Úloha 4. Analýza signálů Požadované znalosti: Lidský hlas a jeho vlastnosti; Elektické vlastnosti tkání, uč. 1. Měření napětí a fekvence elektických signálů osciloskopem Naučit se manipulaci s osciloskopem a používat jej po měření napětí a fekvence střídavých elektických signálů. Potřeby k měření: Dvoukanálový osciloskop, geneáto střídavého napětí (dále jen "geneáto"), popojovací vodiče. Pacovní postup: 1) Pomocí kabelu popojte geneáto s osciloskopem, tj. výstup geneátou se vstupem vetikálního zesilovače osciloskopu (kanál A nebo B). 2) Zapněte osciloskop, nastavte optimální jas a zaostření stopy, ověřte si posun stopy vetikálně a hoizontálně, vyzkoušejte si přepínání vychylovacího činitele a časové základny skokovými a plynulými egulátoy. 3) Plynulé egulátoy vychylovacího činitele a časové základny (menší čevené ovladače) na osciloskopu nastavte do pavé kajní polohy, kde po následující měření zůstanou. 4) Zapněte geneáto, plynulými egulátoy a přepínači napětí a fekvence nastavte libovolné paamety výstupního signálu geneátou. 4) Přepínačem vychylovacího činitele osciloskopu (na kanálu s připojeným signálem) nastavte maximální výšku stopy v ozmezí souřadnicového astu obazovky. Přepínačem časové základny osciloskopu nastavte polohu, při níž bude na obazovce 5-10 peiod zobazeného signálu. 5) Pvkem po svislý posun upavte polohu stopy zobazeného signálu tak, aby bylo možno přesně odečíst VÝŠK STOPY v dílech souřadnicového astu (Y). Do připavené tabulky si zaznamenejte tuto výšku stopy a nastavený vychylovací činitel (S), kteý udává velikost napětí na jeden díl astu. Pvkem po vodoovný posun upavte polohu stopy zobazeného signálu tak, aby bylo možno přesně odečíst POČET CELÝCH PEIOD signálu. Do tabulky si zaznamenejte tento počet celých peiod (N), počtu peiod odpovídající hoizontální počet dílů astu (X) a hodnotu časové základny v s/díl(t). (Údaje časové základny na levé staně přepínače časové základny jsou v ms/díl, na pavé v μs/díl nutno přepočítat!) 6) Opakujte postup popsaný v bodech 3. až 5. ještě 4x po jiné výazně změněné napětí a fekvence výstupního signálu geneátou. 7) a) Vypočtěte napětí po všechny měřené signály použitím vztahu = Y. S /V/ kde Y značí počet vetikálních dílů astu odpovídajících výšce stopy zobazeného půběhu a S je vychylovací činitel (V/díl) nastavený kalibovaným přepínačem b) Vypočtěte fekvenci f po všechny měřené signály použitím vztahu N f /Hz/ X. T
kde N značí počet vybaných peiod zobazených půběhů, X je počet hoizontálních dílů astu, odpovídající počtu vybaných peiod, a T značí hodnotu časové základny (s/díl) nastavenou kalibovaným přepínačem 8) Vytvořte tabulku s hodnotami výšky stopy, vychylovacího činitele a s vypočtenými hodnotami napětí () měřených signálů a tabulku s hodnotami počtu hodnocených peiod (N), s odpovídajícími počty hoizontálních dílů astu (X), s nastavenými hodnotami časové základny (T) a s vypočtenými hodnotami fekvence (f) měřených signálů 2. Analýza akustických pvků Oscilogafická analýza hlásek Potřeby k měření: Dvoukanálový osciloskop, geneáto střídavého napětí (dále jen "geneáto"), popojovací vodiče, mikofon, nízkofekvenční zesilovač, ladička (slouží jako zdoj pevného kmitočtu), nazvučovací kladívko. Pacovní postup: 1) Elektoakustický řetězec je ealizován popojením mikofonu se zesilovačem. Ten je přes přepínací panel (Z/G) popojen s osciloskopem. Zapněte zesilovač, osciloskop i geneáto. 2) Nejpve Nyní stanovte fekvenci ladičky. Ladičku uchopte co nejníže, nazvučte ji kladívkem a těsně přibližte jejím čelem souose k mikofonu. Na osciloskopu skokovým i plynulým egulátoem časové základny nastavte vhodný počet kmitů (2 nebo 3 a snažte se zastavit signál) a jejich vhodnou amplitudu zesilovačem nebo egulátoem vetikálního vychylovacího systému osciloskopu. Přepínač na panelu přepněte do polohy G. egulátoy na osciloskopu ponechte v nastavených polohách a snažte se změnou fekvence na geneátou střídavého napětí docílit stejného počtu zastavených kmitů jako v případě ladičky. 3) Nyní začněte s vlastním měřením fekvence samohlásek. Přepínač vaťte do polohy Z. Do mikofonu intonujte samohlásku a skokovým a plynulým egulátoem časové základny si nastavte vhodný počet kmitů. Na obazovce osciloskopu se zobazí oscilogafický půběh hlásky, kteý zakeslete do potokolu. (Při analýze signálu hlásky na osciloskopu je možné zastavit zobazovaný signál na osciloskopu jemným doladěním časové základny - pomocí otočného čeveného egulátou na časovém panelu. Po doladění a zastavení půběhu signálu je na obazovce osciloskopu zobazen vždy plný počet peiod, díky zapnuté extení časové synchonizaci signálu). Přepínač přepněte do polohy G. egulátoy na osciloskopu ponechte v nastavených polohách a snažte se změnou fekvence na geneátou střídavého napětí (volbou fekvenčního dosahu stlačením příslušného spínače i plynulou změnou pomocí otočného měniče) docílit stejného počtu zastavených kmitů jako v případě hlásky, fekvenci nastavenou na geneátou zapište. 4) Opakujte po všechny samohlásky. 5) Zvolte někteou z dříve měřených samohlásek a tuto intonujte nejnižším možným tónem. Změřte nepřímo příslušnou fekvenci takto intonované hlásky pomocí geneátou (bod 1) a hodnotu fekvence zaznamenejte. Měření zopakujte s intonací stejné samohlásky nejvyšším možným tónem a zaznamenejte opět její fekvenci. Zaznamenejte do potokolu náčtem půběh signálu u jednotlivých samohlásek a jejich příslušnou fekvenci. veďte nepřímo stanovenou fekvenci po zvolené samohlásky po intonaci nejnižším a nejvyšším tónem. Dále zpacujte do potokolu signál ladiček: nákes a
příslušné stanovené hodnoty fekvencí. Přesvědčte se, zda nalezené fekvence přibližně odpovídají skutečným fekvencím ladiček. čete váš fekvenční ozsah po vybanou samohlásku. V diskusi výsledky okomentujte a poveďte úvahu nad půběhem signálu, kteý by vznikl současným ozezvučením obou ladiček. 3. Fekvenční závislost impedance tkáně a jejího modelu Seznámit se s funkcí pasivních elektických pvků v obvodu střídavého poudu s poměnnou fekvencí, s použitím těchto pvků jako modelu tkáně, ověřit impedanční chaakte tkáně v obvodu střídavého poudu s poměnnou fekvencí.
Potřeby k měření Nízkofekvenční geneáto střídavého napětí (dále jen geneáto), dvoukanálový osciloskop, popojovací modul, popojovací vodiče, 2 výměnné konektoy - známý ezisto a model tkáně (paalelní zapojení ezistou a kondenzátou) nebo sepaovaný ezisto, výměnný konekto se známým ezistoem a s vodiči ke snímacím elektodám, snímací kožní elektody, buničitá vata, EKG gel, éte. Pacovní postup 1. K popojovacímu modulu připojte vodiče z geneátou a obou kanálů (A,B) vetikálního zesilovače osciloskopu (zelené zemnící banánky vodičů připojte do zemnících zdířek popojovacího modulu). Do odpovídající zásuvky modulu zasuňte konekto se sepaovanou ezistancí N po měření ezistance modelu tkáně (hodnotu ezistance N si opište z papíu, kteý naleznete u této úlohy - budete ji později potřebovat po výpočty). Spávnost zapojení poovnejte se schématem v návodu a uveďte do povozu osciloskop a geneáto. 2. Na kanálu A vetikálního zesilovače osciloskopu nastavte vychylovací činitel 0,5 V/T, tzn. 0,5 voltu na jeden díl měřícího astu. Na geneátou nastavte fekvenci 500 Hz a egulací jeho výstupního napětí nastavte výšku zobazené stopy na kanálu A osciloskopu na 2 díly měřícího astu (g=1 V). 3. Hodnotu vychylovacího činitele na kanálu B nastavte tak, abyste mohli přesně odečíst výšku jeho stopy. ychlost časové základny egulujte pomocí ovladače č.13 (viz. návod na ovládání osciloskopu přiložený na stole). Připavte si tabulku, do kteé budete zaznamenávat fekvenci měřeného napětí, výšku stopy na kanálu B v dílech měřícího astu a nastavenou hodnotu vychylovacího činitele kanálu B. 4. Měření poveďte po následující fekvence: 500 Hz, 5 khz, 50 khz a 500 khz. Po každém nastavení fekvence zkontolujte a případně upavte výstupní napětí geneátou na kanálu A osciloskopu (1 V). 5. Stejný postup použijte po měření impedance modelu tkáně Z. 6. Po měření impedance tkáně Ztkáň zasuňte do zásuvky popojovacího modulu konekto s vodiči ke snímacím elektodám a zapojení poovnejte se schématem v návodu. Honí končetinu v oblasti předloktí odmastěte éteem a potřete EKG gelem. Pomocí upevňovacího gumového pásku připevněte na potřená místa obě elektody (na dozální a volání stanu). Postřednictvím banánků připojte k elektodám vodiče z konektou na popojovacím modulu. Dále postupujte stejně jako při měření impedance modelu tkáně. 7. Po všechny poměřované fekvence zaneste do tabulky odečtené hodnoty výšky zobazeného signálu, vychylovací činitele a vypočtené hodnoty všech napětí. Dále uveďte tabulku s vypočítanými ezistancemi a impedancemi modulu i tkáně po všechny fekvence. Po výpočet použijte následující vztahy: n I n n g Z I g Vytvořte gaf závislosti těchto vypočítaných hodnot na fekvenci (vše zaneste do jednoho gafu). Schéma po měření fekvenční závislosti obvodů s elektickými pvky po modelování tkání - celkové schéma (honí část) - zapojení jednotlivých konektoů s elektickými pvky nebo s připojenými elektodami (dolní část) z z
GENEÁTO g VÝMĚNNÝ KONEKTO OSCILOSKOP KANÁL A KANÁL B MODEL n MODEL Z SNÍMACÍ ELEKTODY Z 4. Měření kožního odpou Ověřit velikost kožního odpou a možnosti jeho ovlivnění. Potřeby k měření: Multimet HC506, dvě povchové elektody, gumový pásek, popojovací vodiče, buničitá vata, éte, fyziologický oztok, EKG gel. Pacovní postup: 1) Pomocí gumového pásku připevněte na předloktí vyšetřované osoby dvě elektody (jednu na volání, duhou na dozální stanu) a popojovacími vodiči je spojte se zdířkami COM a V měřidla. Otočným přepínačem měřidla nastavte polohu po měření odpou (symbol Ω). 2) Zapněte měřidlo. Opakovaným stiskem tlačítka ANGE nastavte vhodný měřicí ozsah (ozsahy jsou na displeji indikovány symboly Ω, kω a MΩ). Vzhledem k obvykle indikované nestálé hodnotě měřeného odpou stiskněte tlačítko HOLD a odečtěte velkými číslicemi naposled indikovanou hodnotu ezistance 1 (malé číslice indikují další půběžně měřené hodnoty). Vypněte měřidlo, sejměte elektody z předloktí vyšetřované osoby. 3) Pokožku v místech, kde byly umístěny elektody, odmastěte pomocí éteu. Po přiložení elektod na stejná místa změřte dle bodu 2. ezistanci 2. 4) Na pokožku v místech, kde byly umístěny elektody, aplikujte fyziologický oztok. Po přiložení elektod na stejná místa změřte dle bodu 2. ezistanci 3.
5) Na pokožku v místech, kde byly umístěny elektody, aplikujte EKG gel. Po přiložení elektod na stejná místa změřte dle bodu 2. ezistanci 4. Vytvořte tabulku změřených ezistancí 1 až 4 a v diskuzi vysvětlete ozdíly mezi naměřenými hodnotami s uvedením možných faktoů ovlivňujících velikost fyziologické hodnoty kožního odpou M L T I M E T H E X A G O N 3 4 0 POPIS VYBANÝCH OVLÁDACÍCH PVKŮ (1) LCD displej (2) Tlačítka jednotlivých funkcí (3) Otočný přepínač měřicích funkcí (5) Vstupní zdířka po měření Ω, V, kapacity (6) Společná zdířka (zem) po všechny měřicí ozsahy Obsluha multimetu při měření odpou: - přívodní kabely připojte do zdířek multimetu označených COM a V - otočný přepínač nastavte do polohy po měření odpou - symbol Ω - při ozpojených kabelech je indikován údaj OL - po připojení kabelů k měřenému objektu je na displeji zobazena hodnota odpou objektu - po stisknutí tlačítka HOLD číslice displeje indikují poslední naměřenou hodnotu (je vhodné použít při kolísání zobazovaných hodnot např. při měření kožního odpou) - po odečtení a zapsání hodnoty odpou opět stiskněte tlačítko HOLD je zobazována další měřená hodnota odpou (povádění dalšího měření) - po ukončení všech měření vypněte multimet nastavením otočného přepínače do polohy OFF - dojde-li k automatickému vypnutí multimetu (asi po 17 min. jeho nečinnosti), aktivujte jeho povoz stisknutím tlačítka SELECT