高級(jí) CODAS 是WinDaq波形瀏覽器播放和分析軟件的無縫軟件增強(qiáng)功能。高級(jí)CODAS本質(zhì)上是一個(gè)分析功能的工具箱,在其波形分析方法中提供了幾乎無限的靈活性。本應(yīng)用筆記旨在詳細(xì)檢查每個(gè)高級(jí)CODAS分析功能,試圖使讀者了解可能應(yīng)用于他或她自己的應(yīng)用的分析原理。以下頁面中使用的波形示例是從大量WinDaq軟件用戶中獲取的。但是,它們所代表的應(yīng)用不應(yīng)被解釋為限制產(chǎn)品在其他領(lǐng)域的潛在使用。在任何給定情況下,這種限制都是分析實(shí)用程序本身和用戶想象力的功能。
需要強(qiáng)調(diào)的是,所有高級(jí) CODAS 分析功能都作為真正的磁盤流處理器運(yùn)行。采集的波形信息通過分析功能從磁盤流式傳輸,并作為計(jì)算通道返回到磁盤。您可以分析的數(shù)據(jù)量?jī)H受硬盤驅(qū)動(dòng)器大小的限制。此外,高級(jí)CODAS生成的所有波形都會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)到適當(dāng)?shù)臏y(cè)量單位。
高級(jí)CODAS的微積分函數(shù),積分和導(dǎo)數(shù),允許靈活的單位變換。上述例子中演示的相同原理幾乎可以應(yīng)用于醫(yī)療或工業(yè)應(yīng)用中遇到的任何度量單位。
波形積分 — 用于曲線下面積測(cè)定
將復(fù)雜函數(shù) k ∫ f(t) dt 簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單操作
四種輸入模式:
絕對(duì)值 — 將負(fù)信號(hào)折疊到零以上,在積分(全波整流)之前加入正信號(hào)
雙極性 — 集成零以上和零以下的信號(hào)
正單極性 — 阻止零以下信號(hào)積分(+半波整流)
負(fù)單極性 — 阻止零以上的信號(hào)被積分(- 半波整流)
自動(dòng)縮放允許以與時(shí)間相關(guān)的任何測(cè)量單位進(jìn)行校準(zhǔn)(以秒為單位)。
四種復(fù)位方法允許定期積分復(fù)位,無需手動(dòng)干預(yù):
過零 ― 每次信號(hào)通過零時(shí)將累積面積重置為零。
時(shí)間 ― 在預(yù)設(shè)時(shí)間將累積面積重置為零
Level ― 在指定的面積值處將累積面積重置為零
外部 — 將另一個(gè)通道的峰值捕獲標(biāo)記的累積面積重置為零
兩種顯示模式:
連續(xù) — 連續(xù)顯示集成波形
復(fù)位前采樣并保持 — 消除零復(fù)位轉(zhuǎn)換,同時(shí)保持總累積面積直到下一次復(fù)位
積分函數(shù)生成輸入通道的曲線下面積。Advanced CODAS的獨(dú)特之處在于它能夠生成“連續(xù)”的集成波形通道。沒有其他軟件包提供積分器復(fù)位方法,允許連續(xù)、不間斷、自動(dòng)顯示積分波形。有四種積分復(fù)位方法可用:輸入通道過零時(shí)、特定時(shí)間間隔、特定計(jì)算面積水平上,或從另一個(gè)通道外部,該通道已通過高級(jí)CODAS峰值捕獲算法標(biāo)記了拐點(diǎn)。
圖2顯示了在所有情況下使用過零復(fù)位方法的不同輸入模式。圖1的輸入信號(hào)是從氣流傳感器或氣管獲得的呼吸波形。圖2的呼吸量窗口顯示了根據(jù)呼吸流量計(jì)算的吸氣/呼氣量波形的產(chǎn)生。設(shè)置呼吸量窗口以積分零以上和零以下(雙極性)的信號(hào),并在輸入信號(hào)通道的每次過零時(shí)復(fù)位。
圖 1— 該呼吸流量波形將用作積分函數(shù)的輸入信號(hào),可以在數(shù)學(xué)上描述為 ±f(t)。
圖 2— 說明了在所有四種情況下使用過零復(fù)位方法的高級(jí) CODAS 積分函數(shù)的四種輸入模式。
吸氣量設(shè)置與呼吸量通道相同,只是積分器整流模式僅針對(duì)陽性信號(hào)設(shè)置。吸氣體積通道的三角形波形的每個(gè)正峰值就是吸入的總累積空氣量。呼氣量通道僅針對(duì)陰性信號(hào)設(shè)置。絕對(duì)音量通道顯示積分器整流模式設(shè)置為絕對(duì)值時(shí)產(chǎn)生的波形(負(fù)信號(hào)折疊到零以上以加入正信號(hào))。
圖3顯示了積分的電平和時(shí)間復(fù)位方法,以及使用采樣/保持來生成類似直方圖的峰值積分值顯示。每次呼吸量窗口顯示逐次呼吸吸氣量的峰值。它的設(shè)置與頂部窗口(吸氣量)相同,但激活了采樣/保持。單位時(shí)間交易量窗口說明了每 0.8 秒重置一次積分。每個(gè)音量窗口的時(shí)間顯示電平重置的使用。在這種情況下,當(dāng)吸氣量達(dá)到預(yù)定的40毫升體積時(shí),就會(huì)發(fā)生重置。
圖 3— 說明了高級(jí) CODAS 積分功能復(fù)位方法。所有四種情況都顯示正單極性模式。
波形整流 — 用于任何輸入波形的整流視圖
三種演示模式:
絕對(duì)值 — 將負(fù)信號(hào)折疊到零以上以連接正信號(hào)(全波整流)
正單極性 — 阻斷零以下信號(hào)(+半波整流)
負(fù)單極性 — 阻斷高于零的信號(hào)(-半波整流)
積分的整流器部分可作為單獨(dú)的功能提供,并允許輸入通道進(jìn)行半波或全波整流。
圖4顯示了整流對(duì)呼吸流波形的影響。吸氣流道是從呼吸血流中提取的信號(hào)的正半部分。通過選擇“正單極”產(chǎn)生吸氣流量,這會(huì)阻止顯示所有負(fù)面信號(hào)。呼氣流道顯示了從呼吸流道中選擇“負(fù)單極”的效果,該流道會(huì)阻止所有陽性信號(hào)。絕對(duì)流道是呼吸流量“絕對(duì)值”的顯示,它將負(fù)信號(hào)折疊到零以上以加入正信號(hào)。
圖 4— 說明了呼吸流波形的高級(jí) CODAS 整流功能。
波形峰值和谷值捕獲 — 用于檢測(cè)循環(huán)最小值和最大值
自動(dòng)峰值捕獲輸入波形的每個(gè)周期,以實(shí)現(xiàn)最大(峰值)和/或最?。ü戎担┢?/p>
通過高級(jí) CODAS 報(bào)告生成器將移植到分析包的數(shù)據(jù)減少至少 40:1
在WinDaq 獲取或高級(jí) CODAS 計(jì)算的通道上運(yùn)行
在無限數(shù)量的波形周期內(nèi)工作
可變閾值檢測(cè)器幾乎可與任何工業(yè)或醫(yī)療類波形配合使用
可配置為峰、谷值或峰谷檢測(cè)
在輸入波形上放置易于識(shí)別的峰值和谷值標(biāo)記
允許從WinDaq波形瀏覽器播放和分析軟件查看和編輯峰谷標(biāo)記
基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集的一個(gè)固有特征是能夠生成波形信息的大型數(shù)據(jù)文件。對(duì)于WinDaq系統(tǒng)尤其如此,因?yàn)樗鼈兙哂袑⒉ㄐ涡畔⑦B續(xù)記錄到磁盤的獨(dú)特能力。遺憾的是,ASYST 和 Lotus 1-2-3 等波形分析實(shí)用程序在可導(dǎo)入的采集數(shù)據(jù)數(shù)量方面極為有限。此外,波形分析通常從確定定義周期內(nèi)的最大和最小波形偏移開始。這些數(shù)量由高級(jí) CODAS 峰值捕獲實(shí)用程序自動(dòng)得出。它檢測(cè)關(guān)鍵的周期性最大和/或最小波形偏移,并與報(bào)告生成器(見下一節(jié))一起將波形流減少到其分量逐周期元素:峰值和谷值偏移值以及任何測(cè)量單位的平均值和時(shí)序信息。將減少的數(shù)據(jù)報(bào)告到您最喜歡的分析包中,可將其容量擴(kuò)展至少 40 倍,同時(shí)允許您專注于分析和最終演示。
示例 — 峰值檢測(cè)動(dòng)脈壓波形,以提取收縮壓、舒張壓、平均壓和心率。
高級(jí)CODAS操作:
動(dòng)脈壓波形的峰值和谷值捕獲最?。ㄊ鎻垑海┖妥畲螅ㄊ湛s壓)拐點(diǎn)。
輸入波形:動(dòng)脈壓(毫米汞柱)。
捕獲的峰值和谷值波形(為清晰起見,顯示時(shí)禁用了網(wǎng)格線)。檢測(cè)到的峰值數(shù)據(jù)點(diǎn)表示收縮壓,谷值檢測(cè)到的數(shù)據(jù)點(diǎn)表示舒張壓。
波形報(bào)告生成器 — 用于生成峰值捕獲波形的報(bào)告
以波形的測(cè)量單位報(bào)告峰值捕獲波形的峰值和/或谷點(diǎn)
推導(dǎo)并報(bào)告逐周期波形平均值(曲線下面積除以時(shí)間)和時(shí)序值
報(bào)告用于 X-Y 繪圖的峰和谷值樣本數(shù)
接受四個(gè)周期定義:谷到谷;峰到峰;谷峰;峰谷到谷
自動(dòng)完整地注釋每個(gè)報(bào)告
可選擇時(shí)序值縮放:以秒為單位的間隔;以赫茲為單位的費(fèi)率;和速率(以每分鐘周期數(shù)為單位)
支持兩種輸出數(shù)據(jù)格式:表格 ASCII 實(shí)數(shù)(所有電子表格都接受);ASYST 和 ASYSTANT 兼容浮點(diǎn)二進(jìn)制文件
對(duì)可選組(1 個(gè)(無平均)的報(bào)告值執(zhí)行逐周期平均,直至 32,767 個(gè)周期
高級(jí) CODAS 報(bào)告生成器 (RG) 接受使用高級(jí) CODAS 峰值捕獲實(shí)用程序捕獲的波形(請(qǐng)參閱上一節(jié)),并以波形的測(cè)量單位生成峰值和/或谷點(diǎn)報(bào)告。RG包含允許其進(jìn)一步報(bào)告平均值和時(shí)序信息的算法。通過計(jì)算曲線下面積除以時(shí)間得出的平均值,以波形的測(cè)量單位逐周期報(bào)告。波形周期時(shí)序可以報(bào)告為以秒為單位的間隔,也可以報(bào)告為以赫茲為單位的速率或以每分鐘周期為單位的速率。還提供了報(bào)告的峰值和谷值點(diǎn)的樣本數(shù),允許通過分析包繪制每個(gè)點(diǎn)值與時(shí)間的關(guān)系。RG 專為靈活性而設(shè)計(jì),允許您逐個(gè)周期或最多 32,767 個(gè)周期的平均值指定點(diǎn)值報(bào)告。它支持所有流行的電子表格和文本編輯器(例如,Lotus 1-2-3,Quatro,PC-Write,Microsoft Word等)以及科學(xué)分析包ASYST和ASYSTANT的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。RG文件與高級(jí)CODAS峰值捕獲實(shí)用程序結(jié)合使用,可讓您花更多時(shí)間進(jìn)行分析,而不是提取波形信息,從而使您最喜歡的分析包發(fā)揮作用。
報(bào)告生成器操作:
生成峰值和谷值捕獲壓力的報(bào)告,指定電子表格打印文件(CS V)輸出格式。繪制收縮壓、舒張壓和平均壓力與時(shí)間的關(guān)系圖(以秒為單位)。用于生成此圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括心率,但未繪制。
波形微分 — 用于確定變化率
將復(fù)雜函數(shù) kd [f(t)]/dt 簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單操作
可變平衡濾波消除了輸出與輸入波形的相移
自動(dòng)縮放允許以與時(shí)間相關(guān)的任何測(cè)量單位進(jìn)行校準(zhǔn)(以秒為單位)
導(dǎo)數(shù)函數(shù)推導(dǎo)出輸入通道的變化率。導(dǎo)數(shù)的獨(dú)特之處在于能夠在生成變化率通道時(shí)將平衡移動(dòng)平均濾波器直接應(yīng)用于輸入通道。這允許變化率與原始通道及時(shí)對(duì)齊。
左心室壓(LVP)的導(dǎo)數(shù)如圖5所示。LVP 是從 Millar 導(dǎo)管尖端微型壓力傳感器獲得的,該傳感器已進(jìn)入心臟的左心室。心肌收縮和放松的強(qiáng)度或速度在以下衍生通道中說明。
通道d(LVP)2/dt(無濾波器)包含大量噪聲。然而,通道d(LVP)7/dt顯示了使用7點(diǎn)平衡移動(dòng)平均濾波器來降低微分噪聲。將濾波器設(shè)計(jì)為導(dǎo)數(shù)函數(shù)的一部分,將兩步過程減少到一個(gè),從而消除了在生成導(dǎo)數(shù)之前對(duì)通道進(jìn)行濾波的需要。
圖 5— 說明了心室壓力波形上的高級(jí) CODAS 分化功能。
波形移動(dòng)平均濾波器 — 用于濾除噪聲,或用于從相通道生成平均壓力通道
變量過濾器提供 2 到 1000 個(gè)點(diǎn)的平滑
導(dǎo)數(shù)的移動(dòng)平均濾波器作為單獨(dú)的函數(shù)提供。這種類似Iow的通濾波器可以應(yīng)用于任何輸入通道以降低噪聲。它還可用于從相性動(dòng)脈血壓通道生成平均壓力通道。
圖6的舒張末期壓力通道顯示了圖 5的 LVP 通道在沒有濾波的情況下擴(kuò)展了 4 倍。下一個(gè)通道是將 5 點(diǎn)移動(dòng)平均濾波器應(yīng)用于 LVP 通道的結(jié)果,以產(chǎn)生更清晰的圖像,從中得出 EDP 值。
平均主動(dòng)脈壓力通道是使用 250 點(diǎn)移動(dòng)平均值從主動(dòng)脈壓力通道生成的。主動(dòng)脈壓力通道來自用于產(chǎn)生 LVP 通道的同一換能器,但在導(dǎo)管通過主動(dòng)脈瓣進(jìn)入左心室之前。移動(dòng)平均濾波因子設(shè)置為等于主動(dòng)脈壓力通道的采樣率。這近似于模擬單極Iow通濾波器中用于生成平均壓力通道的1秒時(shí)間常數(shù)。
圖 6— 說明了主動(dòng)脈壓波形上的高級(jí) CODAS 移動(dòng)平均濾波器功能。
波形數(shù)學(xué)函數(shù) — 用于將波形組合為任意數(shù)學(xué)方程的函數(shù)
支持 +、-、×、÷、abs( )、exp、sqrt、log 和 ln 函數(shù)
支持精確增量的波形相移
自動(dòng)波形校準(zhǔn),無論應(yīng)用何種操作
圖 7是WinDaq波形瀏覽器的打印屏幕,顯示了生成調(diào)幅 (AM) 波形的數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果。前兩個(gè)波形由WinDaq/Pro錄音軟件采集。最底部的兩個(gè)波形是使用高級(jí)CODAS數(shù)學(xué)函數(shù)實(shí)用程序以數(shù)學(xué)方式生成的。通道1(最上層)是載波波形。通道 2 是調(diào)制波形。由于調(diào)制波形不能通過零來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制,因此通道3是由數(shù)學(xué)函數(shù)實(shí)用程序通過向通道2的波形添加固定偏移來得出的。為了清楚起見,我們將此波形顯示為中間步驟。實(shí)際上,偏移可以指定為生成通道4的AM信號(hào)的公式的一部分。通道 4 是將通道 1 乘以通道 3 生成的 AM 信號(hào)。圖 8是WinDaq波形瀏覽器回放和分析軟件生成的 AM 信號(hào)的 FFT。FFT的中心峰值(載波頻率)由調(diào)制信號(hào)引起的上下邊帶包圍顯示。
圖7
圖8
高級(jí) CODA 應(yīng)用示例
背景:俄亥俄州伊利湖岸是兩座核電站的所在地。由于它也是地震斷層的所在地,NRC建立了一個(gè)地震觀測(cè)站來監(jiān)測(cè)該地區(qū)的地震活動(dòng)。來自天文臺(tái)的信息被傳播給土木工程師,作為發(fā)電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和維護(hù)的輔助工具。
目的:從WinDaq 獲得的地震速度波形中得出地球位移的度量值,該波形由 89 年 3 月 22 日發(fā)生的地震產(chǎn)生。
圖9
圖10
程序:圖9最上面的波形是地震速度(cm/s)。使用高級(jí)CODAS積分實(shí)用程序,圖9的第二個(gè)通道(以厘米為單位的位移)是通過將速度與過零時(shí)發(fā)生的復(fù)位積分得出的。由于每個(gè)地震周期的正方向和負(fù)方向的最大位移分別發(fā)生在峰值和谷值點(diǎn),因此波形通過高級(jí)CODAS峰谷探測(cè)器。峰值捕獲軟件放置在波形上的垂直標(biāo)記指示每個(gè)地震周期的峰值和谷點(diǎn)。峰值捕獲的波形通過高級(jí)CODAS報(bào)告生成器,以生成每個(gè)周期的最大和最小位移值的ASYSTANT兼容文件。圖10是Microsoft Excel軟件生成的3/22/89地震峰峰值地震位移的統(tǒng)計(jì)分布。
審核編輯:郭婷
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