность определения расстояния до нелинейной неоднородности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (грант Президента РФ № МК-1702.2004.8).

рующих импульсов // Радиолокационное исследование природных сред: Труды XXIII Всеросс. симп. - Санкт-Петербург, 2005. - Вып. 5. - С. 305-310.

5. Кисель В.А. Аналоговые и цифровые корректоры: Справочник. - М.: Радио и связь, 1986. - 184 с.

6. Семёнов Э.В., Малютин Н.Д., Маничкин А.Н. Фазовое звено с характеристиками функционального антипода С-секции // Радиотехника. - 2001. - № 5. - С. 32-35.

7. Семёнов Э.В., Малютин Н.Д. Широкополосные корректоры группового времени запаздывания на основе спиралеобразных связанных линий // Радиотехника. - 1998. - № 2. - С. 50-53.

8. Семёнов Э.В. Фазовые фильтры на основе связанных линий и их применение для аналоговой обработки широкополосных сигналов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Томск, 1998. - 22 с.

2 Нелинейные искажения сигналов в генераторе допустимы, т.к. регистрируются фактически полученные тестовые сигналы и ^(й) отыскивается как отношение их спектров.