تفسیر خط تبدیل و خط مبنا و سیگنال های آن

سیستم ضبط پاورلب* دارای برد A/D و همچنین آمپلی فایر است و از طریق پورت USB آن با کامپیوتر ارتباط برقرار می کند.

همانطور که قبلا ذکر شد، یک مرحله مهم در هنگام انجام تبدیل A/D، نگه داشتن سیگنال ورودی در محدوده ولتاژ ورودی ADC است. در مورد ما، اگر سیگنال ورودی از 10000 میلی ولت تجاوز کند، یک عدد باینری 16 بیتی با مقدار اعشاری معادل 65535 همچنان به رایانه بازگردانده می شود. بنابراین کامپیوتر ولتاژ ارسالی را 10+ میلی ولت تفسیر می کند که اشتباه خواهد بود. به این خطا اشباع ADC می گویند. با این حال، سیگنال ورودی باید تا حد امکان از محدوده ولتاژ ورودی ADC بدون اشباع ADC باشد، زیرا این نسبت سیگنال به نویز را افزایش می دهد. بنابراین اگر محدوده ولتاژ سیگنال ورودی بسیار کوچکتر از +/-10000 میلی ولت باشد، سیگنال باید قبل از تغذیه به ورودی ADC تقویت شود.

هر ADC دارای حداکثر نرخ نمونه برداری است. در برخی شرایط، این حداکثر نرخ نمونه برداری به اندازه کافی بالا نیست که شرایط Nyquist ذکر شده در بالا را برآورده کند. در این صورت، می توان سیگنال آنالوگ را قبل از ارسال به ADC از یک فیلتر پایین گذر عبور داد. این فیلتر بخشی از محتوای فرکانس بالای سیگنال را حذف می کند که در غیر این صورت فرکانس پایینی دارد و محتوای فرکانس پایین جعلی را در امتداد خطوط نشان داده شده در بالا تولید می کند. توجه داشته باشید که این فیلتر ضد نام مستعار می تواند اطلاعات فرکانس بالا را که اهمیت فیزیولوژیکی برای پدیده مورد بررسی دارد حذف کند. اگر حفظ این فرکانس های بالاتر مهم است، چاره ای جز استفاده از یک سیستم جمع آوری داده بهتر که نرخ نمونه برداری بالاتری دارد، وجود ندارد.

یک سیگنال بیولوژیکی را می توان به فرکانس های اساسی تقسیم کرد که هر فرکانس شدت خاص خود را دارد. نمایش شدت ها در همه فرکانس ها یک طیف توان است. معمولاً ما به سیگنال های یک محدوده فرکانس یا پهنای باند خاص علاقه مند هستیم. پهنای باند توسط فیلترها تعیین می شود که دستگاه هایی هستند که ترکیب فرکانس سیگنال را تغییر می دهند.

فیلتر انتخابی فرکانس ایده آل: فیلتری است که دقیقاً سیگنال ها را در یک مجموعه فرکانس عبور می دهد و بقیه را به طور کامل رد می کند. سه نوع فیلتر وجود دارد:

• فرکانس پایین یا در اصطلاح قدیمی high pass. فرکانس های پایین را فیلتر می کند.
• فرکانس بالا یا در اصطلاح قدیمی پایین گذر. فرکانس های بالا را فیلتر می کند.
• فیلتر ناچ. یک فرکانس، معمولاً 60 هرتز را فیلتر می کند.

هر سیگنال ناخواسته ای که سیگنال مورد نظر را تغییر دهد نویز است. می تواند چندین منبع داشته باشد.

• نویز حرارتی: حرکت تصادفی اتم ها این نویز تصادفی و یکنواخت را ایجاد می کند. نویز حرارتی در همه جا وجود دارد و چگالی طیفی توان (PSD) تقریباً ثابتی دارد.
• تداخل: تحمیل یک سیگنال ناخواسته از یک منبع خارجی بر روی سیگنال مورد نظر.
• نویز نمونه برداری: یکی دیگر از مصنوعات فرآیند اکتساب، نویز نمونه برداری زمانی رخ می دهد که یک سیگنال پیوسته را با یک مبدل A/D دیجیتالی کنید که تعداد مراحل محدودی دارد. جالب است بدانید که می توانید سیگنال خود را برای کاهش نویز کلی نمونه برداری (نویز سفید را اضافه کنید: به عنوان مثال: با فرکانس تغییر نمی کند) سیگنال های خود را به هم بزنید.
• باند باریک / پهنای باند: دو دسته کلی از نویز. نویز باند باریک خود را به بخش نسبتاً کوچکی از پهنای باند سیگنال کلی که توسط Nyquist تعریف شده محدود می کند. نویز پهن باند بخش قابل توجهی از پهنای باند Nyquist را اشغال می کند. به عنوان مثال، 60Hz-Hum باریک است زیرا معمولا خود را به یک جزء 60 هرتز محدود می کند. نویز حرارتی قطعا پهن باند است زیرا PSD آن ثابت است، به این معنی که انرژی خود را تقریباً در کل طیف توزیع می کند.

نسبت سیگنال به نویز (SNR): اندازه گیری دامنه واریانس سیگنال نسبت به واریانس نویز است. هر چه SNR بالاتر باشد، بهتر می توانید سیگنال خود را از نویز تشخیص دهید.