Основные принципы биотелеметрии. Лекция 1

1.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
БИОТЕЛЕМЕТРИИ
Лекция 1

2.

Что рассмотрим?
01
02
03
Обобщенная схема
биотелеметрии и
задачи, решаемые
БТМС
Обобщенная схема
биотелеметрии и
задачи, решаемые
БТМС
Классификация
биотелеметрических
систем

3.

Обобщенная схема биотелеметрии и задачи, решаемые
БТМС
◦ Основная задача биотелеметрии — получение информации о состоянии, поведении и
местоположении живых организмов, находящихся на расстоянии от регистрирующего
устройства. Подобное широкое определение биотелеметрии включает в себя системы
телеизмерения, телеконтроля и телепрослеживания.
◦ В системах телеизмерения и телеконтроля осуществляются дистанционное измерение и
контроль за физиологическими параметрами исследуемого объекта.

4.

Телепрослеживание животных и птиц в естественных условиях можно определить как
метод, при котором БТМС используется для получения определенного вида экологической
информации:
• исследование численности и динамики популяции, ее поведения,
• определение размера индивидуальных территорий,
• суточные и сезонные перемещения, периоды активности и т.д.
◦ При проведении ряда медико-биологических исследований
необходимо не только регистрировать и контролировать
различные физиологические параметры, но и стимулировать
исследуемую структуру, орган или ткань.
◦ Благодаря телеметрии и телестимуляции между
экспериментатором и исследуемым устанавливается
двусторонний контакт, открывающий широкие возможности
для проведения различных исследований на
свободноперемещающихся объектах: изучения поведения
животных в сообществе

5.

В наиболее общей постановке любой
процесс измерения физиологических
параметров и контроль за состоянием
биообъекта можно представить в
виде схемы, изображенной на рис., и
выразить следующим операторным
уравнением:

6.

7.

Основные требования, предъявляемые к БТМС
◦ Передача
информации
в
биотелеметрии
часто
осуществляется с весьма малых объектов (птицы, мелкие
животные, отдельные части и внутренние органы тела) в
условиях сложной внешней обстановки и динамики, что
предъявляет особые требования к конструкции БТМС, ее
габаритам, массе, аппаратурной надежности.
◦ Физиологические исследования в полевых условиях, как
правило, проводятся в течение продолжительного времени
(исследование различного рода биоритмов, параметров и
поведения диких животных, радиопрослеживание путей
миграции и т.д.), без возможности смены источников
питания, что определяет требования высокой экономичности
БТМС.

8.

Основные требования, предъявляемые к БТМС
◦ Особую
остроту
для
БТМС
приобретает
проблема
помехоустойчивости. В биотелеметрии наряду с внешними и
аппаратурными помехами, различного рода замираниями сигнала
существует целый ряд специфических помех, присущих только
биообъекту.
◦ Борьба с помехами этого типа при жестких ограничениях на
сложность, габариты и массу БТМС представляет собой трудную
задачу. Особые требования к БТМС могут выдвигать также
условия ее работы, как правило, значительно отличающиеся от
условий работы радиотелеметрических систем общетехнического
назначения.

9.

Основные требования, предъявляемые к БТМС
1 Высокая помехоустойчивость по отношению к широкому классу помех.
2. Достаточно высокая скорость передачи сообщений и эффективность использования канала связи, необходимые для получения статистически
достоверной биологической информации.
3. Точность измерения не менее 3...5%.
4. Малые габариты и масса, имеющие особенно большое значение для БТМС, предназначенных для исследования мелких животных и птиц,
радиопилюль и эндорадиозондов.
5. Высокая экономичность, позволяющая осуществлять регистрацию физиологических параметров в течение продолжительного промежутка
времени — от нескольким часов до нескольких суток, месяцев и лет без смены источников питания.
6. Требования минимального воздействия передатчика БТМС на биообъект.
7. Многоканальность.
8. Высокая чувствительность (для некоторых сигналов 5... 10 мкВ). Широкий динамический диапазон.
10. Способность работать в сложных внешних условиях (большие динамические нагрузки, повышенная влажность и температура, наличие
вредных сред и др.).
11. Высокая надежность. Простота в настройке и эксплуатации.
13. Наличие адаптивных возможностей.

10.

Основные составляющие звенья БТМС

11.

12.

Классификация биотелеметрических систем
◦ По назначению БТМС можно разделить на системы телепрослеживания, телеконтроля и системы
телеизмерения биологических параметров.
◦ По способу расположения передатчика, приемника и объекта исследования относительно друг друга
различают динамические, передвижные и стационарные БТМС.
◦
В динамических системах передатчик расположен на исследуемом объекте или внутри его
(вживляемые системы, эндорадиозонды и может вместе с объектом свободно перемещаться
относительно приемной части (эндорадиозонды могут перемещаться также внутри
биообъекта).
◦
В передвижных БТМС передатчик находится на расстоянии от биологического объекта,
связан с последним проводной связью и может передвигаться относительно
радиоприемника. В подобных системах обычно используется ретрансляция.
◦
В стационарных БТМС передатчик, приемник и объект неподвижны относительно друг
друга. Передача биологической информации с помощью этих систем осуществляется на
большие расстояния, например из одной точки земного шара в другую.

13.

Классификация биотелеметрических систем
Классификация биотелеметрических систем по техническим показателям:
вид канала связи,
методы разделения каналов,
методы модуляции в отдельных ступенях БТМС,
частотный диапазон,
радиус действия,
режим работы,
метод управления передатчиком,
тип источника питания и т.д

14.

Классификация биотелеметрических систем
◦ В качестве каналов связи в биотелеметрии может использоваться проводная связь,
радиосвязь, гидроакустический, оптический и другие виды каналов.
◦ По методам разделения каналов БТМС делят на системы с частотным, временным,
кодовым, комбинированным разделением, системы с разделением по форме. В БТМС
может осуществляться аналоговая: амплитудная (AM), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ) или
импульсная модуляция: амплитудно-импульсная (АИМ), время-импульсная (ВИМ), широтноимпульсная (ШИМ), кодовоимпульсная (КИМ).
◦ Существуют и другие методы модуляции, в частности, в биотелеметрии находит применение
время-импульсная модуляция с переменным тактом (ВИМПТ) [170], двойная широтноимпульсная модуляция, фазовременная модуляция (ФВМ) и др.

15.

Классификация биотелеметрических систем
◦ По точности телеметрические системы принято делить на три основных класса:
средней точности (относительная погрешность 5 = 3...5%), высокой точности (б =
1 ...2%) и прецизионные (б = 0,1 ...0,5%). Большинство существующих БТМС относится к
классу телеметрических систем средней точности.
◦ По эффективности БТМС можно классифицировать на системы малой, средней и
высокой эффективности. Если в качестве критерия эффективности К-у использовать
такой эксплуатацией ный показатель, как произведение числа каналов п на
максимальную частоту Fmax спектра сообщения, передаваемую в среднем через один
канал.
◦ По информационной гибкости все БТМС можно разделить на системы с жесткой и
гибкой (адаптивной) структурой. Причем в последнем случае функциональную
структуру БТМС можно реализовать как схемными, так и программными средствами.

16.

Классификация биотелеметрических систем
◦ По размерности выдаваемой информации БТМС можно классифицировать на одномерные и
многомерные. Системы первого класса обеспечивают теле- метрирование физиологических
процессов, а второго — физиологических полей.
Кроме перечисленных признаков можно выделить еще дополнительные, важнейшими из которых
являются:
◦
способ представления сигналов (аналоговый, цифровой, совмещенный),
◦
методы управления (ручное, автоматическое, программное, дистанционное),
◦
радиус действия (сверхближний с радиусом менее 1 м; ближний — от 1 до 100 м; средний
— от 100 до 500 м; дальний — до 100 км; сверхдальний — сотни и тысячи километров) и
т.д. .
На основе этих признаков можно более подробно описать систему биотелеметрии.

17.

Классификация биотелеметрических систем