Швеллер 12 – все характеристики и ГОСТы горячекатаного изделия + Видео

1 Виды и характерные особенности горячекатаной швеллерной продукции с профилем № 12

Профили этого типоразмера (под номером 12) используются в качестве несущих (как балки, опоры и тому подобное) и вспомогательных (продольные и поперечные ребра жесткости) элементов конструкций различного назначения, в том числе строительных, когда расчетная нагрузка в месте их установки мала. Таким образом, швеллерный прокат № 12 по-своему уникален и незаменим, так как с технической и экономической точек зрения было бы совершенно неоправданно вместо него устанавливать, например, швеллер № 40, № 30, № 20 или даже № 14.

Швеллерный прокат № 12

Как уже было отмечено выше, швеллер № 12 производят по стандарту 8240. Все изделия, производимые по этому ГОСТу, отличаются от любой иной продукции швеллерного сечения. Ознакомиться со всеми основными различиями, в том числе по способу изготовления, можно в 1-ой главе публикации этого сайта о швеллере 16. Все описанные в этом материале особенности изделий стандарта 8240 распространяются и на швеллерную горячекатаную продукцию № 12. Ознакомление с 1-ой главой той публикации позволит сформировать достаточно ясное представление о профиле № 12 стандарта 8240. И, во всяком случае, никому после этого не придет в голову, например, искать гнутый швеллер, маркируемый числом 12, или информацию о нем, так как его попросту не производят.

ГОСТ 8240, являясь стандартом сортамента, устанавливает виды и типоразмеры выпускаемых по нему швеллеров с соответствующими определенными размерами и величиной площади поперечного сечения, весом одного метра, длиной и предельными отклонениями от всех данных величин, а также прочими характеристиками, которые зависят от этих параметров.

Сразу следует отметить, что согласно стандарта 8240 рассматриваемый швеллерный прокат № 12 – это все швеллеры данного ГОСТа, производимые с высотой стенки профиля 120 мм. В общей сложности выпускается 4 серии (вида) горячекатаных П-образных изделий № 12, деление на которые было выполнено по геометрическим размерам, а также форме поперечного сечения их профиля:

• У – так обозначается серия швеллера 12, у которого грани полок с внутренней стороны профиля имеют уклон;
• П – у которого грани полок (с внешней и наружной стороны) параллельны;
• Э – швеллеры 12 так называемой экономичной серии, у которых грани полок (с внешней и наружной стороны) параллельны;
• Л – швеллеры 12 легкой серии, у полок которых грани (с внешней и наружной стороны) параллельны.

И согласно такому делению соответствующие серии швеллерного проката № 12 обозначаются и маркируются: швеллер 12У, 12П, 12Э и 12Л.

Кроме того, в зависимости от значения величины такого параметра, как перекос полки, швеллерные профили этого стандарта еще делят по точности их изготовления на:

• прокат обычной категории точности;
• повышенной;
• высокой.

2 Вес, размеры и остальные характеристики профилей № 12 по сериям из стандарта 8240

Ниже представлены только основные параметры: вес швеллера № 12, геометрические размеры и площадь его поперечного сечения. Со всеми остальными характеристиками, устанавливаемыми ГОСТ 8240, можно ознакомиться в самом этом стандарте или в соответствующей статье сайта – «Швеллеры ГОСТ 8240».

Швеллер стальной 12

Как уже отмечалось выше, высота всех швеллеров № 12, независимо от их вида и серии – 120 мм. Все остальные размерные параметры сечения горячекатаного П-образного профиля № 12 по сериям согласно стандарта 8240 следующие:

Площадь поперечного сечения швеллера 12 по сериям:

• 12У и 12П – 13,3 см²;
• 12Э – 13,09 см²;
• 12Л – 6,39 см².

И одна из самых важных характеристик, которая нужна абсолютно всем, от проектировщиков до строителей и прочих потребителей швеллера – сколько будет весить один метр используемого проката. Масса 1 м горячекатаного профиля № 12 по сериям:

• 12У и 12П – масса 10,4 кг;
• 12Э – масса 10,24 кг;
• 12Л – 5,02 кг.

3 Техтребования к изготовлению – марки стали, параметры прочности и качества

Помимо приведенных выше характеристик, регламентируемых ГОСТ 8240, для проектирования и последующего сооружения любых конструкций из швеллера необходимо знать и другие его параметры: марку стали, из которой он произведен, прочностные (физико-механические) и другие свойства, включая различные показатели качества изготовления. Все эти сведения следует искать уже в других ГОСТах – стандартах технических условий.

В общей сложности на горячекатаную продукцию ГОСТ 8240 распространяется не один, а семь стандартов технических условий – по одному на каждую определенную область практического применения и способ использования этих швеллеров. И, само собой разумеется, в каждом из данных стандартов все вышеупомянутые характеристики (прочность, марка стали и прочие) строго определены и кардинально отличаются от тех, что регламентируются другими шестью ГОСТами технических условий. Причем это становится очевидным даже после простого ознакомления со списком всех стандартов техусловий для швеллеров ГОСТ 8240 (включая профиль № 12). Вот этот перечень ГОСТов:

• 535-2005 – этот стандарт распространяется на стальную металлопродукцию общего и специализированного использования, изготовляемую из углеродистой стали обыкновенного качества;
• 19281-2014 – распространяется на стальную металлопродукцию повышенной прочности, которая производится из качественных нелегированных, а также низколегированных сталей и применяется для сборки или возведения разнообразных конструкций;
• 27772-2015 – на прокат, который используется для возведения или сборки стальных строительных и иных конструкций, а также применяемый для многих иных целей;
• Р 52927-2015 и 5521-93 – на стальные металлоизделия, используемые для строительства судов, а также разнообразных морских и речных конструкций и сооружений различного назначения и климатического исполнения;
• Р 55374-2012 и 6713-91 – на стальную металлопродукцию, предназначенную для возведения мостов и сборки различных их конструкций.

Швеллер 12 — размеры, вес 1 метра, ГОСТ 8240 97

Швеллер 12 – востребованный вид проката, имеющий поперечное сечение П-образной формы и высоту стенки 120 мм. По способу изготовления различают горячекатаный профиль и гнутый. Для первого характерны четкие наружные углы, повышенная прочность, благодаря небольшому утолщению во внутренних углах, вероятные дефекты поверхности и невысокая точность размеров. Второй тип проката имеет скругленные наружные углы, одинаковую ширину стенки и полки, приемлемое качество поверхности, благодаря исправлению дефектов во время гибки на станах.

Горячекатаный швеллер 12: сортамент, характеристики

При производстве этого вида фасонного проката применяются:

• сталь углеродистая обыкновенного качества (ст3 сп/пс) – для конструкций, эксплуатируемых при умеренных нагрузках и нормальных погодных условиях;
• низколегированная сталь (09Г2С) – для металлоконструкций, предназначенных для эксплуатации при низких температурах и повышенных нагрузках.

Размеры горячекатаного швеллера регламентируются ГОСТом 8240-97, в соответствии с которым выпускается профиль с внутренними гранями полок, расположенным под уклоном 4-10%, и с параллельными внутренними гранями полок серий «П», «Э», «Л». Диапазон углов уклона внутренних граней может быть ужесточен по требованию заказчика.

Таблица размеров и массы швеллера 12

Профильные изделия экономичной серии имеют более тонкую стенку, легкой серии – меньшие ширину и толщину полки, толщину стенки, по сравнению с изделиями серии «П». Стандартная длина хлыстов, поступающих к потребителю, – 2-12 погонных метров, по согласованию с заказчиком она может быть увеличена. При расчетах, сколько весит швеллер, используют усредненную плотность стали 7,85 кг/дм³.

Горячекатаный швеллер с высотой стенки 120 мм способен выдерживать достаточно высокие нагрузки на изгиб и прогиб. Этот профиль используется в несущих конструкциях в качестве основного несущего или дополнительного усиливающего элемента. Области его применения: каркасное строительство, изготовление каркаса под отделочные материалы (устройство вентилируемых фасадов), усиление фундаментов, устройство ограждений и лестниц, изготовление нестандартного производственного оборудования, машиностроение.

Гнутый швеллер 12: особенности производства и характеристики

Гнутый швеллер имеет скругленные внешние углы, одинаковую толщину стенки и полок, может быть равно- и неравнополочным. Производство равнополочного профиля определяется ГОСТом 8278-83, неравнополочного – государственным стандартом 8281-80. Неравнополочный прокат имеет достаточно ограниченные, узкоспециализированные области применения. Точность изготовления – обычная, повышенная, высокая.

Таблица сортамента равнополочного гнутого швеллера 12

Гнутый металлический профиль изготавливается на профилегибочных станах из горяче- и холоднокатаных полосовых заготовок. Во время процесса гибки исправляются некоторые дефекты поверхности. При производстве гнутого швеллера, помимо углеродистых сталей обыкновенного качества, качественных конструкционных и низколегированных, используются оцинкованные заготовки и полосы из коррозионностойкой стали. Оцинкованный профиль применяется в условиях повышенной влажности, нержавеющий – на предприятиях, на которых предъявляются высокие требования по коррозионной стойкости, гигиеническим и эстетическим характеристикам.

Помимо стали различных марок, для изготовления гнутого профильного проката П-образной формы используется алюминий и медь, а также сплавы на их основе. Продукция из алюминиевых сплавов применяется в конструкциях, для которых важно сочетание небольшого удельного веса, коррозионной стойкости и хорошей прочности.

компания Металлинвест в Компании Металлинвест

Швеллер — классификация и область применения

Швеллер — это металлическое изделие, в поперечном сечении образующее букву «П». У швеллера различают стенки и полку. На поперечном срезе стенкой называют «перемычку», а полками — ножки буквы «П». Важнейшими характеристиками полок и стенки являются типоразмеры. Так под высотой швеллера понимают высоту его полок.

Стальной швеллер изготавливают из стального проката способом горячей прокатки заготовок на сортовых станах. Швеллер изготавливают с уклоном внутренних граней полок и с параллельными полками. Номер швеллера указывает его высоту.

Характеристика сортамента и классификация швеллера

Швеллер гнутый изготавливается из рулонной горячекатаной и холоднокатаной углеродистой стали обыкновенного качества, качественной углеродистой и низколегированной стали.

По способу изготовления швеллеры делятся на следующие виды:

• Швеллеры стальные горячекатаные;
• Швеллеры стальные специальные;
• Швеллеры стальные гнутые равнополочные;
• Швеллеры стальные гнутые неравнополочные.

В соответствие со своим назначением швеллер подразделяется на:

• Обычный, швеллер широкого применения, сортаментом регламентируемым требованиями ГОСТ 8240-89;
• Специальный, предназначенный для автомобильной промышленности, сортамент по ГОСТ 19425-74;
• Специальный для вагоностроения сортамент ГОСТ 5267.1-90.

Горячекатаный швеллер — производится путем горячего проката металла. Горячекатаный швеллер специального назначения изготавливается согласно ГОСТ 19425-74 и специально разработан по отраслевым запросам. Чаще всего такой швеллер востребован в вагоностроении, так как обладает необходимыми измененными геометрическими характеристиками.

Например, стальной горячекатаный швеллер с отогнутой полкой для вагонеток (производится по ГОСТ 21026-75), отогнутая вверх полка которого имеет отклонение от ширины полки 6-10%. Достоинство такого швеллера в том, что изготавливаясь из легированной стали, он не имеет ограничений по свариванию.

Швеллер стальной горячекатаный

изготавливается согласно ГОСТ 535-88 в двух видах:

• Швеллер с уклоном внутренних граней полок: 5, 6.5, 8, 10, 12, 14, 16, 16а, 18, 18а, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 40;
• Швеллер с параллельными гранями полок П: 5П, 6.5П, 8П, 10П, 12П, 14П, 16П, 16аП, 18П, 18аП, 20П, 22П, 24П, 27П, 30П, 33П, 36П, 40П;

Швеллер с уклоном граней — изготавливается швеллер горячекатаный с уклоном граней согласно ГОСТ 8240-97 и имеет уклон противоположных полок от 4% до 10%. Маркируется такой швеллер буквой «У» и цифрой перед ней, определяющей расстояние между полками в сантиметрах.

Швеллер с параллельными гранями — отличается такой швеллер от горячекатаного с уклоном граней полок тем, что имеет параллельные грани. Изготавливается так же по ГОСТ 8240-97. Маркируется такой швеллер буквой по типу («П» — с параллельными гранями, «Э» — экономичный, «Л» — лёгкий) и цифрой, определяющей расстояние между полками в сантиметрах.

В зависимости от точности прокатки, швеллер горячекатаный подразделяют:

• Высокой точности — «А»;
• Обычной точности — «В».

Швеллер специальный предназначен для применения в автомобильной промышленности (ГОСТ 19425-74) и в вагоностроении (ГОСТ 5267.1-90).

В зависимости от точности прокатки, специальный швеллер подразделяется:

• Высокой прочности — «А»;
• Обычной прочности — «В».

Стальной гнутый швеллер подразделяется на:

• Гнутый равнополочный швеллер;
• Гнутый неравнополочный швеллер.

Стальные гнутые равнополочные швеллера согласно ГОСТу 8278-93 изготавливаются на трубных станах из рулонной стали обыкновенного качества и углеродистой качественной конструкционной стали. Высота равнополочного составляет от 50 до 400 мм, ширина от 32 до 115 мм.

Стальные гнутые неравнополочные швеллера изготавливаются на профилегибочных станах из рулонной холоднокатаной и горячекатаной стали обыкновенного качества, углеродистой качественной конструкционной и низколегированной стали по ГОСТу 8281-80. Они также подразделяются по номерам, которые обозначают расстояние между полками (в мм). Разновидности длины такие же, как и у равнополочных швеллеров.

Высшей категории качества гнутого неравнополочного и равнополочного швеллера соответствуют категории А и Б.

В зависимости от точности прокатки гнутые швеллеры подразделяются:

• Высокой точности — «А»;
• Повышенной точности — «Б»;
• Обычной точности — «В».

Формы гнутого швеллера:

• «У» — швеллер с уклоном внутренних граней полок;
• «П» — швеллер с параллельными гранями полок;
• «Л» — швеллер легкой серии с параллельными гранями полок;
• «С» — швеллер специальный.

В связи с широтой ассортимента швеллера на него было разработано много ГОСТов и технических регламентов. Соответствие швеллера этим ГОСТам, является залогом качества продукции.

Применение швеллера стального

Благодаря своей высокой осевой прочности на изгиб, относительно невысокой массе и металлоемкости, швеллер горячекатаный и швеллер гнутый находят широкое применение практически во всех отраслях экономики.

Кроме специальных швеллеров, используемых в автомобильной и вагоностроительной промышленностях, в качестве рам, каркасов и прочих несущих конструкций, это основной материал, используемый в строительстве.

Швеллер используется как для армирования железобетонных конструкций, так и в качестве самостоятельного материала для изготовления каркасов строений, перекрытий, пандусов.

Швеллер применяется при строительстве перекрытий больших пролетов и многоэтажных каркасных сооружений. Зачастую он используется в качестве арматуры для стен, кровли, а так же для усиления бетона. Швеллер прекрасно выдерживает нагрузки как осевые, так и несущие.

Прайс-лист — швеллер

Компания «МИНПРОМ ГРУПП», предлагает широкий ассортимент стального швеллера по приемлемым ценам, с которыми можно ознакомиться в прайс-листе.

Наши менеджеры, помогут рассчитать стоимость катанки, также проинформируют о скидках, действующих сейчас в нашей компании на необходимый тоннаж и вид швеллера — звоните. Компания «МИНПРОМ ГРУПП» придерживается доступной ценовой политики, поэтому стоимость швеллера достаточно низкая.

Посетители которые хотят купить швеллер, часто ищут его так: швелер, швеллєр, швеллер горячекатанный, швелер гнутый, швелер гнутий, швеллер гнутый, швеллер гнутий, швелер стальной, швелер стальний, швелер сталевий.

Швеллер 12 мм. Цена за тонну. ЦентрСталь — металлопрокат оптом.

Наше предприятие производит швеллер 12 с прямыми и уклонными внутренними гранями полок. Конструкционно изделие имеет П-образную форму, выполняется из сталей Ст3пс/сп5. С наших складов вы можете купить швеллер 12 ГОСТ 8240-97 партиями любого объема, включая крупный опт. Современное оборудование и высокая квалификация специалистов позволяют нам ежедневно выпускать партии продукции для обеспечения крупных заказчиков.

В данном прайс-листе указана на швеллер 12 мм цена за тонну. Однако, в случае, если вам необходимо рассчитать для швеллера цену за метр, вы можете либо обратиться к нашим менеджерам за расчетом стоимости, либо произвести самостоятельный подсчет по таблице соотношений, размещенной в ГОСТе.

Габариты швеллера стального 12:

• высота – 120 мм;
• толщина стенки – 4,8 мм;
• ширина полки – 52 мм;
• толщина полки – 7,8 мм;
• радиус внутреннего закругления – 7,5 мм;
• радиус закругления – 4,5 ( для металлических швеллеров 12 с уклоном – 3).

По ГОСТу швеллер горячекатаный 12 выпускается длиной 2-12 м. Может быть мерной, немерной, кратной мерной длины, а также мерной длины с немерными отрезками. Под заказ мы выпускаем партии продукции с длиной, превышающей 12 м.

Стандартно мы производим швеллер 12 метров и 6 метров. Указанный параметр актуален для швеллеров П и швеллеров У.

Швеллер 12: сортамент и характеристики

Швеллер 12 с уклоном и без изготавливается из стали одних и тех же марок, способ изготовления также одинаков – метод горячей прокатки. В итоге, с наших станков выходят высококачественные сертифицированные металлоизделия стойкие к перепадам температур, не меняющие своих физических показателей при низких температурах. Контроль габаритов и точности форм швеллера 12 мы осуществляем по ГОСТ – на расстоянии от 500 мм от торца, толщина проверяется на торце. Разрушающие и неразрушающие испытания подтверждают высокие показатели сопротивления при физическом воздействии, а именно при точечных ударах и при симуляции постоянного высокого рабочего давления.

Применение

Швеллер 12 – металлопрокат, который универсально подходит для любой области промышленности, включая корабле- и машиностроение, сооружение зданий, возведение высотных конструкций и так далее.

Швеллер используется в качестве армирующего элемента в строительных конструкциях. Из швеллеров сваривают укрепляющие каркасы для ЖБИ. За счет высоких показателей прочности и способности распределять нагрузки, швеллер часто применяют в качестве основного элемента при возведении мостов, крупных стержневых конструкций.

При постройке крупных промышленных объектов швеллер используют при возведении стен, опор, а также для укрепления потолочных перекрытий.

Отпуск продукции

Реализуется швеллер 12 оптом и в розницу. Поставки осуществляются авто и ж/д транспортом, у нас есть опыт формирования сборных вагонов. Возможно швеллер 12 купить в Москве с отправкой в любой регион России.

В прайс-листе на швеллер 12 цена указана за тонну, однако в нашем офисе, при необходимости, вам могут помочь рассчитать на швеллер 12 цену за метр или единицу продукции (6 и 12м). В поставку включена вся необходимая документация, подтверждающая соответствие стандартам, данные о марке стали, химическом составе и физических характеристиках.

Швеллер стальной 12П ДСТУ 3436-96 (ГОСТ 8240-97)

Стальной швеллер ДСТУ 3436-96 (ГОСТ 8240-97) — вид фасонного, сортового металлопроката, который напоминает в разрезе букву П. Применяется этот металлический элемент в строительстве перегородок, каркасов и других конструкций, строящимся по стержневой схеме. Основные характеристики сечения швеллеров можно определить по его номеру, соответствуещий высоте стенки швеллера. Сортамент включает швеллеры высотой от 5 см до 40 см без уклона внутренних граней полок и с уклоном. Швеллер с уклоном внутренних граней полок может затруднить конструирование. В сортаменте также можно найти швеллеры с параллельными гранями полок. Они более конструктивны, так как упрощается болтовое крепление к полкам благодаря параллельным граням. Швеллеры используются в массивных стержневых конструкциях (большепролетных фермах, мостах и т.п.), а также в связях, кровельных прогонах и колоннах.

Сортамент стального швеллера:

• Стальной швеллер делится по сериях:
  • У — имеет уклон внутренних граней полок.
  • П — имеет параллельные грани полок.
  • Э — более экономичный вариант с параллельными гранями полок.
  • Л — более легкий вариант с параллельными гранями полок.
  • С — специальный швеллер.
• Серия П-А это швеллер изготовленный по ТУ завода-изготовителя.
• Специальный швеллер по ГОСТ 19425-74.
• Специальный  швеллер для вагоностроения и тракторов.
• Гнутый швеллер.

Горячекатаный швеллер ДСТУ 3436-96 (ГОСТ 8240-97) — по этому стандарту устанавливается сортамент стальных швеллеров горячекатаных специального и общего назначения высотой от 50 мм до 400 мм и шириной полок от 32 мм до 115 мм. Производятся длиной от 2 м до 12 м.

Основные характеристики металлического швеллера в соответствии с рисунком:

По Вашему желанию швеллер будет порезан бесплатно нашими сотрудниками с учетом нужной длины, кроме порезки на заготовки. Швеллер стальной купить Вы можете оформив заказ на нашем сайте либо позвонив по одному из телефонов. Доставка металлопроката по Киеву и всем регионам Украины осуществляется транспортными компаниями.

Стандартная длина изделия составляет 6 метров, на нашем сайте Вы можете заказать швеллер стальной от 1 метра погонного.

Швеллер г/к 12П 12000 ст.3 ГОСТ 8240-97

Описание

Швеллер горячекатаный 12 (П,У) ст.3 ГОСТ 8240-97

Швеллер г/к 12 (П,У) – изделия сортового проката, используемые для создания межэтажных перекрытий, малых архитектурных форм, укрепления кровли. Производится из углеродистой стали (ст.3) согласно ГОСТ 8240-97. Сортамент включает изделия с размерами от 5 до 40, в исполнении с параллельными гранями полок (П) или с уклоном внутренних граней (У).

Описание

Швеллер г/к 12 (П,У) представляет собой деталь сортового проката с П-образным сечением. Производится методом горячего проката на сортовых станках. Применяется для сооружения металлоконструкций, несущих элементов, а также для увеличения несущей способности высоконагруженных элементов различных сооружений.

Таблица веса швеллера г/к 12 (П,У) ст.3 ГОСТ 8240-97

Сталь Ст.3

Для производства швеллера используется конструкционная углеродистая сталь Ст.3 (сталь обычной прочности). Материал отличается высокой устойчивостью к коррозии, хорошими механическими свойствами, может свариваться разными способами. В основном сталь этого класса применяется для производства несущих/ненесущих конструкционных элементов для сварных и сборных конструкций.

Металл листового и фасонного проката 5 категории применяется для несущих элементов, используемых при переменной нагрузке в конструкциях сварного типа. Может эксплуатироваться в широком температурном диапазоне – от -40°С до +425°С.

В своем составе сталь содержит: углерод – 0,14…0,22%, кремний – 0,05…0,17%, марганец – 0,4…0,65%, медь, никель и хром – до 0,3%, мышьяк – до 0,08%, фосфор и сера – до 0,04 и 0,0% соответственно.

ГОСТ 8240-97

ГОСТ 8240-97 Швеллеры стальные горячекатаные – этот стандарт распространяется на стальные швеллера, выпускаемые по технологии горячего проката. Нормативный документ определяет сортамент швеллеров общего/специального назначения. Высота изделий варьируется в пределах 50…400 мм, а ширина полок 32…115 мм. Стандартом регламентируется форма швеллера, предельные отклонения от нормативных размеров и длина изделий, которые предлагаются потребителю.

ООО Торговый дом «МеталлПромИнвест» является крупнейшим поставщиком металлопродукции в России. Реализуем качественные швеллера от завода производителя по умеренным ценам, как в розницу, так и оптовыми партиями. Готовы выполнить резку в размер, доставить товар заказчику со склада в Челябинске.

Оценка и проверка характеристик передачи канала человеческого тела для оптимизации скорости передачи данных в системе связи внутри тела с электростатической связью: сравнительный анализ

Аннотация

Фон

Связь внутри тела — это новая беспроводная схема передачи сигналов через тело человека. Поэтому понимание характеристик передачи человеческого тела становится все более важным. Особый интерес представляют системы связи внутри тела с электростатической связью в условиях отсутствия земли, которые объединяют электронные продукты, дискретно расположенные на людях, такие как мобильные телефоны, КПК, носимые компьютеры и биомедицинские датчики.

Материалы и методы

Человеческое тело моделируется как упрощенная сеть резистор-конденсатор. Виртуальная земля между передатчиком и приемником в системе представлена ​​цепью резистора-конденсатора. Значение его сопротивления и емкости определяется с точки зрения системы. Система характеризуется использованием математической единичной ступенчатой ​​функции в схеме цифровой передачи в основной полосе частот с манчестерским кодом и без него. В результате отношения сигнал-шум и межсимвольные помехи улучшаются за счет манипулирования нагрузочным резистором.Скорость передачи данных в системе оптимизирована. Передатчик и приемник с батарейным питанием разработаны для проверки этого предложения.

Результаты

Энергия сигнала с затуханием в системе без заземления, особенно для систем с ограниченной скоростью передачи низкочастотного сигнала. Скорость передачи данных системы максимизируется простым манипулированием нагрузочным резистором. Экспериментальные результаты показывают, что для сопротивления нагрузки 10 кОм — 50 кОм, частота 3 дБ полосы верхних частот полосового канала составляет 400 кГц — 2 МГц в наихудшем сценарии.Система позволяет передавать модулирующий сигнал с манчестерским кодированием со скоростью до 20 Мбит / с с отношением сигнал-шум и сигнал-межсимвольная помеха более 10 дБ.

Заключение

Человеческое тело может функционировать как высокоскоростная среда передачи со скоростью передачи данных 20 Мбит / с в системе связи внутри тела с электростатической связью. Следовательно, широкополосный сигнал может передаваться непосредственно через тело человека с хорошим соотношением сигнал-шум 10 дБ, если правильно выбрана частота верхних частот 3 дБ.

Образец цитирования: Ценг И, Су Си, Хо И (2016) Оценка и проверка характеристик передачи канала человеческого тела для оптимизации скорости передачи данных в системе связи внутри тела с электростатической связью: сравнительный анализ. PLoS ONE 11 (2):
e0148964.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148964

Редактор: Сяосун Ху, Университет Чунцина, КИТАЙ

Поступила: 11 апреля 2015 г .; Одобрена: 26 января 2016 г .; Опубликован: 11 февраля 2016 г.

Авторские права: © 2016 Tseng et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе.

Финансирование: У авторов нет поддержки или финансирования, чтобы сообщить об этом.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Человеческое тело состоит из таких проводящих материалов, как кровь, живая ткань, внеклеточные и внутриклеточные жидкости [1–16], которые могут служить средой передачи. Связь внутри тела (IBC) включает использование таких носителей; Недавно было рассмотрено подключение этих носителей к дискретным электронным устройствам, таким как мобильные телефоны, КПК, носимые компьютеры, биомедицинские датчики и исполнительные механизмы, которые прикрепляются к человеческому телу для мониторинга мгновенного состояния здоровья человека и окружающей среды [17–32].

Системы

IBC подразделяются на системы с электромагнитными волноводами (EMW) и электростатической связью (ESC). Система EMW генерирует электромагнитные волны, используя как положительные, так и отрицательные клеммы передатчика и приемника с электродом, и рассматривает человеческое тело как волновод для передачи сигнала. Импеданс тела между передатчиком и приемником в системе EMW представляет собой сложную цепь резистор-конденсатор ( RC ) [24–27]. RC Полное сопротивление тела на основе уменьшает полосу пропускания канала, ослабляет энергию сигнала, особенно на высоких частотах, и, наконец, ограничивает скорость передачи данных ниже 100 кбит в секунду (бит / с).

В системе ESC IBC положительный вывод передатчика и приемника соединены с телом человека с помощью электрода. Отрицательные клеммы открыты, чтобы система не заземлялась. Заземление передатчика и приемника имеют разные потенциалы. Окружающая среда обеспечивает обратный путь сигнала. Путь в системе формирует полосовой канал с частотами отсечки 3дБ верхних и нижних частот, которые меняются в зависимости от окружающей среды, электрических свойств человеческого тела и сопротивления нагрузки.Канал ухудшает качество сигнала и снижает отношение сигнал / шум ( SNR ) и отношение сигнал / межсимвольные помехи ( SIR ) системы. Канал ограничивает скорость передачи разработанной системы ниже 2 Мбит / с [20–27]. Недостатком методов измерения [28–32], используемых в настоящее время для измерения характеристики передачи канала, является то, что все соответствующие измерительные приборы имеют общую землю линии электропередачи.Земля обеспечивает обратный путь сигнала между передатчиком и приемником. Такой путь возврата сигнала не такой, как у канала ESC IBC. Таким образом, определенное отображение модели должно быть выполнено путем преобразования модели канала с использованием металлического провода в качестве контура возврата заземления в контур, который использует окружающую среду в качестве контура возврата заземления.

В этой работе предлагается полосовая система ESC IBC, которая основана на схеме передачи основной полосы частот и использует эквивалентную модель схемы RC с обратным трактом сигнала, который моделируется как конденсаторы.Параметры системы оцениваются с точки зрения системы, что было объяснено в другом месте [7]. На основе развертки прямоугольного тестового сигнала получается частотная характеристика полосовой системы, основанной на канале ESC IBC, и упрощается процедура измерения импеданса тела. Нагрузочный резистор и прямоугольный тестовый сигнал выбираются таким образом, чтобы полосовая система могла быть преобразована в систему высоких или низких частот; тогда сопротивление тела может быть оценено напрямую.

Сравнительный анализ, в котором используется функция единичного шага, проводится для получения импульсной характеристики канала для двух схем цифровой передачи основной полосы частот — с кодом Манчестера и без него. Нагрузочный резистор R _L можно выбрать для одновременного увеличения скорости передачи данных, SNR и SIR . Для подтверждения этого предложения разработаны безземельные системы с передатчиком и приемником с батарейным питанием. Остальная часть статьи организована следующим образом.Раздел 2 описывает материалы и методологию. Раздел 3 определяет SNR и SIR на основе модели канала и шаблона передачи данных, так что может быть достигнут оптимальный компромисс между SNR , SIR и скоростью передачи данных. В разделе 4 представлены передатчик и приемник с батарейным питанием с другим заземлением для проверки предложенной методики. Наконец, в разделе 5 делаются выводы.

Материалы и методы

Модель обратного пути сигнала в системе ESC IBC

Анализируются характеристики передачи системы ESC IBC для высокоскоростной передачи.В таблице 1 представлена ​​номенклатура, которая используется при описании системы, разработанной в этом исследовании. На рис. 1а показана схемная модель передатчика и приемника с разными источниками питания от батарей, которые в настоящее время используются в системе. Положительные выводы передатчика и приемника соединены с телом человека с помощью электрода. Отрицательные клеммы открыты, чтобы система не заземлялась. Gnd _T и Gnd _R представляют собой земли передатчика и приемника соответственно.Так как Gnd _T ≠ Gnd _R , путь возврата сигнала от Gnd _T и Gnd _R через окружающую среду на землю смоделированы как конденсаторы C _T и C _R соответственно.

Батарея моделируется как источник напряжения В _DD последовательно с сетью RC [33], которая может быть отнесена к RC первого порядка [34–36], RC второго порядка [37–39] и сеть третьего порядка RC [40].Воздействием этих цепей RC на батарею можно пренебречь, поскольку каждое сопротивление достаточно мало, ниже нескольких десятков мОм, а каждая емкость превышает несколько десятков фарад. Модель аккумулятора можно упростить как источник напряжения.

Передатчик состоит из батареи, внутренней схемы и выходного буфера. Буфер представляет собой инвертор CMOS, состоящий из PMOS и транзистора NMOS. v _t ( t ) и v _T ( t ) представляют собой выходное напряжение внутренних схем и буфера, соответственно.Когда v _t ( t ) низкий, PMOS включен, а NMOS выключен, v _T ( t ) подключается к положительной клемме батареи, в напряжение В _DD (показано в виде блока, обведенного красным на рис. 1а). Когда v _t ( t ) высокий, PMOS выключен, а NMOS включен, v _T ( t ) подключается к земле передатчика Gnd _T (и показан в виде блока, обведенного синим цветом на рис. 1a).В работе порта вывода передатчика преобладает порт вывода буфера. Следовательно, выход передатчика может быть представлен выходом буфера v _T (t) .

Приемник состоит из конденсатора C, _L , резистора нагрузки R _L , батареи, внутренней схемы и входного усилителя. C _L изолирует сигнал постоянного тока, поступающий в человеческое тело.Нагрузочный резистор R _L перед приемником подключается последовательно к земле приемника Gnd _R . Усилитель смоделирован как схема замещения слабого сигнала. A _v обозначает коэффициент усиления усилителя. R _i — входной импеданс усилителя параллельно с R _L . Вкладом R _i можно пренебречь, потому что он превышает несколько сотен МОм и поэтому намного больше, чем R _L .Принимаемый сигнал и шум через R _L критически влияют на производительность системы, которую можно оптимизировать, просто проанализировав роль R _L в системе ESC IBC. На основании вышеприведенного описания рис. 1a упрощен как рис. 1b.

Модель цепи канала IBC с ограничением по диапазону ESC

Предыдущее исследование показало, что ткани живого человека не содержат индуктивных компонентов. Электрические свойства живых тканей можно моделировать с помощью резистора и конденсатора.Традиционно биомедицинские инженеры рассматривали человеческое тело как сеть резисторов [41–43]. Из-за чрезвычайно низкочастотного сигнала биопотенциала, который генерируется телом, как показывают ЭКГ, ЭЭГ и ЭМГ, реактивное сопротивление емкости живых тканей в организме больше, чем у сети резистивных компонентов, которые считаются как обрыв цепи.

Инженеры по коммуникациям моделируют человеческое тело как сеть конденсаторов [17–18], потому что среднее сопротивление тела меньше, чем параллельные сопротивления тканей тела, когда через него передаются высокочастотные данные с частотой более 500 кГц. .Поскольку в теле человека передаются низко- и высокочастотные широкополосные сигналы, при разработке цифровой системы ESC IBC следует учитывать сопротивление и емкость тела. На рис. 2а показана схемная модель канала ESC IBC, в которой человеческое тело упрощено как схема с множеством постоянных времени [1–5]. Земля функционирует как виртуальный горунд ( Gnd _E ) между передатчиком и землей приемника ( Gnd _T и Gnd _R ).Окружающая среда вокруг системы, включая землю, человеческое тело, атмосферу и т. Д., Формирует обратный путь сигнала между передатчиком и землей приемника. Один путь возврата сигнала, состоящий из конденсаторов: C _BR , C _BT , C _B1 ~ C _B4 и C _T1 , а сопротивление тела можно смоделировать как.Поскольку емкость C _B1 превышает несколько сотен пикофарад и, следовательно, превышает емкости C _BT и C _T1 , которые меньше нескольких пикофарад, меньше этого значения для параллельной конденсаторной цепи им можно пренебречь [7, 17–19]. Обратный путь сигнала можно рассматривать как цепь последовательного сопротивления конденсаторов C, _BR и C, _B1, и полное сопротивление тела.Рис. 2b — это упрощенная версия Рис. 2a. Обратный путь сигнала между передатчиком, приемником и землей просто моделируется как конденсаторы C _T и C _R . C _T и C _R представляют собой упрощенную параллельную конденсаторную схему с емкостью и соответственно.

Здесь предполагается C _R = C _T .Типичное сопротивление R _X и емкость C _X сухой кожи составляют порядка нескольких сотен кОм и нескольких десятков нФ соответственно. Поскольку эта работа касается передачи данных со скоростью более 500 кбит / с, R _X параллельно с C _X не учитываются. Импедансом кожи пренебрегают, поскольку реактивное сопротивление примерно равно нулю — меньше, чем реактивное сопротивление, и R _L параллельно, как показано на рис. 2.Соответственно, передаточные функции системы H (s) , представленные в s-области, выводятся как,

(1)
где G _f — коэффициент усиления; ς — коэффициент демпфирования, а ω _n — собственная частота системы. Уравнение 1 показывает, что система представляет собой полосовой канал с нижней и верхней граничными частотами 3 дБ ( f _h , f _l ):
(2)

Уравнения 1 и 2 показывают, что f _h и f _l контролируются Z _B , C _B , C _Т и R _L .Примечательно, что f _h не зависит от Z _B и обратно пропорционально R _L , а f _l не зависит от R _L и обратно пропорционально Z _B . Поскольку Z _B , C _T и C _B неуправляемы, можно манипулировать R _L , чтобы изменить f _h .

Оценка компонентов

Биоэлектрические импедансы тела и кожи обычно определяют отдельно, чтобы облегчить обсуждение их характеристик [8–13]. В этой работе рассматривается упрощенное человеческое тело и используется его модель эквивалентной схемы на рис. 2 с равным сопротивлением кожи и тела. Различное сопротивление нагрузке может превратить человеческое тело в систему высоких или низких частот. Тестовый стимул здесь представляет собой прямоугольную форму волны. Деконволюция выполняется для получения отклика частоты, амплитуды и фазы человеческого тела.Полное сопротивление тела оценивается в определенной полосе частот. Упрощенная процедура и сложная система в s и частотной области описаны ниже.

1. Емкость C в s-области, может быть переведена в частотную область. Символ обозначает величину комплексного числа. Величина представляет реактивное сопротивление C , что равно.
2. Величина цепи серии RC получается как

(3)

В нашем исследовании, поскольку or ( R ) ² больше, чем.Этот термин можно исключить, поскольку R больше, чем f — высокая частота. Наконец, амплитуда цепи RC упрощена, как и схемы резистора R .

Величина параллельной RC-цепи определяется как
(4)

Термин можно исключить, поскольку f — высокая частота. Величина упрощена, как в конденсаторной цепи. Если частота сигнала f увеличивается, приближается к нулю и цепь можно рассматривать как короткое замыкание.

В этой работе разработан метод оценки импедансов тела, основанный на двух вышеупомянутых упрощенных процедурах с последовательными и параллельными цепями RC в различных диапазонах частот сигнала.

Заземленная система верхних частот для оценки Re, Rm, Rb, Cm, Cb, Ct и CX.

Передаточная функция системы высоких частот построена из характерных атрибутов параллельных комбинаций R _X и C _X и R _L и C _Б .Сопротивление сухой кожи R _X и емкость сухой кожи C _X обычно превышают несколько сотен кОм и несколько десятков n F соответственно. Как упоминалось выше, R _X обычно можно рассматривать как разомкнутую и не учитывать в параллельной цепи RC , потому что R _X в несколько сотен раз больше, чем реактивное сопротивление емкости параллельно С _X .Выбираются значение R _L и конкретный диапазон частот, например, и. Следовательно, C _B и R _X исключены из уравнения 1. Рис. 2 может быть упрощен как высокочастотная система (рис. 3a), а уравнение 1 упрощено как
(5)

Выбор такой полосы частот, что, исключив термин ) , а из Z _B . Тогда уравнение 5 принимает вид
(6)
где R _e и C _X оцениваются из уравнения 6 путем применения метода кусочно-линейной интерполяции к | H (s) | по сравнению с соответствующей частотой.Затем выбирается полоса частот, чтобы исключить C _b , R _b и C _t , и уравнение 6 становится
(7)

Когда R _e и C _X известны, R _m и C _m получаются из уравнения 7. Затем, выбирая a конкретная полоса частот, так что R _b можно исключить.Уравнение 7 показано как
(8)

Используя упомянутый выше метод интерполяции, можно получить C _b + C _t . Основываясь на уравнении 5, увеличение полосы частот до нескольких десятков МГц исключает R _b в уравнении 5, потому что 2π fR _b C _b >> 1. Тогда C _b и C _t рассчитываются по уравнениям 5 и 8 соответственно.Наконец, выбрав разумную полосу частот и зная | H (с) |, R _e , C _X , R _м , C _m , C _b и C _t , R _b получается из уравнения 5.

Определение CB с использованием заземленной системы нижних частот.

Путем увеличения сопротивления нагрузки R _L , частота 3 дБ верхних частот f _h , в уравнениях 1 и 2 может быть близка к нулю, и выбран конкретный диапазон частот, например что, и.Таким образом, закорочены C _X и C _m . Система становится системой нижних частот. Рис. 2 можно упростить до Рис. 3b. Уравнение 1 становится
(9)

Когда | H (s) | , R _L , R _e , R _m и R _b известны, C _B получено по формуле 9.

Незаземленная система верхних частот для определения ТТ.

Переданный сигнал v _T ( t ) и полученный сигнал v _L ( t ) являются незаземленными (рис. 3c). Уменьшая R _L и увеличивая частоту сигнала в определенном диапазоне, передаточная функция системы становится системой высоких частот:
(10)

Зная частоту сигнала, Z _B , R _L и | H (s) | , C _T можно получить, используя уравнение 10.

Аналитические результаты.

Наихудший сценарий системы ESC IBC существует между правым и левым запястьями [4–6]. Электроды из нержавеющей стали площадью 6 см ² используются в описанной здесь процедуре измерения, которая включает оценку импеданса тела и анализ канала ESC IBC. Электроды, подключенные непосредственно к измеряемому телу без использования геля, уменьшают импеданс кожного электрода. На рис. 4 показана экспериментальная установка для оценки импеданса тела.На рис. 4а показано измерение заземленной системы верхних и нижних частот на рис. 3а и 3b, а на рис. 4b показано измерение незаземленной системы верхних частот, показанное на рис. 3с.

В этом эксперименте на левом запястье помещается кольцевой генератор с батарейным питанием, созданный на основе инвертора 74AC04N и буфер CD4009UBE. Осциллограф Tektronix TPS2000 с батарейным питанием подключается к правому запястью. Электроды из нержавеющей стали без геля подключаются к измерительным сторонам корпуса непосредственно к кольцевому генератору и осциллографу.Кольцевой генератор генерирует прямоугольные волны 0-6 В и 0-18 В с рабочим циклом 52% для измерений с заземлением и без заземления, соответственно, и индуцируется в измеряемом теле. Параметры оцениваются через на следующих этапах.

1. Сигналы стимула, v _T (t) , и выходные сигналы тела, v _L (t) , измеряются на выходе генератора прямоугольных волн и измерил человеческое тело соответственно.
2. Измеренные v _T (t) и v _L (t) преобразуются в частотные области V _T (s) и V _L (s) с помощью инструмента Matlab.
3. Разделение V _L (s) на V _T (s) дает | H (S) | .На основе уравнений 5–9 средние параметры тела выводятся путем интерполяции | H (S) | по сравнению с на определенной частоте.

Были оценены пять субъектов мужского пола; их возраст составлял от 24 до 45 лет, рост — от 1,64 до 1,82 м, а вес — от 66 до 82 кг. На рис. 5 показаны оцененные импедансы тела испытуемых. Из-за упрощения схемы и воздействия шума на измеряемое тело оцененные импедансы тела незначительно изменяются и приближаются к константе в соответствующем частотном диапазоне, который аналогичен описанию в приведенных выше процедурах о преобразовании системы высоких и низких частот.В таблице 2 приведены оценочные и средние значения импеданса тела и соответствующие параметры измерения. Примечательно, что Z _B составляет 594-414 Ом, что соответствует частоте сигнала 500k-40 МГц.

Анализ канальных характеристик модулирующего сигнала

Эквивалентный случайный цифровой сигнал v (t) с длительностью T имеет общую форму, выраженную с помощью функции единичного шага;
(11)
где x — количество данных, переведенных из 1 в 0 или из 0 в 1; и n _x — количество битов передаваемых данных при переходе x ^th .Здесь n ₀ = 0 и n _x > n _{x − 1} ; и n _x — n _{x − 1} определяет количество единиц или нулей, повторно передаваемых в прогоне с вероятностью. На рис. 6 показан случайный цифровой сигнал, выраженный уравнением 11. Сигнал с амплитудой A передается по каналу. Принятый сигнал v _L ( t ) может быть получен как

(12)

На рис. 7 показан случайный цифровой сигнал, передаваемый по каналу с использованием уравнения 12.Для межсимвольной интерференции ( ISI ) во время перехода данных (x-1) ^th и x ^th полученный сигнал v _L ( t) можно выразить как. Уравнение 12 может быть уменьшено как
(13)

Согласно рис.7 и уравнению 13, минимальная амплитуда v _L ( t ) возникает при переходе данных при t = n _x T .Тогда запас по шуму v _нм определяется как
(14)

Наихудший сценарий канала моделируется с помощью инструмента Matlab. На рис.8 показаны нормализованные значения v _нм (12) как функция скорости передачи данных в диапазоне 500k − 50M бит / с и R _L в диапазоне 10k − 500k Ω. Соответствующее значение f _h составляет 1M − 40k Гц. Это исследование определяет влияние канала на два разных сигнала основной полосы частот, включая данные, не закодированные и закодированные с помощью кода Манчестера.

Большая часть сигнала фильтруется каналом, когда частота передачи данных ≤ f _h и ≥ f _l . Данные, закодированные манчестерским кодом, имеют больший запас помехоустойчивости, чем некодированные данные. Это улучшение связано с тем, что данные, закодированные с помощью кода Манчестера, сдвигают низкочастотный сигнал в полосу пропускания канала для сохранения энергии.

Для прямоугольного сигнала с рабочим циклом 50%, n _x = м и ( м — 1) T < t ≤ mT .Прямоугольная волна v _{L_Sq} ( t ) на нагрузочном резисторе получается путем преобразования во времени из уравнения 13 и отображается как
(15)

Первый и второй члены уравнения 15 представляют собой геометрические ряды с общими отношениями и, соответственно. Замкнутая форма уравнения 15 выводится как
(16)

Для случайных данных вероятность того, что данные 1 переданы повторно n раз в канале. Когда число n бит 1 передается повторно, средняя амплитуда аппроксимируется как
(17)

Случайные данные после кодирования манчестерским кодом, продолжительность кодированных данных составляет всего T и 2 T .Обе вероятности появления T и 2 T равны. Тогда средняя амплитуда данных может быть получена как
(18)

На рис. 9 показана средняя амплитуда кодированных и некодированных данных с использованием разной скорости передачи данных по каналу на основе уравнений 17 и 18 соответственно. Средняя амплитуда некодированных данных больше, чем кодированных данных при высокой скорости передачи ≥ 20 Мбит / с. Однако увеличение скорости передачи данных выше f _l увеличивает пагубное влияние ISI на сигнал и снижает запас шума сигнала (уравнение 14).

Уравнение 13 указывает на то, что важной причиной ISI является f _h , что определяет форму хвоста передаваемого сигнала (рис. 7). Более того, рис. 9, уравнения 17 и 18 показывают, что f _h ослабляет энергию сигнала при низкой скорости передачи данных, особенно когда данные 1 или 0 передаются повторно в течение длительного периода перед переходом от 1 к Произошло 0 или от 0 до 1. В конечном итоге это снижает запас шума и увеличивает ISI ; минимизация R _L увеличивает f _h и уменьшает ISI .Однако, как только ширина полосы пропускания канала увеличивается, шум увеличивается, и соотношение SNR уменьшается пропорционально. Следовательно, производительность системы — это компромисс между ISI и SNR . Целью этой работы является достижение оптимального компромисса между ISI и SNR путем изменения R _L для настройки f _h .

Результаты и обсуждение

Расчетные результаты канала SIR

Канал SIR является функцией f _h и f _b (рис. 10).Для скорости передачи данных f _b ниже 50 Мбит / с SIR достигает своего пика. Кроме того, SIR увеличивается, а f _h уменьшается по мере увеличения R _L . Наконец, когда f _b намного меньше, чем 50 Мбит / с, данные, закодированные с помощью кода Манчестера, имеют лучший SIR .

Оценка SNR канала

На рис. 11 показана установка для измерения шума в линии электропередачи с частотой 60 Гц.Переменное сопротивление R _L от 10 кОм до 1 МОм обеспечивает соответствующее f _h от 2 МГц до 20 кГц. Осциллограф Tektronix TPS2000 измеряет шум тела от линии электропередачи 60 Гц. Путь шума от линии электропередачи к телу человека моделируется как емкость C, _n . Ток смещения i _dn течет в человеческое тело от линии электропередачи через C _n . v _n — это шум тела, создаваемый током смещения i _dn , где C _R соответствует описанию на Рис. 2. Напряжение v _nL представляет собой напряжение шума на R _L и вычисляется как
(19)

Шум 60 Гц v _nL с высоким напряжением насыщает входной усилитель приемника.Уравнение 19 показывает, что уменьшение R _L снижает шумовое напряжение, связанное с линией электропередачи. Устройство с батарейным питанием, такое как осциллограф TPS2000, передатчик или приемник в системе ESC IBC, может уменьшить шум линии электропередачи, поскольку принятый шум через нагрузочный резистор R _L делится на.

На рис. 12 показаны результаты измерений в основном шума линии электропередач 60 Гц с амплитудами от ± 0,5 до ± 0,03 В для различных значений R _L .Результаты показывают, что шумовой канал представляет собой систему верхних частот, которая выводит шумовое напряжение, амплитуда которого прямо пропорциональна R _L и обратно пропорциональна f _h . Этот вывод показывает, что уменьшение R _L увеличивает f _h и снижает шум линии электропередачи 60 Гц, что соответствует уравнению 19.

SNR в наихудшем сценарии оценивается на основе оценки v _нм в уравнении 14 и измеренного шума канала (рис. 12).На рис. 13 представлено расчетное ОСШ в сравнении с различными f _h и скоростью передачи данных f _b для сигнала основной полосы частот с амплитудой 3,3 В, передаваемого по каналу.

Кривая SNR показывает, что увеличение f _b увеличивает энергию сигнала в высокочастотном диапазоне и уменьшает ее в низкочастотном диапазоне. Когда скорость передачи данных составляет менее 20 Мбит / с, данные, закодированные манчестерским кодом, имеют более высокое SNR , чем некодированные данные (рис. 10).При скорости передачи данных выше 20 Мбит / с кодированные данные имеют меньшее SNR , чем некодированные данные.

Из рисунков 10 и 13 видно, что данные кодирования выполняют минимальное требование для обоих SIR и SNR , превышающих 3,5 дБ, когда R _L составляет 50 к-10 кОм и соответствующее f _ч составляет 400k − 2M Гц. Таблица 3 суммирует оптимальные диапазоны для f _b для данных кодирования с подаваемым напряжением 3.3 В в наихудшем сценарии, чтобы иметь SIR и SNR больше 3,5 дБ.

Проверка

На рис. 14 представлена ​​экспериментальная установка, которая включает модель пути возврата сигнала между передатчиком и приемником, где C _T , C _R и R _L такие же, как на фиг. 2; v _L (t) — это полученное напряжение на R _L , а v _x (t) — передаваемое напряжение на электроде приемник.Обратный путь сигнала моделируется как серия емкостей,. В системе ESC IBC емкость на пути возврата сигнала равна, поскольку площади передатчика и земли приемника примерно равны, поэтому C _T = C _R . Что касается измерений на Рис. 14, так как заземляемые участки измерительных приборов, 54832D и осциллографа TPS2000, больше, чем заземляющие участки передатчика, C _R >> C _T , поэтому емкость на пути возврата сигнала составляет примерно C _T .

Измеренные значения v _L , полученные с использованием предложенной системы измерения и системы ESC IBC, получены как и, соответственно. Приведенные выше уравнения демонстрируют, что система ESC IBC с каналом фильтра высоких частот имеет частоту среза высоких частот, которая вдвое больше, чем у измерительной системы. Сравнивая значения v _L в обоих f _h , коэффициент усиления системы измерения вдвое больше, чем у системы ESC IBC, поскольку R _L исключен из знаменатель в обоих уравнениях, когда и и частота сигнала меньше f _h .Когда частота сигнала превышает f _h , принятые v _L в обеих системах имеют одинаковую величину, потому что ими можно пренебречь, как и. Следовательно, средняя ошибка энергии двух систем может быть оценена как. В предлагаемой системе на рис. 2, f _l составляет 40 МГц, f _h составляет 500 кГц, а расчетная ошибка составляет около 0,63%. Точности достаточно для измерения канальных характеристик системы ESC IBC.

Измерение глазковой диаграммы полученных данных

В этой работе сравнивается передача кодированных и некодированных данных с использованием глазковой диаграммы, которая была получена при R _L . Скорость передачи данных была установлена ​​между 500 кбит / с и 50 Мбит / с и R _L = 20 кОм, что дает f _h ≅ 1 МГц, что находится в оптимальном диапазоне, как указано в предыдущем разделе. . На рис. 14а показана экспериментальная установка.ПЛИС Xilinx EDK-GKB-3S400AN с батарейным питанием используется для передачи псевдослучайного сигнала, который генерируется регистром сдвига с линейной обратной связью m-последовательностью длиной 23 и выходным напряжением 3,3 В. Кроме того, цифровой сигнал основной полосы частот, который передается через тело человека, измеряется с помощью осциллографа Agilent 54382D с блоком с изолированным батарейным питанием, который состоит из литий-ионной батареи 24 В (XPS1E-024010) и преобразователя постоянного тока в переменный (G24). -030). Инвертор мощности преобразует напряжение 24 В постоянного тока в напряжение 110 В переменного тока, которое питает осциллограф.Передатчик и осциллограф подключаются к правой и левой запястьям человеческого тела, соответственно, с помощью электрода из нержавеющей стали (типа, описанного в Разделе 2–2), имитирующего незаземленную среду, как описано в Разделе 2 и представлено на рис. 2.

На рис. 15 показана измеренная глазковая диаграмма со скоростью передачи данных 500k, 2M, 5M, 20M и 50M бит / с и R _L = 20k Ω ( f _h ≅ 1M Hz).Результаты измерений показывают, что SNR увеличивается по мере увеличения скорости передачи данных для некодированных данных в диапазоне передачи данных ниже 50 Мбит / с. Для закодированных данных значения SNR для скоростей передачи данных от 2 до 20 Мбит / с больше, чем для скоростей передачи данных ниже 2 Мбит / с и выше 20 Мбит / с. Глазковая диаграмма кодированных данных включает в себя белое пространство 60 мВ, что составляет 80% от общей площади глазковой диаграммы, и SNR около 10 дБ при скорости передачи данных 5–20 Мбит / с.Кроме того, данные, передаваемые напрямую, включают в себя белое пространство 10 мВ, что составляет 15% от общей площади глазковой диаграммы и имеет отношение сигнал / шум примерно 2 дБ при скорости передачи данных 20–50 млн бит / с.

Измерение типичной формы сигнала на выходе входного усилителя

В этом исследовании измеряется типичная форма волны для проверки результатов оценки (Таблица 3). На рис. 14б представлена ​​экспериментальная установка. Передатчик содержит ПЛИС Xilinx EDK-GKB-3S400AN с батарейным питанием, которая генерирует псевдослучайный сигнал, закодированный манчестерским кодом.Период сигнала 2 ²³ -1; выходное напряжение 3,3 В; и скорости передачи данных составляют 2M, 5M, 10M и 20M бит / с. Приемник состоит из конденсатора C, _L (100 нФ) для изоляции постоянного тока, резистора переменной нагрузки, R _L и входного усилителя. Внешний усилитель представляет собой неинвертирующий усилитель OPAMP AD829 с 5-кратным усилением. Передатчик и приемник подключаются к правому и левому запястью соответственно, имитируя незаземленную среду ESC IBC.Осциллограф Tektronix TPS2000 с батарейным питанием используется для хранения выходного сигнала усилителя. Измерение выполняется с R _L значениями 10 кОм, 20 кОм и 50 кОм.

На рис. 16 показан измеренный выходной сигнал усилителя. Результаты измерений показывают, что конденсатор в канале создает обратный путь сигнала между передатчиком и приемником. Конденсатор и R _L образуют высокочастотный отклик, частота 3 дБ которого f _h увеличивается по мере уменьшения R _L .Этот эксперимент подтверждает, что ISI и замирание сигнала уменьшаются после увеличения скорости передачи данных и R _L .

Принятые цифровые сигналы (Рис. 16) без ошибок сравниваются с переданными цифровыми данными. Максимальная разница в ширине сигнала между этими сигналами составляет менее 2%. Максимальное замирание сигнала составляет менее 40% при SNR системы , превышающем 3,5 дБ. Результаты оценки согласуются с обсуждениями в предыдущих разделах (рис. 10 и 13, таблица 3).Согласно аналитическим результатам, сигнал основной полосы частот, закодированный манчестерским кодом со скоростью передачи данных 20 Мбит / с, может передаваться напрямую через канал ESC IBC с хорошим качеством сигнала, когда R _L в диапазоне 10k − 50k Ω. выбран правильно.

Выводы

В этом исследовании разработан упрощенный метод оценки оптимальной скорости передачи данных в системе ESC IBC. Метод реализован с использованием модели канала ESC IBC в безземельной среде.Эта статья вносит следующие важные вклады. (1) Параметры модели оцениваются с использованием разработанного алгоритма дек-свертки с системной точки зрения; (2) сравнительное исследование двух схем передачи данных в основной полосе частот (с манчестерским кодом и без него) в модели в наихудшем сценарии проводится с использованием функции единичного шага, и (3) оптимальная скорость передачи данных в основной полосе частот для высокоскоростной передачи получается путем выбора R _L до максимального значения SNR и SIR системы.

Метод использования инструментов с батарейным питанием для имитации условий работы системы ESC IBC. Проведенные таким образом измерения показывают, что окружающая среда обеспечивает обратный путь сигнала между землей передатчика и землей приемника в системе. Этот путь можно смоделировать, используя емкость C, _T . C _T и R _L обеспечивают для системы частоту среза высоких частот 3 дБ, f _h .

Результаты измерений также показывают, что R _L можно легко контролировать для достижения оптимального компромисса между SNR , SIR и скоростью передачи данных. Оптимальный диапазон R _L для данных с манчестерской кодировкой в ​​наихудшем сценарии для канала ESC IBC с напряжением питания 3,3 В оценивается как 10 кОм ≤ R _L ≤ 50 кОм, обеспечивая скорость передачи данных, превышающая 20 Мбит / с, и, следовательно, высокоскоростная передача.

В рамках будущих работ будет разработан приемопередатчик (передатчик и приемник) для системы ESC IBC с высокой скоростью передачи 20 Мбит / с на основе метода, предложенного в данном документе. Разработанный приемопередатчик может улучшить систему ESC IBC, позволяя интегрировать несколько электрических устройств и биосенсоров, которые могут использоваться для мониторинга здоровья человека [44].

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: YT CS. Проведены эксперименты: YT YH. Проанализированы данные: YT YH.Предоставленные реагенты / материалы / инструменты для анализа: YT YH. Написал статью: YT CS.

Ссылки

1. 1.
   Канаи Х., Чаттерджи И., Гранди О.М. Импеданс человеческого тела для анализа электромагнитной опасности в диапазоне от СНЧ до СЧ. IEEE Trans. Теория СВЧ Техн. 32: 763–771, 1984.
2. 2.
   Канаи Х., Хэно М., Сакамото К. Электрические измерения распределения жидкости в ногах и руках. Медицинский прогресс через технологии 12: 159–170, 1987. pmid: 3627027
3. 3.Handa T, Ike S, Shoji S, Takeda S, Sekiguchi T. Беспроводная система мониторинга ЭКГ с очень низким энергопотреблением, использующая тело в качестве среды передачи сигнала. IEEE Int. Конф. Solid-Stae Sens. Actuat .: 1003–1006, 1997.
4. 4.
   Чжао Ю., Тан Л., Реннакер Р., Хатченс С., Ибрагим Т.С. Изучение радиочастотной связи, SAR и повышения температуры в беспроводном имплантируемом нейронном интерфейсе. PLOS ONE 8: e7759, 2013.
5. 5.
   Knudsen NN, Kjrulff TM, Ward LC, Sæbye D, Holst C, Heitmann BL.Распределение воды в организме и риск сердечно-сосудистых заболеваний и смертности среди здорового населения: проспективное когортное исследование. PLOS ONE 9: e87466, 2014. pmid: 24498327
6. 6.
   Дорган С.Дж., Рейли РБ. Модель импеданса кожи человека во время поверхностной функциональной нервно-мышечной стимуляции. IEEE Trans . Реабилитация Анг . 7: 341–348, 1999.
7. 7.
   Цзэн Ю.Х., Су CC, Лю CNJ. Измерение и оценка биоэлектрического импеданса человеческого тела с помощью деконволюции прямоугольной формы волны.IEICE Trans. Информация и системы, E93-D: 1656–1660, 2010.
8. 8.
   Буффа Р., Сарагат Б., Кабрас С., Ринальди А.С., Марини Э. Точность конкретного BIVA для оценки состава тела у населения Соединенных Штатов. PLOS ONE 8: e58533, 2013. pmid: 23484033
9. 9.
   Смит-Райан А.Е., Фульц С.Х., Мелвин М.Н., Вингфилд Х.Л., Весснер М.Н. Воспроизводимость и достоверность ультразвукового исследования в a-режиме для измерения и классификации состава тела у мужчин и женщин с избыточным весом и ожирением.PLOS ONE9: e , 2014.
10. 10.
    Hung C-Y, Sun P-L, Chiang S-J, Jaw F-S. In vitro Дифференциальный диагноз clavus verruca с помощью прогнозной модели, созданной на основе электрического импеданса. PLOS ONE 9: e93647, 2014. pmid: 24705282
11. 11.
    Ягненок MJE, Бирн С.Д., Уилсон Дж. Ф., Уайлд Ш. Оценка анализа биоэлектрического импеданса для выявления лиц с избыточным весом и повышенным кардиометаболическим риском: кросс-секционное исследование. PLOS ONE 9: e106134, 2014. pmid: 25243464
12. 12.Валенте-дос-Сантос Дж., Коэльо-э-Силва М.Дж., Мачадо-Родригес А.М., Эльферинк-Гемсер М.Т., Малина Р.М., Петроски ЭЛ и др. Уравнение прогноза для безжировых мягких тканей нижних конечностей у околопубертатного мальчика с использованием антропометрии и биологического созревания. PLOS ONE 9: 107219, 2014.
13. 13.
    Gatterer H, Schenk K, Laninschegg L, Schlemmer P, Lukaski H, Burtscher M. Биоимпеданс определяет потерю жидкости в организме после физических упражнений в жару: пилотное исследование с охлаждением тела. PLOS ONE 9: e109729, 2014.pmid: 25279660
14. 14.
    Цукада С., Накашима Х., Торимицу К. Комбинированный пучок шелковых волокон из проводящего полимера для записи биоэлектрических сигналов. PLOS ONE 7: e33689, 2012. pmid: 22493670
15. 15.
    Ю. Ю., Чжан Дж., Лю Дж. Биомедицинская реализация жидких металлических чернил в качестве вытяжного электрода ЭКГ и цепи кожи. PLOS ONE 8: e58771, 2013. pmid: 23472220
16. 16.
    Асаи Ю., Татеяма С., Номура Т. Изучение стратегии периодического контроля для постурального баланса с использованием интерфейса человек-компьютер на основе ЭМГ.PLOS ONE 8: e62956, 2013. pmid: 23717398
17. 17.
    Циммерман Т.Г. Персональная сеть: внутрикорпоративная связь ближнего поля. IBM System Journal 35: 609–617, 1996.
18. 18.
    Пост скорой помощи, Рейнольдс М., Грей М., Парадизо Дж., Гершенфельд Н. Внутрикорпусная шина для передачи данных и питания. Proc. На 1-м международном симпозиуме по носимым компьютерам IEEE Comp. Soc. Пресс: 52–55, 1997.
19. 19.
    Ценг Й.Х., Су С.К., Лю Си-Н.Дж. Анализ и разработка широкополосной цифровой передачи в системе связи внутри тела с электростатической связью.IEICE Trans. Comm E92-B: 3557–3563, 2009.
20. 20.
    Сонг С, Чо Н, Ю Х-Дж. Цифровой приемопередатчик мощностью 0,2 мВт и скоростью 2 Мбит / с на основе широкополосной передачи сигналов для связи с человеческим телом. IEEE J. Solid-State Circuits 42: 2021–2033, 2007.
21. 21.
    Lin Y, Chen C, Chen H, Yang Y, Lu S. Биомедицинская система на чипе 0,5 В для системы связи внутри тела. IEEE Trans. Ind. Electron. 58: 690–698, 2011.
22. 22.
    Хага Н., Сайто К., Такахаши М., Ито К. Эквивалентная схема каналов связи внутри тела, индуцирующая токи проводимости внутри человеческого тела.IEEE Trans. Антенны Propag. 61: 2807–2816, 2013.
23. 23.
    Кибрет Б., Сейеди М., Лай Даниэль Т.Х., Фолкнер М. Исследование гальванической связи внутри тела с использованием модели цепи человеческого тела. IEEE J. Biomed. Здоровье Информ. 18: 1196–1206, 2014. pmid: 25014932
24. 24.
    Хатисука К., Наката А., Такеда Т., Тераучи Й., Шиба К., Сасаки К. и др. Разработка и анализ характеристик устройства внутрикорпоративной коммуникации. Tech. Дайджест, 12-я Междунар. Конф. Solid-Stae Sens.Actuat. Микросистемы: 1722–1725, 2003.
25. 25.
    Handa T, Shoji S, Ike S, Takeda S, Sekiguchi T. Беспроводная система мониторинга ЭКГ с очень низким энергопотреблением, использующая тело в качестве среды передачи сигнала. 1997 Международная конференция по твердотельным датчикам и исполнительным элементам: 16–19, 1997.
26. 26.
    Hachisuka K, Terauchi Y, Kishi Y, Hirota T, Sasaki K, Hosaka H и др. Упрощенное схемотехническое моделирование изготовления устройств внутрикорпоративной связи. Твердотельные датчики, исполнительные механизмы и микросистемы, 2005 г.Сборник технических статей. TRANSDUCERS ’05 1: 5–9, 2005.
27. 27.
    Руис Дж. А., Шиматото С. Новые коммуникационные услуги, основанные на взаимодействии человеческого тела и окружающей среды: приложения внутри поездов и приложения для людей с ограниченными возможностями. IEEE Int. Конф. Com., Vol. 1: 2240–2245, 2006.
28. 28.
    Чо Н, Ю Дж, Сон С., Ли Дж, Чон С., Ю Х. Характеристики человеческого тела как среды передачи сигналов для внутрителесной коммуникации. IEEE Trans. Микроу. Теория Техн.55: 1080–1087, 2007.
29. 29.
    Сюй Р., Чжу Х., Юань Дж. Характеристика и анализ канала связи внутри тела. IEEE APSURSI ’09: 1–4, 2009.
30. 30.
    Сонг Й, Чжан К., Хао Ц., Роллан Дж. П. Моделирование и характеристика межтелевой связи электростатической связи на основе электрооптической модуляции Маха-Цендера. Optics Express 20: 13488–13500, 2012. pmid: 22714376
31. 31.
    Лучев З., Кройс И., Цифрек М. Емкостный канал связи внутри тела от 100 кГц до 100 МГц.Конференция IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC): 1–4, 2011 г.
32. 32.
    Callejón MA, Naranjo-Hernández D, Reina-Tosina J, Roa LM. Комплексное исследование измерений внутрикорпоративной коммуникации. IEEE Tran. На Инст. И измер. 9: 2446–2455, 2013.
33. 33.
    Ху Х, Ли С., Пэн Х. Сравнительное исследование моделей эквивалентных схем для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 198: 359–367, 2012.
34. 34.
    Liaw BY, Nagasubramanian G, Jungst RG, Doughty DH.Моделирование ионно-литиевых элементов — простой подход к модели эквивалентной схемы. Ионика твердого тела 175: 835–839, 2004.
35. 35.
    Dubarry M, Vuillaume N, Liaw BY. От одноэлементной модели до моделирования аккумуляторной батареи для литий-ионных аккумуляторов. Журнал источников энергии 186: 500–507, 2009.
36. 36.
    Чан Й.Х., Шон В.Й., Ке Дж.С. Онлайн-оценка внутреннего сопротивления и напряжения холостого хода литий-ионных аккумуляторов электромобилей. Journal of Power Sources 196: 3921–3932, 2011.
37. 37.
    Dubarry M, Liaw BY. Разработка универсального средства моделирования литиевых аккумуляторных батарей. Журнал источников энергии 174: 856–860, 2007.
38. 38.
    Ху Ю, Юркович С, Гезеннец Ю, Юркович БЖ. Метод динамической идентификации модели аккумуляторной батареи в автомобильных приложениях с использованием линейных структур с изменяющимися параметрами. Инженерная практика управления 17: 1190–1201, 2009.
39. 39.
    Ху Ю., Юркович С. Идентификация модели батареи с линейным изменением параметров с использованием подпространственных методов.Журнал источников энергии 196: 2913–2923, 2011.
40. 40.
    Андре Д., Мейлер М., Штайнер К., Вальц Х, Соцка-Гут Т., Зауэр Д.Ю. Определение характеристик мощных литий-ионных аккумуляторов методом спектроскопии электрохимического импеданса. II: Моделирование. Журнал источников энергии 196: 5349–5356, 2011.
41. 41.
    Парикмахерская, округ Колумбия, Браун Б.Х. Обзорная статья: Прикладная потенциальная томография. J. Phys. E. 12: 443–448, 1984.
42. 42.
    Вебстер Дж. Электроимпедансная томография.Адам Хильгер, Нью-Йорк; 1989.
43. 43.
    Вебстер Дж. Медицинское оборудование: применение и дизайн. Wiley; 1998.
44. 44.
    Дячка К. Носимые компьютеры и персональные системы мониторинга здоровья. ECE399H, 2003.

Вода | Бесплатный полнотекстовый | Характеристики потока и морфология русла в сложном русле между двумя отдельными каналами

Река может расшириться от одиночного русла до сложного русла с поймами из-за влияния геологических условий или человеческого фактора (например.г., плес Тонглуоксия, плес Кутангся реки Янцзы, плес Пэншань реки Минь (рис. 1) и т. д.). Поймы являются важными местами производства и проживания людей и обычно используются в качестве пахотных земель. Для борьбы с наводнениями и регулирования русла важно изучить характеристики потока и морфологию русла в составном русле между двумя отдельными каналами. Во многих исследованиях изучались характеристики потока и перенос наносов в составных руслах (т. Е. У рек есть главный канал с поймы) [1,2,3,4,5,6,7,8].В составном канале, когда полный береговой поток достигает поймы, внезапное увеличение смоченного периметра значительно снижает гидравлический радиус. Таким образом, выводы, основанные на отдельных каналах, могут быть неприменимы к составным каналам [9,10,11,12,13,14]. Традиционный метод разделения поперечного сечения делит составной канал на основной канал и пойму путем проведения отвеса вдоль границы. Однако этот метод не учитывает напряжение сдвига между основным каналом и поймой, что вызывает большую ошибку расчета [15,16].Райт [17] обнаружил, что метод вертикального деления переоценивает расход потока, когда относительная глубина воды (отношение глубины потока поймы к глубине потока основного русла) была ниже 0,5. Основываясь на балансе сил между поймой и основным руслом, Лю и Донг [18] получили предсказатель для расчета расхода потока в составных каналах в условиях установившегося потока. Акерс [19,20,21] модифицировал метод разделенного поперечного сечения на основе концепции когерентности речного русла (COH), введя поправочный коэффициент расхода (DISADF) и коэффициент ошибки расхода (DISDEF) для корректировки рассчитанного расхода Q _basic в составных каналах.Основываясь на уравнении Навье-Стокса, Шионо и Найт [22] предложили аналитическое решение для средней вертикальной скорости в составных каналах. В сложном русле отложения, движущиеся от поймы к основному руслу, крупнее, чем отложения, движущиеся в другом направлении [2]. Чен [23] изучил течения с высокой концентрацией песка в пойме, указав, что обмен содержания песка увеличивает содержание песка в пойме и уменьшает его в основном русле. Knight и Brown [24] провели эксперименты по изучению переноса наносов в составном канале с подвижным дном, обнаружив, что коэффициент сопротивления пропорционален глубине воды и неровности поймы.Танг и Найт [25] обнаружили, что уровень нагрузки на дно максимален, когда вода достигает полного берегового потока; по мере увеличения глубины потока над уровнем поймы скорость русловой нагрузки постепенно снижается. Они также обнаружили, что чем больше неровность поймы, тем меньше скорость переноса грунтовых отложений. Кроме того, в некоторых исследованиях предложены предикторы для оценки скорости нагружения в сложных каналах [26,27,28].

Хотя характеристики потока и перенос наносов в сложных каналах были широко изучены, характеристики потока и морфология слоя в сложном канале между двумя отдельными каналами все еще неизвестны.Чтобы восполнить этот пробел в исследованиях, в данном исследовании были проведены испытания лотков для изучения характеристик потока и морфологии слоя в составном канале между двумя отдельными каналами.

Характеристики канала — межсимвольные помехи, видеолекция о перекрестных помехах профессора Нагендры Кришнапура из IIT Madras

Обзор

Содержание:
Введение в широкополосную цифровую связь, Введение в широкополосную цифровую связь, Сериализаторы и десериализаторы, Забыл нажать «запись»!, КМОП-логика, несимметричная передача данных, ограничения, Базовая схема логики текущего режима, Логика текущего режима- MUX, XOR, защелка, конструкция логической защелки текущего режима, характеристики логической защелки текущего режима, межсимвольная интерференция канала передачи нижних частот, частота ошибок Модель канала первого порядка, ISI

ISI, джиттер, открытие глазка, характеристики канала — межсимвольные помехи, Перекрестные помехи, конструкция эквалайзера, конструкция эквалайзера, минимизирующая остаточную ошибку, влияние выравнивания на шум и перекрестные помехи, компромиссы между выравниванием на Tx и Rx; Конструкция эквалайзеров Tx, Конструкция эквалайзеров передачи с использованием триггеров и трансформаторов, соображения по конструкции эквалайзера Tx, соображения по конструкции эквалайзера Tx; реализация переменных коэффициентов, дифференциального парного эффекта емкости хвостового узла; Непрерывное выравнивание времени, реализация эквалайзера непрерывного времени; смещение реплики для источника тока хвоста

Обсуждение задания 2, Смещение реплики, оптимизация поворота передатчика, смещение реплики, оптимизация поворота передатчика, оптимизация аналоговой схемы; Выравнивание на приемнике, Выравнивание на приемнике; Основы адаптации, адаптация LMS, адаптация знак-знак LMS, детали реализации LMS, реализация адаптивного эквалайзера, эквалайзер на основе S / H, получение градиентов, промежуточное обсуждение; Мультиплексированные и демультиплексированные последовательности PRBS; Защелка vs.усилитель мощности; Нули для выравнивания до и после курсора; Эхоподавление, эквалайзеры с решающей обратной связью — устранение усиления шума; Распространение ошибок, Эквалайзеры с обратной связью по решению — частота ошибок по битам, Проблемы реализации эквалайзеров с обратной связью по решению, Обсуждение задания 3

Эквалайзеры с обратной связью по решению — проблемы реализации, Введение в синхронизацию и восстановление данных — Умножение частоты с использованием контура фазовой автоподстройки частоты, ФАПЧ типа I; вывод фазовой модели ФАПЧ; Трехфазный детектор (продолжение) Тип I с ФАПЧ; вывод фазовой модели ФАПЧ; Трехфазный детектор с ФАПЧ типа I; Справочная информация; Компромисс между прохождением задания и диапазоном захвата, стабильность контуров обратной связи; Создание ФАПЧ типа II

Реализация ФАПЧ типа II с накачкой заряда, контурным фильтром, контрольным вводом в ФАПЧ типа II; Фазовый детектор для случайных данных, линейный фазовый детектор для случайных данных, линейный фазовый детектор; Передаточные функции в ФАПЧ, обзор ФАПЧ, двоичные фазовые детекторы; bang bang jitter, Разные темы-Оптимальные эквалайзеры; Предположение о линейности модели ФАПЧ; Явление захвата системы ФАПЧ; Коррекция смещения фазового детектора Hogge

Joerger Enterprises VTR10012 Восьмиканальный, 100 МГц, 12-битный аналоговый дигитайзер VME с характеристиками осциллографа

Важное замечание: другие аксессуары, руководства, кабели, данные калибровки, программное обеспечение и т. Д.не входят в комплект поставки этого оборудования, если не указаны в приведенном выше описании складских позиций.

Характеристики:

• 1, 2, 4 или 8 отдельных каналов
• Тактовая частота 100 МГц
• 12-битное разрешение плюс усреднение сигнала
• 256K выборок SRAM на канал, всего 2M выборок
• Глобальные команды для работы с несколькими модулями
• Счетчик триггеров

Восьмиканальный аналоговый дигитайзер VTR10012, 100 МГц, 12 бит VME с осциллографическими характеристиками, доступен с 1, 2, 4 или 8 отдельными аналоговыми дигитайзерами 100 МГц с разрешением 12 бит плюс усреднение сигнала для улучшения отношения сигнал / шум в модуле 6U, VME.Помимо записи формы сигнала, вход имеет те же функции, что и осциллограф, входное сопротивление 10 МОм, смещение полной шкалы и несимметричные или дифференциальные входы. Это дает возможность записывать одиночный снимок с высокой скоростью и разрешением и быстро его считывать. Это упрощает системный анализ и устранение неисправностей. Высокое разрешение и точность были достигнуты с использованием АЦП, рассчитанных на работу на частоте 100 МГц с разрешением 22 бита. Для дальнейшего повышения производительности входные сигналы могут быть усреднены, чтобы улучшить реакцию сигнал-шум.Для усреднения можно выбрать от 2 до 128 входных отсчетов, а результаты сохранить в памяти. Каждый канал полностью самодостаточен и может хранить до 256 тыс. Выборок на канал в SRAM, всего 2 МБ в модуле одной ширины. Новейшие АЦП, усилители, память и использование высокоскоростных программируемых логических устройств делают все эти функции возможными. Хотя многим высокоскоростным модулям требуется много энергии, VTR10012 потребляет всего 13 Вт при работе на частоте 100 МГц. Это часто является важным соображением, когда многие из них могут использоваться в одном ящике.В АЦП используется конвейерный преобразователь с внутренней обработкой задержки, невидимой для пользователя.

Для обеспечения высокой производительности каждый канал содержит секцию усилителя с широкой полосой пропускания. Для обеспечения хороших характеристик АЦП он управляется буферизованным усилителем с дифференциальным входом и дифференциальным выходом с внутренним смещением, чтобы обеспечить вход, разработанный специально для этих преобразователей последнего типа. Это изолирует АЦП и обеспечивает входное сопротивление 10 МОм с несимметричным или истинным дифференциальным входом.Высокое входное сопротивление дает возможность контролировать входной сигнал, не загружая его. Этот тип входа в сочетании с большой памятью обеспечивает возможность отслеживать форму волны в течение длительного периода времени. Даже при устранении неисправностей на медленной системе она обеспечивает высокую скорость изображения с высоким разрешением. Сложная функция для аналогового осциллографа. При необходимости можно выбрать более низкий входной импеданс с помощью встроенной перемычки.

Для обеспечения универсального смещения полной шкалы входного диапазона используется потенциометр на передней панели.Это позволяет использовать биполярные или униполярные входные диапазоны. Контрольная точка включена для контроля смещения. Смещение можно считать на шине VME. Чтобы сделать модуль еще более полезным, данные можно считывать как в активном, так и в неактивном состоянии, не прерывая работу. Это позволяет контролировать данные с АЦП, пока они активны. Он позволяет использовать модуль как АЦП или проверять смещение и усиление каждого канала. Вход оцифровывается с помощью внутреннего кварцевого генератора или внешних часов и загружает данные во внутреннюю SRAM.Для обеспечения высокоскоростного считывания данные могут считываться по 4 выборки за раз с 2 каналов с использованием BLT64 на 64 строки. Для увеличения общей скорости считывания данных предусмотрен режим сканирования «SPARSE». Каждый канал имеет 12-битный регистр, в котором можно установить минимальный входной уровень. Его выходной сигнал сравнивается с преобразованным входным уровнем, и если он не превышен, данные считаются недействительными. Это допустимое слово данных может быть считано, указывая, какие каналы должны быть прочитаны. Все каналы используют общие часы, адрес, сигналы управления и работают одновременно.Особое внимание было уделено обеспечению точного времени.

Аналоговые входы предназначены для обработки широкого спектра сигналов. Аналоговая мощность и аналоговая земля каждого канала фильтруются индивидуально. Эта особая осторожность при компоновке и фильтрации обеспечивает низкий уровень перекрестных помех в каналах и низкий уровень шума, что часто является проблемой для многоканальных модулей аналогового ввода. Если приложение требует фильтрации, рекомендуется использовать внешние фильтры.

Доступ к регистрам управления и состояния осуществляется через короткую адресацию.Регистры управления выбирают рабочие параметры модуля. Регистр длительности стробирования содержит количество выборок, которые должны быть взяты после срабатывания триггера.

Для облегчения считывания данных предусмотрены две дополнительные памяти. В конце каждого цикла записывается адрес памяти. Вторая память записывает время получения каждого триггера и берется из 32-битного счетчика реального времени. Счетчик триггеров предназначен для записи количества полученных полных триггеров. Эта информация позволяет пользователю узнать, сколько триггеров было получено, адреса их памяти и время срабатывания триггеров.Также предусмотрен регистр событий, который выбирает количество триггеров для принятия и снятия цикла с охраны.

Модель VTR10012 может работать в режимах пост-триггера, множественного пост-триггера, до / после и в нескольких режимах до / после триггера. Режим пост-триггера начинает оцифровку при получении триггера, берет количество выборок, установленное регистром длительности стробирования, затем останавливается и устанавливает прерывание. Если автоматический сброс включен, следующий триггер сбросит счетчик местоположения на ноль и перезапишет предыдущие выборки.Для операции с несколькими запусками после запуска автоматический сброс отключен, и каждый последующий запуск не будет сбрасывать счетчик местоположения, и выборки будут сохраняться последовательно, пока память не будет заполнена. Для учета времени в нескольких операциях запуска предусмотрен 32-битный счетчик «реального времени». Время получения каждого триггера сохраняется в памяти. Это может быть считано вместе с количеством полученных триггеров. Если «Memory Wrap» выключен и цикл завершен, устанавливается прерывание, и последующие триггеры игнорируются.Если включен режим Wrap, при заполнении памяти он начнет перезаписывать данные и принимать триггеры до тех пор, пока модуль не будет снят с охраны.

В режиме до / после запуска модуль начинает сбор данных, когда устройство поставлено на охрану, и циклически перебирает память, перезаписывая старые данные. При получении триггера модуль берет количество выборок, установленное регистром длительности стробирования, останавливается и устанавливает прерывание. Используется вся память с выборками после триггера, предварительно установленными длительностью стробирования. Баланс памяти содержит информацию до запуска.Для нескольких операций до / после триггера память программно делится на секции до 16. Теперь каждая секция работает как цикл до / после триггера с сохранением своего адреса и времени. По завершении операции устанавливается прерывание. Таким образом, пользователь получает полную картину записанных данных. Адреса памяти, время получения триггеров и количество доступных триггеров. Все циклы записи запускаются либо внутренне, либо внешне. В качестве дополнительной функции этот триггер может иметь цифровую задержку с помощью программируемой настройки счетчика и его тактовой частоты.Это может оказаться полезным в операциях, где есть промежуток времени, когда срабатывает триггер и должна начаться активная запись. В режимах pre / post предусмотрен регистр, который требует установки количества отсчетов, которые будут сохранены после активации до того, как будет распознан триггер.

Для управления работой нескольких модулей доступны глобальные команды, которые можно использовать для таких команд, как постановка / снятие с охраны, а также для включения / отключения триггеров. Это позволяет пользователю управлять группой модулей и заставлять их работать вместе.

Artisan Scientific Corporation dba Artisan Technology Group не является аффилированным лицом или дистрибьютором Joerger Enterprises. Изображение, описание или продажа продуктов с названиями, товарными знаками, брендами и логотипами предназначены только для идентификации и / или справочных целей и не указывают на какую-либо принадлежность или разрешение какого-либо правообладателя.

Характеристики канала

для терагерцовой беспроводной связи

Часть специального совместного семинара ECE и NYU WIRELESS, серия

Схемы: Терагерц (ТГц) и выше

Название:

Характеристики канала для беспроводной связи в терагерцовом диапазоне

Спикер:

Дэниел Миттлман

• Профессор инженерных наук Брауновского университета
• Директор лаборатории Миттлмана

Веб-сайт исследования: Mittleman Lab

Аннотация:

Для обеспечения быстрого роста глобального беспроводного трафика, который к 2021 году достигнет 49 эксабайт в месяц, потребуются беспроводные сети, работающие на частотах выше 95 ГГц.Работа и характеристики таких сетей сильно отличаются от характеристик обычных беспроводных систем или даже систем 5G, в которых используются каналы миллиметрового диапазона на более низких частотах. Различия возникают из-за гораздо меньшей длины волны, что подразумевает как значительно более высокую направленность, так и очень разные характеристики распространения и дифракции. Это создает как проблемы, так и возможности для будущих сетей, работающих на этих частотах. В этой презентации мы обсудим несколько новых измерений, чтобы охарактеризовать аспекты этих высокочастотных каналов, в том числе линии, расположенные вне зоны прямой видимости.Также будет описано первое исследование влияния высокой направленности на отклик и безопасность на физическом уровне.

Биография:

Доктор Миттлман получил степень бакалавра наук. по физике в Массачусетском технологическом институте в 1988 г. в 1990 г. и к.т.н. в 1994 году оба были физиками из Калифорнийского университета в Беркли под руководством доктора Чарльза Шэнка. Затем он присоединился к AT&T Bell Laboratories в качестве постдокторанта технического персонала, работая сначала на Dr.Ричард Фриман о тераваттной лазерной системе, а затем доктор Мартин Нусс о терагерцовой спектроскопии и визуализации. Д-р Миттлман присоединился к кафедре дошкольного образования в Университете Райса в сентябре 1996 года. В 2015 году он перешел в инженерный факультет Университета Брауна. Его исследовательские интересы связаны с наукой и техникой терагерцового излучения. Он является членом OSA, APS и IEEE, а также лауреатом премии Humboldt Research Award 2018. В настоящее время он занимает трехлетний срок в качестве председателя Международного общества инфракрасных миллиметровых и терагерцовых волн .

Эволюция и структурные характеристики управляемых напряжением K + каналов установки — Penn State

@article {b1cb645402dd49bd8686d775f2652108,

title = «Эволюция и структурные характеристики управляемых напряжением K + каналов установки»,

аннотация = «Plant Voltage- стробированные K + каналы были названы «шейкерами растений» по отношению к каналам шейкеров животных, первым идентифицированным K + каналам. Недавние достижения в наших знаниях об эволюции и структуре K + каналов значительно увеличили разрыв между этими растительными и животными K + каналы, свидетельствующие о том, что пора полностью отказаться от обозначения «Plant Shaker».Эволюционная геномика показывает, что потенциал-управляемые K + каналы растений и шейкеры многоклеточных животных происходят от разных прокариотических предков. Каналы растений принадлежат к линии, которая включает в себя каналы, управляемые циклическими нуклеотидами, и каналы эфира метазоана — {\ `a} -go-go, и активируемые гиперполяризацией, циклические каналы, управляемые нуклеотидами. Мы называем это происхождение суперсемейством каналов CNBD, потому что все эти каналы имеют общий цитоплазматический гейтирующий домен, гомологичный циклическим нуклеотидсвязывающим доменам. Первые структуры каналов суперсемейства CNBD обнаруживают заметные различия в связи между датчиком напряжения и ионопроводящей порой по сравнению с каналами шейкера многоклеточных животных.Наблюдение за функцией управляемых напряжением K + каналов растений через призму структур суперсемейства CNBD должно привести к пониманию того, как эти каналы регулируются. «,

author =» Тимоти Джегла и Грегори Бьюзи и Ассманн, {Сара М.} «,

note =» Информация о финансировании: Эта работа была поддержана IOS Национального научного фонда США (16-21027, TJ и SMA) . Информация о финансировании: эта работа была поддержана IOS Национального научного фонда США (16–21027, T.J. и S.M.A.). Авторские права издателя: {\ textcopyright} 2018 ASPB. «,

год =» 2018 «,

месяц = ​​декабрь,

doi =» 10.1105 / tpc.18.00523 «,

language =» English (US) «,

volume = «30»,

pages = «2898-2909»,

journal = «Plant Cell»,

issn = «1040-4651»,

publisher = «Американское общество биологов растений»,

number = «12»,

}

Оценка емкости аддитивных обратных гауссовских молекулярных каналов с релейными характеристиками

ws 16 (9): e3

Research Article

Download553 загрузки

Cite

BibTeX Plain Text

•  @ СТАТЬЯ {10.4108 / eai.3-12-2015.2262539,
      author = {Пратип Рана и Притам Гош, Кевин Р. Пилкевич и Эдвард Дж. Перкинс, Крис Уорнер и Майкл Мэйо},
      title = {Оценка емкости аддитивных обратных гауссовских молекулярных каналов с релейными характеристиками},
      journal = {Подтвержденные EAI транзакции в беспроводном спектре},
      объем = {2},
      число = {9},
      publisher = {ACM},
      journal_a = {WS},
      год = {2016},
      месяц = ​​{5},
      ключевые слова = {аддитивный обратный гауссовский канал, пропускная способность канала, молекулярная связь, множественный доступ, широковещательные и ретрансляционные каналы},
      doi = {10.4108 / eai.3-12-2015.2262539}
  }
   

• Pratip Rana
  Preetam Ghosh
  Kevin R. Pilkiewicz
  Edward J Perkins
  Chris Warner
  Michael Mayo
  Год: 2016
  Оценка емкости аддитивных обратных гауссовских молекулярных каналов с релейными характеристиками
  WS
  EAI

  DOI: 10.4 .3-12-2015.2262539

Пратип Рана ^{1 , *} , Притам Гош ¹ , Кевин Р. Пилкевич ² , Эдвард Дж. Перкинс ² , Крис Уорнер ^{2 2, Майкл Мэйо}

• 1: Департамент компьютерных наук, Университет Содружества Вирджинии
• 2: Экологическая лаборатория, Центр исследований и разработок инженеров армии США

* Контактный адрес электронной почты: ranap @ vcu.edu

Abstract

Молекулярная коммуникация — это новая область, которая стремится разработать устройства связи нанометрового уровня с использованием принципов проектирования, почерпнутых из исследований топологии и динамических свойств биологических сигнальных сетей. Чтобы понять, как функционируют эти сети, мы должны сначала охарактеризовать функциональные строительные блоки, из которых они состоят, и лучшими кандидатами для них являются топологически различные подсети или мотивы, которые появляются в статистически невероятном количестве.В транскрипционных сетях одним из наиболее распространенных мотивов является петля прямого распространения, трехузловой мотив, в котором один белок верхнего уровня регулирует экспрессию целевого гена либо прямо, либо косвенно через промежуточный белок-регулятор. В настоящее время не предпринималось никаких систематических усилий, чтобы рассматривать изолированную петлю прямой связи как автономное устройство усиления / ослабления сигнала и понимать ее коммуникационную способность с точки зрения диффузии отдельных молекул. Чтобы решить эту проблему, мы выводим теорему, которая оценивает верхнюю и нижнюю границы пропускной способности канала для ретрансляционного канала, который структурно соответствует петле прямой связи, с помощью аддитивной модели обратного гауссовского шума связывания белка с лигандом.Наши результаты — это всего лишь первый шаг к оценке пределов производительности упрощенных биологических схем, чтобы направлять разработку и оптимизацию синтетических устройств на основе биологических материалов, которые могут использоваться в качестве устройств обработки и передачи информации.

Ключевые слова

аддитивный обратный гауссовский канал, пропускная способность канала, молекулярная связь, множественный доступ, широковещательные и ретрансляционные каналы

Опубликован

2016-05-24

Издатель

ACM

http: / / dx.