जब उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट (ईएसयू) 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर संचालित होते हैं, तो प्रतिरोधक घटकों की परजीवी कैपेसिटेंस और इंडक्शन जटिल उच्च-आवृत्ति विशेषताओं का परिणाम होता है, जो परीक्षण सटीकता को प्रभावित करता है। यह पेपर उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट परीक्षकों के लिए उच्च-आवृत्ति एलसीआर मीटर या नेटवर्क एनालाइज़र पर आधारित एक गतिशील क्षतिपूर्ति विधि का प्रस्ताव करता है। वास्तविक समय प्रतिबाधा माप, गतिशील मॉडलिंग और अनुकूली क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम को नियोजित करके, विधि परजीवी प्रभावों के कारण होने वाली माप त्रुटियों को संबोधित करती है। सिस्टम ईएसयू प्रदर्शन की सटीक विशेषता प्राप्त करने के लिए उच्च-सटीक उपकरणों और वास्तविक समय प्रसंस्करण मॉड्यूल को एकीकृत करता है। प्रायोगिक परिणाम दर्शाते हैं कि, 1 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज की सीमा के भीतर, प्रतिबाधा त्रुटि 14.8% से 1.8% तक कम हो जाती है, और चरण त्रुटि 9.8 डिग्री से 0.8 डिग्री तक कम हो जाती है, जो विधि की प्रभावशीलता और मजबूती को मान्य करती है। विस्तारित अध्ययन एल्गोरिदम अनुकूलन, कम लागत वाले उपकरणों के लिए अनुकूलन, और व्यापक आवृत्ति रेंज में अनुप्रयोगों का पता लगाते हैं।
इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट (ईएसयू) आधुनिक सर्जरी में एक अपरिहार्य उपकरण है, जो ऊतक काटने, जमावट और एब्लेशन को प्राप्त करने के लिए उच्च-आवृत्ति विद्युत ऊर्जा का उपयोग करता है। इसकी ऑपरेटिंग आवृत्ति आमतौर पर न्यूरोमस्कुलर उत्तेजना को कम करने और ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता में सुधार करने के लिए 1 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज तक होती है। हालांकि, उच्च आवृत्तियों पर, प्रतिरोधक घटकों (जैसे कैपेसिटेंस और इंडक्शन) के परजीवी प्रभाव प्रतिबाधा विशेषताओं को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं, जिससे पारंपरिक परीक्षण विधियां ईएसयू प्रदर्शन को सटीक रूप से चित्रित करने में असमर्थ हो जाती हैं। ये परजीवी प्रभाव न केवल आउटपुट पावर स्थिरता को प्रभावित करते हैं, बल्कि सर्जरी के दौरान ऊर्जा वितरण में अनिश्चितता भी पैदा कर सकते हैं, जिससे नैदानिक जोखिम बढ़ जाता है।
पारंपरिक ईएसयू परीक्षण विधियां आमतौर पर स्थिर अंशांकन पर आधारित होती हैं, जो माप के लिए निश्चित भार का उपयोग करती हैं। हालांकि, उच्च-आवृत्ति वातावरण में, परजीवी कैपेसिटेंस और इंडक्शन आवृत्ति के साथ भिन्न होते हैं, जिससे प्रतिबाधा में गतिशील परिवर्तन होता है। स्थिर अंशांकन इन परिवर्तनों के अनुकूल नहीं हो सकता है, और माप त्रुटियां 15%[2] जितनी अधिक हो सकती हैं। इस मुद्दे को हल करने के लिए, यह पेपर उच्च-आवृत्ति एलसीआर मीटर या नेटवर्क एनालाइज़र पर आधारित एक गतिशील क्षतिपूर्ति विधि का प्रस्ताव करता है। यह विधि वास्तविक समय माप और एक अनुकूली एल्गोरिदम के माध्यम से परजीवी प्रभावों की क्षतिपूर्ति करती है ताकि परीक्षण सटीकता सुनिश्चित की जा सके।
इस पेपर के योगदान में शामिल हैं:
निम्नलिखित खंड सिद्धांत आधार, विधि कार्यान्वयन, प्रायोगिक सत्यापन और भविष्य के अनुसंधान निर्देशों का विस्तार से परिचय देंगे।
उच्च-आवृत्ति वातावरण में, प्रतिरोधक घटकों का आदर्श मॉडल अब लागू नहीं होता है। वास्तविक प्रतिरोधकों को परजीवी कैपेसिटेंस (Cp) और परजीवी इंडक्शन (Lp) से मिलकर एक समग्र सर्किट के रूप में मॉडल किया जा सकता है, जिसकी समतुल्य प्रतिबाधा है:
जहां Z जटिल प्रतिबाधा है, R नाममात्र प्रतिरोध है, ω कोणीय आवृत्ति है, और j काल्पनिक इकाई है। परजीवी इंडक्शन Lp और परजीवी कैपेसिटेंस Cp क्रमशः घटक सामग्री, ज्यामिति और कनेक्शन विधि द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर, ω Lp और
का योगदान महत्वपूर्ण है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिबाधा परिमाण और चरण में गैर-रैखिक परिवर्तन होते हैं।
उदाहरण के लिए, 5 मेगाहर्ट्ज पर एक नाममात्र 500 Ω प्रतिरोधक के लिए, यह मानते हुए कि Lp = 10 nH और Cp = 5 pF, प्रतिबाधा का काल्पनिक भाग है:
संख्यात्मक मान, ω = 2π × 5 × 106rad/s, प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त कर सकते हैं:
यह काल्पनिक भाग इंगित करता है कि परजीवी प्रभाव प्रतिबाधा को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं, जिससे माप विचलन होता है।
गतिशील क्षतिपूर्ति का लक्ष्य वास्तविक समय माप के माध्यम से परजीवी मापदंडों को निकालना और मापा प्रतिबाधा से उनके प्रभावों को घटाना है। एलसीआर मीटर ज्ञात आवृत्ति का एक एसी सिग्नल लगाकर और प्रतिक्रिया सिग्नल के आयाम और चरण को मापकर प्रतिबाधा की गणना करते हैं। नेटवर्क एनालाइज़र एस-पैरामीटर (प्रकीर्णन पैरामीटर) का उपयोग करके प्रतिबिंब या संचरण विशेषताओं का विश्लेषण करते हैं, जो अधिक सटीक प्रतिबाधा डेटा प्रदान करते हैं। गतिशील क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम इस माप डेटा का उपयोग एक वास्तविक समय प्रतिबाधा मॉडल बनाने और परजीवी प्रभावों को सही करने के लिए करते हैं।
क्षतिपूर्ति के बाद प्रतिबाधा है:
इस विधि के लिए ईएसयू की गतिशील कार्य स्थितियों के अनुकूल होने के लिए उच्च-सटीक डेटा अधिग्रहण और तेज़ एल्गोरिदम प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। Kalman फ़िल्टरिंग तकनीक को मिलाकर पैरामीटर अनुमान की मजबूती में और सुधार किया जा सकता है और शोर और भार परिवर्तनों के अनुकूल हो सकता है [3]।
सिस्टम डिज़ाइन निम्नलिखित मुख्य घटकों को एकीकृत करता है:
सिस्टम विश्वसनीय डेटा ट्रांसमिशन और कम विलंबता सुनिश्चित करते हुए, यूएसबी या जीपीआईबी इंटरफेस के माध्यम से एलसीआर मीटर/नेटवर्क एनालाइज़र के साथ संचार करता है। हार्डवेयर डिज़ाइन बाहरी हस्तक्षेप को कम करने के लिए उच्च-आवृत्ति संकेतों के लिए परिरक्षण और ग्राउंडिंग को शामिल करता है। सिस्टम स्थिरता को बढ़ाने के लिए, मापने वाले उपकरण पर परिवेश के तापमान के प्रभावों को सही करने के लिए एक तापमान क्षतिपूर्ति मॉड्यूल जोड़ा गया है।
मोशन क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम को निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया गया है:
जहां ^k अनुमानित स्थिति है (R, Lp, Cp), Kk Kalman लाभ है, zk माप मान है, और H माप मैट्रिक्स है।
एल्गोरिदम दक्षता में सुधार करने के लिए, माप डेटा को प्रीप्रोसेस करने और कम्प्यूटेशनल जटिलता को कम करने के लिए एक तेज़ फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी) का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, एल्गोरिदम समानांतर में डेटा अधिग्रहण और क्षतिपूर्ति गणना करने के लिए मल्टी-थ्रेडेड प्रसंस्करण का समर्थन करता है।
एल्गोरिदम को पायथन में प्रोटोटाइप किया गया था और फिर STM32F4 पर चलाने के लिए C में अनुकूलित और पोर्ट किया गया था। एलसीआर मीटर जीपीआईबी इंटरफेस के माध्यम से 100 हर्ट्ज की नमूना दर प्रदान करता है, जबकि नेटवर्क एनालाइज़र उच्च आवृत्ति रिज़ॉल्यूशन (10 मेगाहर्ट्ज तक) का समर्थन करता है। क्षतिपूर्ति मॉड्यूल की प्रसंस्करण विलंबता 8.5 एमएस से कम रखी जाती है, जो वास्तविक समय प्रदर्शन सुनिश्चित करती है। फर्मवेयर अनुकूलन में शामिल हैं:
विभिन्न ईएसयू मॉडल को समायोजित करने के लिए, सिस्टम लोड विशेषताओं के पूर्व-निर्धारित डेटाबेस के आधार पर मल्टी-फ़्रीक्वेंसी स्कैनिंग और स्वचालित पैरामीटर समायोजन का समर्थन करता है। इसके अतिरिक्त, एक दोष पहचान तंत्र जोड़ा गया है। जब माप डेटा असामान्य होता है (जैसे परजीवी पैरामीटर अपेक्षित सीमा से बाहर), तो सिस्टम एक अलार्म ट्रिगर करेगा और पुन: अंशांकन करेगा।
प्रयोगों को निम्नलिखित उपकरणों का उपयोग करके एक प्रयोगशाला वातावरण में आयोजित किया गया था:
प्रायोगिक भार में वास्तविक सर्जरी के दौरान सामना की जाने वाली विविध भार स्थितियों का अनुकरण करने के लिए सिरेमिक और धातु फिल्म प्रतिरोधक शामिल थे। परीक्षण आवृत्तियाँ 1 मेगाहर्ट्ज, 2 मेगाहर्ट्ज, 3 मेगाहर्ट्ज, 4 मेगाहर्ट्ज और 5 मेगाहर्ट्ज थीं। बाहरी हस्तक्षेप को कम करने के लिए परिवेश का तापमान 25°C ± 2°C पर नियंत्रित किया गया था, और आर्द्रता 50% ± 10% थी।
अक्षतिपूर्ति माप दर्शाते हैं कि परजीवी प्रभावों का प्रभाव आवृत्ति के साथ काफी बढ़ जाता है। 5 मेगाहर्ट्ज पर, प्रतिबाधा विचलन 14.8% तक पहुँच जाता है, और चरण त्रुटि 9.8 डिग्री होती है। गतिशील क्षतिपूर्ति लागू करने के बाद, प्रतिबाधा विचलन 1.8% तक कम हो जाता है, और चरण त्रुटि 0.8 डिग्री तक कम हो जाती है। विस्तृत परिणाम तालिका 1 में दिखाए गए हैं।
प्रयोग ने गैर-आदर्श भार (उच्च परजीवी कैपेसिटेंस सहित, Cp = 10pF) के तहत एल्गोरिदम की स्थिरता का भी परीक्षण किया। क्षतिपूर्ति के बाद, त्रुटि 2.4% के भीतर रखी गई थी। इसके अतिरिक्त, बार-बार प्रयोगों (औसत 10 माप) ने सिस्टम की पुनरावृत्ति को सत्यापित किया, जिसमें 0.1% से कम का मानक विचलन था।
तालिका 1: क्षतिपूर्ति से पहले और बाद में माप सटीकता
| आवृत्ति (मेगाहर्ट्ज) | अक्षतिपूर्ति प्रतिबाधा त्रुटि (%) | क्षतिपूर्ति के बाद प्रतिबाधा त्रुटि (%) | चरण त्रुटि (खर्च) |
|---|---|---|---|
| 1 | 4.9 | 0.7 | 0.4 |
| 2 | 7.5 | 0.9 | 0.5 |
| 3 | 9.8 | 1.2 | 0.6 |
| 4 | 12.2 | 1.5 | 0.7 |
| 5 | 14.8 | 1.8 | 0.8 |
क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम में O(n) की कम्प्यूटेशनल जटिलता है, जहाँ n माप आवृत्तियों की संख्या है। Kalman फ़िल्टरिंग पैरामीटर अनुमान की स्थिरता में काफी सुधार करता है, विशेष रूप से शोर वाले वातावरण में (एसएनआर = 20 डीबी)। समग्र सिस्टम प्रतिक्रिया समय 8.5 एमएस है, जो वास्तविक समय परीक्षण आवश्यकताओं को पूरा करता है। पारंपरिक स्थिर अंशांकन की तुलना में, गतिशील क्षतिपूर्ति विधि परीक्षण दक्षता में सुधार करते हुए, माप समय को लगभग 30% कम कर देती है।
गतिशील क्षतिपूर्ति विधि वास्तविक समय में परजीवी प्रभावों को संसाधित करके उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल परीक्षण की सटीकता में काफी सुधार करती है। पारंपरिक स्थिर अंशांकन की तुलना में, यह विधि भार में गतिशील परिवर्तनों के अनुकूल हो सकती है और उच्च-आवृत्ति वातावरण में जटिल प्रतिबाधा विशेषताओं के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। एलसीआर मीटर और नेटवर्क एनालाइज़र का संयोजन पूरक माप क्षमताएं प्रदान करता है: एलसीआर मीटर तेज़ प्रतिबाधा माप के लिए उपयुक्त हैं, और नेटवर्क एनालाइज़र उच्च-आवृत्ति एस-पैरामीटर विश्लेषण में अच्छा प्रदर्शन करते हैं। इसके अतिरिक्त, Kalman फ़िल्टरिंग का अनुप्रयोग शोर और भार परिवर्तनों के लिए एल्गोरिदम की मजबूती में सुधार करता है [4]।
हालांकि विधि प्रभावी है, इसकी निम्नलिखित सीमाएँ हैं:
भविष्य में निम्नलिखित तरीकों से सुधार किए जा सकते हैं:
यह पेपर उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल परीक्षकों के लिए 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर सटीक माप के लिए उच्च-आवृत्ति एलसीआर मीटर या नेटवर्क एनालाइज़र पर आधारित एक गतिशील क्षतिपूर्ति विधि का प्रस्ताव करता है। वास्तविक समय प्रतिबाधा मॉडलिंग और एक अनुकूली क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम के माध्यम से, सिस्टम परजीवी कैपेसिटेंस और इंडक्शन के कारण होने वाली माप त्रुटियों को प्रभावी ढंग से कम करता है। प्रायोगिक परिणाम दर्शाते हैं कि 1 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज की सीमा के भीतर, प्रतिबाधा त्रुटि 14.8% से 1.8% तक कम हो जाती है, और चरण त्रुटि 9.8 डिग्री से 0.8 डिग्री तक कम हो जाती है, जो विधि की प्रभावशीलता और मजबूती को मान्य करती है।
भविष्य के शोध में एल्गोरिदम अनुकूलन, कम लागत वाले उपकरण अनुकूलन, और व्यापक आवृत्ति रेंज पर अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा। कृत्रिम बुद्धिमत्ता तकनीकों (जैसे मशीन लर्निंग मॉडल) का एकीकरण पैरामीटर अनुमान सटीकता और सिस्टम स्वचालन में और सुधार कर सकता है। यह विधि उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट परीक्षण के लिए एक विश्वसनीय समाधान प्रदान करती है और इसमें महत्वपूर्ण नैदानिक और औद्योगिक अनुप्रयोग हैं।
जब उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट (ईएसयू) 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर संचालित होते हैं, तो प्रतिरोधक घटकों की परजीवी कैपेसिटेंस और इंडक्शन जटिल उच्च-आवृत्ति विशेषताओं का परिणाम होता है, जो परीक्षण सटीकता को प्रभावित करता है। यह पेपर उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट परीक्षकों के लिए उच्च-आवृत्ति एलसीआर मीटर या नेटवर्क एनालाइज़र पर आधारित एक गतिशील क्षतिपूर्ति विधि का प्रस्ताव करता है। वास्तविक समय प्रतिबाधा माप, गतिशील मॉडलिंग और अनुकूली क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम को नियोजित करके, विधि परजीवी प्रभावों के कारण होने वाली माप त्रुटियों को संबोधित करती है। सिस्टम ईएसयू प्रदर्शन की सटीक विशेषता प्राप्त करने के लिए उच्च-सटीक उपकरणों और वास्तविक समय प्रसंस्करण मॉड्यूल को एकीकृत करता है। प्रायोगिक परिणाम दर्शाते हैं कि, 1 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज की सीमा के भीतर, प्रतिबाधा त्रुटि 14.8% से 1.8% तक कम हो जाती है, और चरण त्रुटि 9.8 डिग्री से 0.8 डिग्री तक कम हो जाती है, जो विधि की प्रभावशीलता और मजबूती को मान्य करती है। विस्तारित अध्ययन एल्गोरिदम अनुकूलन, कम लागत वाले उपकरणों के लिए अनुकूलन, और व्यापक आवृत्ति रेंज में अनुप्रयोगों का पता लगाते हैं।
इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट (ईएसयू) आधुनिक सर्जरी में एक अपरिहार्य उपकरण है, जो ऊतक काटने, जमावट और एब्लेशन को प्राप्त करने के लिए उच्च-आवृत्ति विद्युत ऊर्जा का उपयोग करता है। इसकी ऑपरेटिंग आवृत्ति आमतौर पर न्यूरोमस्कुलर उत्तेजना को कम करने और ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता में सुधार करने के लिए 1 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज तक होती है। हालांकि, उच्च आवृत्तियों पर, प्रतिरोधक घटकों (जैसे कैपेसिटेंस और इंडक्शन) के परजीवी प्रभाव प्रतिबाधा विशेषताओं को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं, जिससे पारंपरिक परीक्षण विधियां ईएसयू प्रदर्शन को सटीक रूप से चित्रित करने में असमर्थ हो जाती हैं। ये परजीवी प्रभाव न केवल आउटपुट पावर स्थिरता को प्रभावित करते हैं, बल्कि सर्जरी के दौरान ऊर्जा वितरण में अनिश्चितता भी पैदा कर सकते हैं, जिससे नैदानिक जोखिम बढ़ जाता है।
पारंपरिक ईएसयू परीक्षण विधियां आमतौर पर स्थिर अंशांकन पर आधारित होती हैं, जो माप के लिए निश्चित भार का उपयोग करती हैं। हालांकि, उच्च-आवृत्ति वातावरण में, परजीवी कैपेसिटेंस और इंडक्शन आवृत्ति के साथ भिन्न होते हैं, जिससे प्रतिबाधा में गतिशील परिवर्तन होता है। स्थिर अंशांकन इन परिवर्तनों के अनुकूल नहीं हो सकता है, और माप त्रुटियां 15%[2] जितनी अधिक हो सकती हैं। इस मुद्दे को हल करने के लिए, यह पेपर उच्च-आवृत्ति एलसीआर मीटर या नेटवर्क एनालाइज़र पर आधारित एक गतिशील क्षतिपूर्ति विधि का प्रस्ताव करता है। यह विधि वास्तविक समय माप और एक अनुकूली एल्गोरिदम के माध्यम से परजीवी प्रभावों की क्षतिपूर्ति करती है ताकि परीक्षण सटीकता सुनिश्चित की जा सके।
इस पेपर के योगदान में शामिल हैं:
निम्नलिखित खंड सिद्धांत आधार, विधि कार्यान्वयन, प्रायोगिक सत्यापन और भविष्य के अनुसंधान निर्देशों का विस्तार से परिचय देंगे।
उच्च-आवृत्ति वातावरण में, प्रतिरोधक घटकों का आदर्श मॉडल अब लागू नहीं होता है। वास्तविक प्रतिरोधकों को परजीवी कैपेसिटेंस (Cp) और परजीवी इंडक्शन (Lp) से मिलकर एक समग्र सर्किट के रूप में मॉडल किया जा सकता है, जिसकी समतुल्य प्रतिबाधा है:
जहां Z जटिल प्रतिबाधा है, R नाममात्र प्रतिरोध है, ω कोणीय आवृत्ति है, और j काल्पनिक इकाई है। परजीवी इंडक्शन Lp और परजीवी कैपेसिटेंस Cp क्रमशः घटक सामग्री, ज्यामिति और कनेक्शन विधि द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर, ω Lp और
का योगदान महत्वपूर्ण है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिबाधा परिमाण और चरण में गैर-रैखिक परिवर्तन होते हैं।
उदाहरण के लिए, 5 मेगाहर्ट्ज पर एक नाममात्र 500 Ω प्रतिरोधक के लिए, यह मानते हुए कि Lp = 10 nH और Cp = 5 pF, प्रतिबाधा का काल्पनिक भाग है:
संख्यात्मक मान, ω = 2π × 5 × 106rad/s, प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त कर सकते हैं:
यह काल्पनिक भाग इंगित करता है कि परजीवी प्रभाव प्रतिबाधा को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं, जिससे माप विचलन होता है।
गतिशील क्षतिपूर्ति का लक्ष्य वास्तविक समय माप के माध्यम से परजीवी मापदंडों को निकालना और मापा प्रतिबाधा से उनके प्रभावों को घटाना है। एलसीआर मीटर ज्ञात आवृत्ति का एक एसी सिग्नल लगाकर और प्रतिक्रिया सिग्नल के आयाम और चरण को मापकर प्रतिबाधा की गणना करते हैं। नेटवर्क एनालाइज़र एस-पैरामीटर (प्रकीर्णन पैरामीटर) का उपयोग करके प्रतिबिंब या संचरण विशेषताओं का विश्लेषण करते हैं, जो अधिक सटीक प्रतिबाधा डेटा प्रदान करते हैं। गतिशील क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम इस माप डेटा का उपयोग एक वास्तविक समय प्रतिबाधा मॉडल बनाने और परजीवी प्रभावों को सही करने के लिए करते हैं।
क्षतिपूर्ति के बाद प्रतिबाधा है:
इस विधि के लिए ईएसयू की गतिशील कार्य स्थितियों के अनुकूल होने के लिए उच्च-सटीक डेटा अधिग्रहण और तेज़ एल्गोरिदम प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। Kalman फ़िल्टरिंग तकनीक को मिलाकर पैरामीटर अनुमान की मजबूती में और सुधार किया जा सकता है और शोर और भार परिवर्तनों के अनुकूल हो सकता है [3]।
सिस्टम डिज़ाइन निम्नलिखित मुख्य घटकों को एकीकृत करता है:
सिस्टम विश्वसनीय डेटा ट्रांसमिशन और कम विलंबता सुनिश्चित करते हुए, यूएसबी या जीपीआईबी इंटरफेस के माध्यम से एलसीआर मीटर/नेटवर्क एनालाइज़र के साथ संचार करता है। हार्डवेयर डिज़ाइन बाहरी हस्तक्षेप को कम करने के लिए उच्च-आवृत्ति संकेतों के लिए परिरक्षण और ग्राउंडिंग को शामिल करता है। सिस्टम स्थिरता को बढ़ाने के लिए, मापने वाले उपकरण पर परिवेश के तापमान के प्रभावों को सही करने के लिए एक तापमान क्षतिपूर्ति मॉड्यूल जोड़ा गया है।
मोशन क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम को निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया गया है:
जहां ^k अनुमानित स्थिति है (R, Lp, Cp), Kk Kalman लाभ है, zk माप मान है, और H माप मैट्रिक्स है।
एल्गोरिदम दक्षता में सुधार करने के लिए, माप डेटा को प्रीप्रोसेस करने और कम्प्यूटेशनल जटिलता को कम करने के लिए एक तेज़ फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी) का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, एल्गोरिदम समानांतर में डेटा अधिग्रहण और क्षतिपूर्ति गणना करने के लिए मल्टी-थ्रेडेड प्रसंस्करण का समर्थन करता है।
एल्गोरिदम को पायथन में प्रोटोटाइप किया गया था और फिर STM32F4 पर चलाने के लिए C में अनुकूलित और पोर्ट किया गया था। एलसीआर मीटर जीपीआईबी इंटरफेस के माध्यम से 100 हर्ट्ज की नमूना दर प्रदान करता है, जबकि नेटवर्क एनालाइज़र उच्च आवृत्ति रिज़ॉल्यूशन (10 मेगाहर्ट्ज तक) का समर्थन करता है। क्षतिपूर्ति मॉड्यूल की प्रसंस्करण विलंबता 8.5 एमएस से कम रखी जाती है, जो वास्तविक समय प्रदर्शन सुनिश्चित करती है। फर्मवेयर अनुकूलन में शामिल हैं:
विभिन्न ईएसयू मॉडल को समायोजित करने के लिए, सिस्टम लोड विशेषताओं के पूर्व-निर्धारित डेटाबेस के आधार पर मल्टी-फ़्रीक्वेंसी स्कैनिंग और स्वचालित पैरामीटर समायोजन का समर्थन करता है। इसके अतिरिक्त, एक दोष पहचान तंत्र जोड़ा गया है। जब माप डेटा असामान्य होता है (जैसे परजीवी पैरामीटर अपेक्षित सीमा से बाहर), तो सिस्टम एक अलार्म ट्रिगर करेगा और पुन: अंशांकन करेगा।
प्रयोगों को निम्नलिखित उपकरणों का उपयोग करके एक प्रयोगशाला वातावरण में आयोजित किया गया था:
प्रायोगिक भार में वास्तविक सर्जरी के दौरान सामना की जाने वाली विविध भार स्थितियों का अनुकरण करने के लिए सिरेमिक और धातु फिल्म प्रतिरोधक शामिल थे। परीक्षण आवृत्तियाँ 1 मेगाहर्ट्ज, 2 मेगाहर्ट्ज, 3 मेगाहर्ट्ज, 4 मेगाहर्ट्ज और 5 मेगाहर्ट्ज थीं। बाहरी हस्तक्षेप को कम करने के लिए परिवेश का तापमान 25°C ± 2°C पर नियंत्रित किया गया था, और आर्द्रता 50% ± 10% थी।
अक्षतिपूर्ति माप दर्शाते हैं कि परजीवी प्रभावों का प्रभाव आवृत्ति के साथ काफी बढ़ जाता है। 5 मेगाहर्ट्ज पर, प्रतिबाधा विचलन 14.8% तक पहुँच जाता है, और चरण त्रुटि 9.8 डिग्री होती है। गतिशील क्षतिपूर्ति लागू करने के बाद, प्रतिबाधा विचलन 1.8% तक कम हो जाता है, और चरण त्रुटि 0.8 डिग्री तक कम हो जाती है। विस्तृत परिणाम तालिका 1 में दिखाए गए हैं।
प्रयोग ने गैर-आदर्श भार (उच्च परजीवी कैपेसिटेंस सहित, Cp = 10pF) के तहत एल्गोरिदम की स्थिरता का भी परीक्षण किया। क्षतिपूर्ति के बाद, त्रुटि 2.4% के भीतर रखी गई थी। इसके अतिरिक्त, बार-बार प्रयोगों (औसत 10 माप) ने सिस्टम की पुनरावृत्ति को सत्यापित किया, जिसमें 0.1% से कम का मानक विचलन था।
तालिका 1: क्षतिपूर्ति से पहले और बाद में माप सटीकता
| आवृत्ति (मेगाहर्ट्ज) | अक्षतिपूर्ति प्रतिबाधा त्रुटि (%) | क्षतिपूर्ति के बाद प्रतिबाधा त्रुटि (%) | चरण त्रुटि (खर्च) |
|---|---|---|---|
| 1 | 4.9 | 0.7 | 0.4 |
| 2 | 7.5 | 0.9 | 0.5 |
| 3 | 9.8 | 1.2 | 0.6 |
| 4 | 12.2 | 1.5 | 0.7 |
| 5 | 14.8 | 1.8 | 0.8 |
क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम में O(n) की कम्प्यूटेशनल जटिलता है, जहाँ n माप आवृत्तियों की संख्या है। Kalman फ़िल्टरिंग पैरामीटर अनुमान की स्थिरता में काफी सुधार करता है, विशेष रूप से शोर वाले वातावरण में (एसएनआर = 20 डीबी)। समग्र सिस्टम प्रतिक्रिया समय 8.5 एमएस है, जो वास्तविक समय परीक्षण आवश्यकताओं को पूरा करता है। पारंपरिक स्थिर अंशांकन की तुलना में, गतिशील क्षतिपूर्ति विधि परीक्षण दक्षता में सुधार करते हुए, माप समय को लगभग 30% कम कर देती है।
गतिशील क्षतिपूर्ति विधि वास्तविक समय में परजीवी प्रभावों को संसाधित करके उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल परीक्षण की सटीकता में काफी सुधार करती है। पारंपरिक स्थिर अंशांकन की तुलना में, यह विधि भार में गतिशील परिवर्तनों के अनुकूल हो सकती है और उच्च-आवृत्ति वातावरण में जटिल प्रतिबाधा विशेषताओं के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। एलसीआर मीटर और नेटवर्क एनालाइज़र का संयोजन पूरक माप क्षमताएं प्रदान करता है: एलसीआर मीटर तेज़ प्रतिबाधा माप के लिए उपयुक्त हैं, और नेटवर्क एनालाइज़र उच्च-आवृत्ति एस-पैरामीटर विश्लेषण में अच्छा प्रदर्शन करते हैं। इसके अतिरिक्त, Kalman फ़िल्टरिंग का अनुप्रयोग शोर और भार परिवर्तनों के लिए एल्गोरिदम की मजबूती में सुधार करता है [4]।
हालांकि विधि प्रभावी है, इसकी निम्नलिखित सीमाएँ हैं:
भविष्य में निम्नलिखित तरीकों से सुधार किए जा सकते हैं:
यह पेपर उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल परीक्षकों के लिए 1 मेगाहर्ट्ज से ऊपर सटीक माप के लिए उच्च-आवृत्ति एलसीआर मीटर या नेटवर्क एनालाइज़र पर आधारित एक गतिशील क्षतिपूर्ति विधि का प्रस्ताव करता है। वास्तविक समय प्रतिबाधा मॉडलिंग और एक अनुकूली क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम के माध्यम से, सिस्टम परजीवी कैपेसिटेंस और इंडक्शन के कारण होने वाली माप त्रुटियों को प्रभावी ढंग से कम करता है। प्रायोगिक परिणाम दर्शाते हैं कि 1 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज की सीमा के भीतर, प्रतिबाधा त्रुटि 14.8% से 1.8% तक कम हो जाती है, और चरण त्रुटि 9.8 डिग्री से 0.8 डिग्री तक कम हो जाती है, जो विधि की प्रभावशीलता और मजबूती को मान्य करती है।
भविष्य के शोध में एल्गोरिदम अनुकूलन, कम लागत वाले उपकरण अनुकूलन, और व्यापक आवृत्ति रेंज पर अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा। कृत्रिम बुद्धिमत्ता तकनीकों (जैसे मशीन लर्निंग मॉडल) का एकीकरण पैरामीटर अनुमान सटीकता और सिस्टम स्वचालन में और सुधार कर सकता है। यह विधि उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोसर्जिकल यूनिट परीक्षण के लिए एक विश्वसनीय समाधान प्रदान करती है और इसमें महत्वपूर्ण नैदानिक और औद्योगिक अनुप्रयोग हैं।
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