Робота аналізатора спектра та принцип його роботи

Обивателям здається, що словосполучення «спектральний аналіз» звучить надто вже розумно. На цю тему навіть у відомому телешоу якось пожартували. При цьому ми дуже слабо уявляємо, наскільки велика роль спектрального аналізу в нашому житті. Радіомовлення, якісний звукозапис, мобільний зв'язок були б неможливі без застосування аналізатора спектра.

Про необхідність створити подібний прилад у Європі замислилися на початку XX століття: бурхливий розвиток радіомовлення та безлічі пов'язаних із ним галузей вимагали нових рішень. У СРСР розробку нових напрямів і засобів радіовимірювальної техніки довірили спеціально створеному в 1949 році НДІ-11 (сьогодні підприємство називається «Нижегородський науково-дослідний приладобудівний інститут «Кварц»). Саме там і було створено першого вітчизняного спектроаналізатора.

Призначення спектрального аналізатора

Призначення аналізатора спектра – спостереження та вимір розподілу енергії електричних чи електромагнітних коливань у смузі частот. Сигнал, як відомо, може бути представлений у двох видах – часовому та частотному. Щоб оцінити якесь електричне явище та його зміни у часі, ми використовуємо осцилограф. При цьому кожне таке явище складається з хвиль, які мають свої фази, амплітуди і т.д. «Побачити» сигнал у частотному поданні та допомагає аналізатор спектру.

Для чого це потрібно?

Існує безліч областей науки та виробництва, де аналізатор спектру успішно застосовується. Наприклад, бездротові технології зв'язку (Wi-Fi, Bluetooth) або радіомовлення.Кожна служба, кожен передавач або джерело сигналу повинен працювати на своїй, строго закріпленій за ним частоті. Коридори при цьому бувають настільки вузькими, що сигнал неминуче нашарується один на інший. Різні пристрої створюють перешкоди один одному. Спектральний аналіз дозволяє побачити межі своєї частоти і все, що до неї не відноситься. Відповідно, «зайвий» сигнал чи перешкоди можна придушити: «зрізати» або просто приглушити.

Аналогічно спектральний аналіз використовується звукорежисерами для музичних треків. При записі музичного інструменту (чи, так само – людського голосу) неминуче виникають перешкоди – їх створює саме устаткування. Шум може бути і не чути людського вуха, але він впливає на загальну якість запису. У хороших програмах для мастерингу завжди є хоча б найпростіший спектроаналізатор. На ньому видно, що частота звучання, наприклад, гітари починається від певного рівня. Все, що нижче за нього (і це добре видно на екрані!) – можна сміливо «зрізати», покращуючи якість звучання треку.

Допомагає аналізатор спектру та усунути частотний конфлікт, якщо два музичні інструменти знаходяться приблизно в одному коридорі. Тим, хто грав у музичних колективах, добре знайома проблема, коли бас та барабанна «бочка» забивають звучання одне одного. На екрані пристрою частоти, що перекриваються, добре видно – це допомагає вирішити проблему.

Як працює аналізатор спектру?

Щоб зрозуміти, як діє цей прилад, розглянемо аналізатор спектра, принцип якого є класичним. Зрозуміло, в сучасних цифрових пристроях більшість аналогових вузлів всього «внутрішнього ланцюжка» замінюються більш актуальними або навіть новаторськими.Але ідея загалом залишається незмінною.

Досліджуваний вхідний сигнал проходить крізь атенюатор та фільтр. Звідти він потрапляє на змішувач, який у цей момент подається напруга гетеродина. З змішувача сигнал виходить різницевим по частоті (тобто. не тільки два вихідні сигнали, але і гармоніки, і різниці/суми початкових частот і гармонік). Далі все це йде через фільтри, посилюється і потрапляє на детектор. Детектор згладжує його, сигнал оцифровується та виводиться на монітор. Звісно, ​​це у найзагальніших рисах. Кожен конкретний прилад має багато налаштувань та індивідуальних особливостей. Тому, щоб розібратися, як користуватись аналізатором спектра, потрібно насамперед вивчити інструкцію.

Перед роботою з будь-яким подібним пристроєм важливо:

  • Зовні оглянути прилад щодо пошкоджень. Дізнатися, коли останній раз здійснювалася перевірка пристрою, і, якщо необхідно, зробити нову.
  • Перевірити чи зберігаються пломби, чи на місці запобіжники.
  • Уважно оглянути роз'єми та гнізда, кабелі та перехідники.
  • Переконатися, що досліджуваний сигнал має допустиму напругу для аналізатора.

Більшість сучасних спектроаналізаторів є функція «стандартних налаштувань», тобто. налаштувань за замовчуванням. Проте грамотний фахівець перед роботою завжди відрегулює прилад, оскільки це йому необхідно. Зазвичай встановлюється центральна частота, або початкова і кінцева смузі огляду. Якщо потрібно, встановлюється зсув частот. Також задається і сама смуга огляду (зазвичай її встановлюють удвічі більше, ніж смуга, яку займає сигнал) і параметри амплітуди.

Окремо варто сказати про «відносини» спектрального аналізу та ТБ.Набір супутникових каналів, доступних по клацанню на пульті, зараз уже нікого не здивуєш. У кожного майстра-настроювача антен є свої секрети, як користуватися аналізатором спектра супутникового сигналу, і чи взагалі користуватися. Умільців, які без нього обходяться, достатньо. Але ті, хто користуються, запевняють – налаштування антени з такою «примочкою» займає лише 10-15 хвилин.

Для роботи потрібен аналізатор, заточений під супутникові частоти. Сьогодні дуже поширені спеціальні прилади для налаштування супутникових антен, у яких аналізатор спектру просто вбудований як функція. Загальний принцип роботи такий: кожен супутник має «маяк», який має свою частоту. Він необхідний для налаштування та ідентифікації апарата. Координати маяка необхідного супутника вводять у аналізатор і починають сканування. Пошуковик знаходить маяк, і майстер звіряється з аналізатором – чи це частота, яка йому необхідна. Якщо все гаразд, антена «підчіплюється» до супутника, і вже зараз задоволений клієнт на дивані біля телеекрана може почати вибирати свої «favorite» – улюблені канали.

Аналізатори спектру новинки-2020

Приладів на ринку сьогодні безліч: від дорогих пристроїв відомих брендів до копійчаних моделей, які можна замовити з доставкою в китайських інтернет-магазинах. Вибір аналізатора спектру – якісного та придатного для якихось конкретних цілей – справа відповідальна та непроста. Варто уважно вивчити специфікації товарів та проконсультуватися зі спеціалістами. Ми пропонуємо вам невеликий огляд новинок ринку 2016 року, на які варто звернути увагу.

Tektronix RSA306B

Мабуть, найяскравіша новинка сезону.Цей малюк легко вміщається на долоні та важить менше кілограма! Не кожен портативний прилад може похвалитися такою «стрункістю»! Працює через USB-підключення до ПК. Крім того, виробник обіцяє ціну вдвічі нижчу, ніж у конкурентів.

Деякі характеристики:

  • Діапазон: від 9 кГц до 6.2 ГГц
  • Смуга пропускання: 40 МГц
  • Підходить для експлуатації у приміщеннях та на вулиці, у важких умовах
  • ПЗ у комплекті (базова версія)
  • Опції для вимірювання для Bluetooth, LTE, WLAN, APCO 25

RIGOL DSA-700

Китайський виробник запустив у виробництво лінійку недорогих спектроаналізаторів буквально цього літа. У серії представлені дві моделі DSA-710 та DSA-705. Вони є молодшою ​​лінійкою по відношенню до моделі аналізатора DSA-815..

Деякі характеристики:

  • Діапазон: від 100 кГц до 1 ГГц (DSA-710), від 100 кГц-500МГц (DSA-705)
  • Рівень власних фазових шумів:
  • Смуга пропускання ПЧ (до -6дБ) 200 Гц, 9 кГц, 120 кГц
  • Можливість проводити маркерні виміри
  • Можливість порівнювати між собою до чотирьох спектрограм
  • Вбудовано декілька різних видів детекторів

ANRITSU MS2840A

Розробники японської техніки зосередили свою увагу на платформі середнього класу з найширшим діапазоном частот. Оскільки більшість сучасних аналізаторів спектра орієнтовані на вимірювання у широкій смузі (для потреб бездротового зв'язку), користувачі, яким необхідні вимірювання у вузькому діапазоні, змушені набувати надто дорогої техніки. Саме для них і розроблено MS2840A.

Деякі характеристики:

  • Діапазон: від 9 кГц до 44, 5 ГГц (залежно від моделі). Можливе розширення до 325 ГГц із використанням додаткового обладнання
  • Роздільна здатність: (RBW) 1 Гц-10 МГц
  • Амплітуда: від +30 дБм до -166 дБм
  • Низький рівень фазових шумів

Rohde&Schwartz FSW-85

Навесні про випуск нового аналізатора спектра та сигналів заявили і R&S. Ця модель – перша у світі, оснащена коаксіальним вхідним роз'ємом, що охоплює безперервний діапазон від 1 до 85 ГГц. Такий прилад стане у нагоді для розробок автомобільних радарів та нових бездротових мереж.

Деякі характеристики:

  • Діапазон: 2Гц-85 ГГц
  • Низький рівень фазового шуму
  • Смуга аналізу до 2 ГГц
  • Можливість одночасного виконання кількох завдань

Окрім того, цього року R&S оновили можливості інших моделей FSW. Тепер робота аналізатора спектра цієї серії можлива із загальним аналізом сигналів та аналізом сигналів у реальному часі у смузі 512 МГц.

KEYSIGHT FieldfFox

Група ручних аналізаторів цього року поповнилася одразу 6-ма моделями міліметрового діапазону. Флагман – N9952A – працює на максимальній частоті 50 ГГц. Ці комбіновані прилади замінюють собою три/чотири настільні апарати. Їхня точність підходить для лабораторних вимірювань, а посилений корпус дозволяє працювати «в полях». Виробник зазначає, що у нових моделях аналіз спектра ведеться у рази швидше, ніж у попередніх поколінь приладу.

Деякі характеристики:

  • Діапазон: до 50 ГГц
  • Динамічний діапазон: 100 дБ
  • Опції: аналіз спектру, векторний аналіз ланцюгів, вольтметр, вимірювач потужності. Робота в режимі аналізатора спектра не вимагає прогрівання

Rohde&Schwarz FSС4 Аналізатор спектру

Професійний аналізатор спектру – компактний та економічний Прилад R&S®FSC – це компактне та економічне рішення, в якому представлені всі основні функції професійного аналізатора спектру з якістю Rohde & Schwarz.

Робота аналізатора спектра та принцип його роботи - Mriya.v.ua

Біохімічний аналізатор – Високоточний лабораторний прилад для визначення параметрів крові, плазми, сечі та інших біологічних матеріалів. Дозволяє виявляти наявність та концентрацію електролітів, ферментів, ліпідів, інші медичні показники. Більшість лабораторних тестів виконували вручну до 1950-х років минулого століття. Збільшення обсягу роботи та вимоги до швидкості та якості виконання аналізів призвели до потреби в удосконаленому устаткуванні. Прототипами майбутніх швидкісних багатофункціональних приладів став автоаналізатор Auto Analyzer компанії Technicon Instruments, що з'явився на ринку 1957 року. Auto Analyzer виконував більшість тестів у біохімічних лабораторіях. Він став першим серед автоаналізаторів, що працюють за методом витяжної трубки. При цьому метод біоматеріал і реагент змішуються в прямій трубці, а розчин, отриманий в ході реакції, направляється в кювету з колориметром для фотометричного аналізу.

Автоаналізатор Auto Analyzer, випущений 1957 року Спочатку один аналізатор виконував лише один тип аналізів. На початку 1970-х у Японії з'явилися аналізатори, здатні виконувати комплекс досліджень у зразку біоматеріалу. На зміну методу витяжної трубки прийшов метод проточної кювети – аналізатори були обладнані реакційними кюветами, які містять кілька реакційних осередків. На основі цього методу, після його доопрацювання, з'явився дискретний метод – аналізована проба, реагент, і при необхідності розріджувач із пробовідбірника потрапляють у реакційну ємність, де суміш термостатується та вимірюється її оптична щільність.Збільшення обсягів даних, що видаються автоматизованими аналізаторами, призвело до необхідності прискорити та автоматизувати процес їх обробки. Це стимулювало розвиток лабораторних інформаційних систем. Для збору інформації, її обробки та зберігання, роздруківки результатів тестів почали використовувати комп'ютери. Введення даних, зібраних від аналізаторів, виконувалось різними методами – ручними, з використанням перфокарт та інших носіїв. Принаймні автоматизації лабораторій відбулася еволюція аналізаторів. Сучасні біохімічні аналізатори кардинально від одноканальних пристроїв, виконують однорідні типи аналізів. Сьогодні багато лабораторій обладнані багатофункціональними автоматами, які мають високу пропускну здатність, відрізняються економічною витратою реагентів, прості у використанні та дозволяють ефективно витрачати робочий час персоналу. Практичні всі сучасні моделі проводять дослідження по кінцевих точках, реєструють динаміку ферментно-субстратного взаємодії, точно визначають інші параметри – номінальні або дані калібрувальних кривих. Більшість біохімічних аналізаторів оснащені інтегрованими комп'ютерними програмами для підрахунку результатів, оцінки їхньої коректності, виведення даних. При необхідності прилади дозволяють проводити повторні тести тестування.

Принцип роботи біохімічного аналізатора

  • ініціалізація приладу;
  • підготовка кювету;
  • змішування проб із реагентом;
  • проведення аналізу;
  • промивка кювет;
  • автоматичне зупинення аналізатора.

Відразу після включення біохімічного аналізатора запускається процес ініціалізації. Потім, якщо вибрано опцію “очистити до аналізу”, механізм промивання автоматично промиває кювет.Чисті кювети встановлюються положення для всмоктування реагенту.

Змішування проб із реагентом

Для аналізу може використовуватися один або два реагенти.

  1. Аналіз з одним реагентом. Піддон реагенту встановлює реагент у положення всмоктування. Реагент доставляється в кювету за допомогою всмоктувального механізму. Реагент попередньо нагрівається кілька циклів і переміщається в положення всмоктування проби. Проби в кювети доставляються механізмом, що всмоктує, з підносу проб, що знаходиться в положенні всмоктування. Кювета з розчином проби та реагенту переміщується в положення перемішування.
  2. Аналіз із двома реагентами.
    1. Режим із постійною швидкістю обертання. Після циклу змішування першого реагенту і проби кювету повертається у відповідне положення, піддон з другим реагентом переходить у положення всмоктування, механізм, що всмоктує, доставляє реагент в кювету.
    2. Змішаний режим. Після закінчення інкубації першого реагенту, кювета повертається у відповідне положення, другий реагент переноситься піддоном в положення для всмоктування. Механізм всмоктування переміщається донизу для всмоктування проби, після чого доставляє її до кювети.

    Після додавання другого реагенту відбувається процес змішування. Протягом усього циклу кожна з кювет перетворюється на положення фотометрії щодо аналізу.

    Проведення аналізу

    В основі аналізу лежить принцип спектрофотометрії. Спектрофотометр проводить розрахунок оптичної густини середовища, тобто зниження інтенсивності падаючого світла при проходженні через кювету з розчином. На визначенні оптичного поглинання ґрунтуються різні методи кількісного аналізу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, ліпідів та інших сполук.

    При проведенні аналізу через кювети проходить світло постійного спектра, який потім проходить через дзеркало квазі і потрапляє в систему проведення аналізу. Спектр певної довжини хвилі проходить через пучок розщеплювач і розщеплюється за допомогою оптичного фільтра. Відбувається фільтрація спектра світла з однією довжиною хвилі, після чого відбувається трансформація та збільшення за допомогою датчика, і наприкінці видається електричний сигнал для проведення аналізу.

    Для наступного розщеплювача пучка призначається спектр іншої довжини хвилі. Сигнал оптичної щільності всім значень довжини хвилі рідини в кюветі зчитується і обробляється в ході описаних вище дій.

    Після завершення аналізу механізм промивки автоматично промиває кювет, відбувається зупинка приладу.

    Метод

    У основі роботи біохімічних аналізаторів – спектрофотометричні методи. Використовувані режими – "тест за тестом" або "пацієнт за пацієнтом". Системи тест за тестом роблять аналізи послідовно за параметрами. Реалізовані у конструкціях із проточними кюветами. Відрізняються мінімальним ризиком взаємодії реагентів та високою точністю. Підходять для лабораторій з невеликою продуктивністю, оскільки не дозволяють отримувати результати оперативно.

    Універсальні системи “пацієнт за пацієнтом” дозволяють робити повний аналіз з усіх необхідних параметрів, а також експрес-тести. Вимагають участі кваліфікованого персоналу для вибору правильної послідовності та ретельного промивання пристрою між дослідженнями. У дорогих приладах останніх поколінь цю роботу виконує програмний модуль.

    Пристрій біохімічного аналізатора

    Конструкція реагентного блоку – лінійна чи карусельна. Лінійний блок, як правило, передбачає зберігання реагентів за кімнатної температури (іноді є охолоджувальні системи), кювети – у стрипі з гніздами.

    У карусельних блоках використовуються реагенти у промислових флаконах – це мінімізує їхню витрату, унеможливлює забруднення, скорочує час підготовки тестів. Опціонально є системи охолодження до 6 про З.

    Блок проб конструктивно нагадує реагентний. При цьому в карусельних моделях можна встановлювати додаткові зразки та калібратори, немає прив'язки калібраторів до гнізд.

    Реакційні вузли роблять у вигляді проточних кювет або термостатованих платформ з одноразовими/багаторазовими реакційними пробірками або кюветами.

    Пристрої опціонально оснащують:

    • центрифуги для пробірок;
    • автоматичними маніпуляторами;
    • програмне забезпечення для обробки результатів.

    Види біохімічних аналізаторів

    • Автоматичні – Виконують максимальний спектр операцій: відбирають біоматеріали і реагенти, змішують, нагрівають, аналізують і обробляють отримані дані, промивають інструментарій. Вимагають мінімальної участі оператора.
    • Напівавтоматичні – роблять автоматичне калібрування, видають запити про додавання наступної проби, виводять результати на дисплей, пристрій для запису, друк. Вимагають ручної підготовки.
    • Одноканальні та багатоканальні спектрофотометри – реєструють оптичну щільність та виконують нескладні обчислення. Вимагають від оператора підготовки реагентів, змішування, встановлення режимів. Іноді оснащені додатковими опціями – термостатуванням проб, виведенням динних на екран, печаткою, автоматичним вирахуванням бланків.

    Автоматичні аналізатори бувають закритими та відкритими. Закриті працюють із строго певними реагентами, зазначеними у специфікації виробника. Біоматеріали реєструються шляхом сканування штрих-кодів, що виключає помилки. Прилади відрізняє максимальна точність і стабільність результатів калібрування, при цьому висока вартість аналізів, оскільки дорогі реагенти не можна замінювати дешевшими аналогами.

    Відкриті системи дозволяють використовувати класичні методи біохімічного аналізу. Оснащені світлофільтрами, працюють на реагентах різних виробників. Моделі останніх поколінь оснащені сканерами штрих-кодів.

    Критерії вибору біохімічного аналізатора

    При виборі аналізатора клініка чи лабораторія мають орієнтуватися на клінічні завдання, потік пацієнтів, кваліфікацію персоналу. Важливо враховувати такі критерії:

    • Режим використання – Експрес-аналізатори (мобільні), напівавтоматичні та автоматичні. Експрес-аналізатори підходять для виконання аналізу поза лабораторією (на виклику у палаті лежачого хворого). Напівавтоматичні підійдуть для установ із малим потоком пацієнтів, автоматичні – для широкопрофільних клінік та лабораторій.
    • Продуктивність аналізатора – кількість тестів, які виконуються протягом години. Найбільш продуктивні аналізатори – автоматичні.
    • Аналітичні можливості. Обчислювальна потужність аналізатора залежить від його класу та встановленого програмного забезпечення. У більшості сучасних приладів використовуються програми роботи з нелінійними калібруваннями, здатними виконувати верифікацію результатів за правилами Вестгарда, побудова карток Леві-Дженнінгса.
    • Витрата реагентів та можливість дозування, а також кількість реагентів та проб на бортутобто одночасно поміщаються в аналізатор. Економічність аналізатора тим вища, що менший обсяг реагенту чи зразка потрібно виконання тесту. Мала кількість реагентів, що розміщуються на борт, призводить до вимушеної зупинки приладу під час роботи для їх додавання.

    Джерела

    1. Магомедов Д.М. Сучасні підходи у клініко-біохімічних дослідженнях/Д.М. Магомедов [та ін] // Науковий огляд. Педагогічні науки. – 2019. – № 5-2. – С. 71-74. –
      URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2171 (дата звернення: 13.01.2023).
    2. Судаков І.А. Біохімічний аналізатор як інструмент сучасної медичної діагностики/І.А. Судаков, Е.В. Сахабієва // Алея науки. – 2018. – Т. 1. – № 6 (22). – С. 396-399.

    Вам сподобалась стаття? Поділіться посиланням на матеріал у соціальних мережах, можливо, інформація виявиться корисною для ваших друзів та колег.