心电信号采集及系统设计(荟萃内容)

心电信号采集及系统设计(荟萃内容)
心电信号采集及系统设计(荟萃内容)

微弱信号检测课题报告

心电信号采集

—噪声分析及抑制

指导老师:宋俊磊

院系:机电学院测控系

班级:

学号:

姓名:

【目录】

【摘要】 (3)

第一章 (4)

1.1人体生物信息的基本特点[1} (4)

1.2 体表心电图及心电信号的特征分析[4] (5)

1.3心电信号的噪声来源[7] (6)

1.4 心电电极和导联体系分析 (7)

1.4.1系统电极选择[8] (7)

第二章硬件电路设计 (8)

2.1 心电信号采集电路的设计要求 (8)

2.2 心电采集电路总体框架 (9)

2.3采集电路模块 (11)

2.4 AD620引入的误差 (11)

2.4.1 电子元件内部噪声 (11)

2.4.2集成运放的噪声模型: (13)

2.4.3 AD620的噪声计算 (14)

2.4.4 前置放大电路改进措施 (15)

2.5 滤波电路设计 (18)

2.6电平抬升电路[14] (21)

2.7心电信号的50Hz带阻滤波器(50Hz陷波)设计[15] (21)

结论 (23)

附录:参考文献 (24)

【摘要】

心脏是人体循环系统的核心,心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。在人体这个三维空间导体当中,这种生物电信号可以波及人体各个部分,在人体体表产生规律性的电位变化。在人体体表的一定位置安放电极,按时间顺序放大并记录这种电信号,可以得到连续有序的曲线,这就是心电图。

针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。设计一种用于心电信号采集的电路,然后进行A/D转换,使得心电信号的频率达到采样要求。人体的心电信号是一种低频率的微弱信号,由于心电信号直接取自人体,所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。为获得含有较小噪声的心电信号,需要对采集到的心电信号做降噪处理。运用一个心电信号检测放大电路,充分考虑了人体心电信号的特点,采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式,对心电信号进行测量。

关键词:心电信号采集,降噪,A/D转换放大,噪声分析

课题二基于MATLAB平台的心电信号分析系统设计与仿真

课题二基于MATLABDE的心电信号分析系统的设计与仿真 一、本课题的目的 本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析及滤波器的应用。通过完成本课题的设计,拟主要达到以下几个目的: (1)了解MATLAB软件的特点和使用方法,熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程; (2)了解人体心电信号的时域特征和频谱特征; (3)进一步了解数字信号的分析方法; (4)通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器理解; (5)通过本课题的设计,培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 设计一个简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号,进行一定的数字信号处理,进行频谱分析。采用Matlab语言设计,要求分别采用两种方式进行仿真,即直接采用Matlab 语言编程的静态仿真方式、采用Simulink进行动态建模和仿真的方式。根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。 (1)对原始数字心电信号进行读取,由数字信号数据绘制出其时域波形。 (2)对数字信号数据做一次线性插值,使其成为均匀数字信号,以便后面的信号分析。 (3)根据心电信号的频域特征(自己查阅相关资料),设计相应的低通和高通滤波器。 (4)编程绘制实现信号处理前后的频谱,做频谱分析,得出相关结论。 (5)对系统进行综合测试,整理数据,撰写设计报告。 三、主要设备和软件 (1)PC机一台。 (2) MATLAB6.5以上版本软件,一套。 四、设计内容、步骤和要求 4.1必做部分 4.1.1利用Matlab对MIT-BIH数据库提供的数字心电信号进行读取,并还原实际波形 美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库,近年来应用广泛,为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例,每个病例数据长30min,总计约有116000多个心拍,包含有正常心拍和各种异常心拍,内容丰富完整。

心电图信号放大器

实验三心电图信号放大器 采用自上而下的设计顺序,一般设计过程为: 1)确定总体设计目标; 2)方案设计;3)详细设计;4)调试;5)印刷电路板设计;6)整机测试。每个步骤不是完全独立的,在实际的设计过程中,各个步骤经常是交叉进行,特别是2)、3)、4)步。下面通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程,通过仿真计算,可发现设计上的错误或不合理之处,然后重新调整设计方案或修改电路元件参数,再仿真,直到设计电路的技术指标满足要求为止。 设计一个心电图信号放大器。 已知: (1)心电信号幅度在50μV~5mV之间,频率范围为0.032Hz~250Hz。 (2)人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3)放大器的输出电压最大值为-5V~+5V。 1) 确定总体设计目标; 由已知条件1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外,为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号),要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此,最后决定的心电放大器的性能指标如下:差模电压增益:1000(5V/5mV) 差模输入阻抗:>10MΩ 共模抑制比:80dB 通频带:0.032Hz~250Hz 2) 方案设计: 根据性能指标要求,要采用多级放大电路,其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其 Avo=4?105,Ri≈4?1011Ω,Avc=2),由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要 求(可通过Pspice仿真波形看出),本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益,使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声,需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求,本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。

心电信号放大器设计

成绩: 2015-2016学年01 学期 “电力电子电气传动与可编程控制技术(1)”BUCK变换器的设计与仿真 姓名: 专业: 班级: 学号:

2015 年12 月

一、设计用于检测人体心电信号的放大器,要求如下: 1、输入阻抗≥10MΩ。 2、共模抑制比≥80dB。 3、电压放大倍数1000倍。 4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。 5、放大器的等效输入噪声(包括50Hz交流干扰)≤200μV。 二、设计方案分析 1、心电信号的特点及检测 人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号,是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一,与其他生物电信号相比,该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV,频带宽度为0.05Hz~100Hz,由于心电信号取自于活体,所以信号源内阻较高,且存在着较强的背景噪声和干扰。 在检测人体生物电信号时,需要采用所谓的生物电测量电极,

又称引导电极来实现的,通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测,临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形,对测定心电信号(ECG)的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定,称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联,即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面,并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其具体联接方法如图。 LA Ⅰ 导联Ⅱ 导联Ⅲ导联 图1 标准导联联线方法 2、心电信号放大器设计要求及组成 根据心电信号的特点,对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图所示,主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大

心电信号采集电路实验报告.doc

心电放大电路实验报告 一概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动,血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前,首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表,使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极,分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端,它会按照心脏激动的时间顺序,将体表两点间的电位差记录下来,形成一条连续的曲线,这就是心电图。 普通心电图有一下几点用途 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性,它不仅能确定有无心肌梗塞,而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。 4、能够帮助了解某些药物(如洋地黄、奎尼丁)和电解质紊乱对心肌的作用。 5、心电图作为一种电信息的时间标志,常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪,以利于确定时间。 6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。 二系统设计 心电信号十分微弱,频率一般在0.5HZ-100HZ之间,能量主要集中在17Hz附近,幅度大约在10uV-5mV之间,所需放大倍数大约为500-1000倍。而50hz工频信号,极化电压,高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作。下图为整体化框图。 三具体实现 电路图如下: 1 导联输入: 导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。心脏

ECG信号分析与处理系统设计

***************** 实践教学 ******************* 某某理工大学 计算机与通信学院 2015年春季学期 信号处理课程设计 题目:ECG信号分析与处理系统设计 专业班级:通信工程 姓名: 学号: 指导教师: 成绩:

摘要 系统的研究心电信号处理对疾病的早期预测及家庭医疗保健具有十分重要的意义,一直是生物医学工程领域的研究热点。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一,而心电(Electrocardiogram),ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据,心电信号是心脏电生理活动在体表的表现,提供了心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息,是临床心脏病诊断的基础。因此,设计心电信号处理系统具有重要意义。本论文综合运用数字信号处理的理论知识对心电信号进行分析与处理,实现ECG信号的频谱分析,基线漂移检测等,设计滤波器实现心电信号的滤波,滤去高频和低频干扰,实现ECG信号的增强。同时使用陷波器对50Hz的工频干扰进一步滤除,得到比较纯净的心电信号。 关键词: 心电信号,工频干扰,基线漂移

目录 摘要····································I 一、前言 (1) 二、心电信号 (2) 2.1 原始心电信号分析 (2) 2.2 心电信号中的噪声 (3) 2.3 系统总体设计框图 (4) 三、设计原理及方法 (5) 3.1 数字滤波器简介 (5) 3.2 IIR滤波器的设计原理 (5) 3.3 IIR滤波器的设计 (5) 3.3.1 IIR数字低通滤波器设计过程 (5) 3.3.2 IIR数字带通滤波器设计过程 (9) 3.4 FIR滤波器 (10) 3.4.1 FIR滤波器的设计 (11) 3.4.2 FIR数字低通滤波器设计过程 (11) 3.5 陷波器 (13) 3.5.1陷波器的基本原理及作用 (13) 3.5.2双T法设计陷波器 (13) 四、MATLAB简述 (15) 五、总结 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)

心电放大器设计报告

生物医学电子学课程设计 设计报告 学校:东北大学 学院:中荷生物医学与信息工程学院 专业班级:生医1202班 姓名:鱼忘七秒 学号: 201252xyz 指导老师:李刚

低功耗心电放大器设计报告 1.概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动,血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前,首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表,使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极,分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端,它会按照心脏激动的时间顺序,将体表两点间的电位差记录下来,形成一条连续的曲线,这就是心电图。 基本心电图如上所示,包含如下几个波段: P波――两心房除极时间 P-R间期――心房开始除极至心室开始除极时间 QRS波群――全心室除极的电位变化 ST段――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间 T波――快速心室复极时间 2.设计背景 心电放大器是一种常见的生物电放大仪器,在如今已经得到了广泛的应用,并已经研发出了便携家用的医疗仪器。心电放大器可以实时观测被测者的心电信号,有助于病征的观测,并能辅助诊断。心电放大器作为精密医疗仪器,在现代的应用越来越广泛,低成本是它的一个重要趋势。

心电信号有几个显著的特点。 1)心电信号很微弱,其幅值为10μV(胎儿)-4mV(成人),放大倍数 约为500~1000倍; 2)频率很低,约为0.05Hz-75Hz,能量主要集中在17Hz附近; 3)有很强的随机性,并不稳定。 4)人体作为信号源,本身内阻很大。 5)干扰多。如肌电等人体噪声,以及在心电放大器中不可避免的工频 等设备噪声。 3.设计意义 1)对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值; 2)对心肌梗塞的诊断有很高的准确性,它不仅能确定有无心肌梗塞, 而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程; 3)对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断 有较大的帮助; 4)能够帮助了解某些药物(如洋地黄、奎尼丁)和电解质紊乱对心肌 的作用。 4.设计要求 1)输入电阻>5M 2)共模抑制比>80dB 3)输出摆幅>2.5V(采用单片机采集时动态范围≧28) 4)频带:0.05~75Hz 5)功耗<5mA 6)直流供电,使用三节1.5V干电池,便于携带 5.总体方案设计

心电信号放大电路

浅谈滤波器在心电信号放大电路中的应用 1 实验目的与意义 心电信号十分微弱,一般在0.05-100Hz之间,幅度小于5mv。在检测心电信号的同时存在着极大的干扰。心电波仪器通过传感系统把心脏跳动信号转化为电压信号波形,一般为微伏到毫伏数量级。这是需经过信号放大才能驱动测量仪表把波形绘制出来。本实验通过应用运算放大器设计心电放大电路,目的是可以实现有效滤除与心电信号无关的高频信号,通过系统,可以得到放大,无干扰的心电信号。 本实验将就心电放大电路中的滤波器部分进行重点研究,采用multisim10.1进行仿真,分析其实现的功能以及所起的作用。心电信号放大电路的其余部分将做简要介绍。

2 心电放大电路工作原理 心电信号放大电路原理流程图 2.1前置放大电路 放大微弱的心电信号。具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力的特点。 2.2高通滤波电路 通过频率大于 0.05Hz 的信号,排除低频信号干扰。 2.3低通滤波电路 通过频率低于100Hz 的信号,排除高频信号干扰。 2.4带阻滤波电路 有效阻断工频为50Hz 的信号干扰。 2.5电压放大电路 对处理过的心电信号进行放大,以便能够观察出微弱的心电信号。 3 技术指标 信号放大倍数:1000倍 输入阻抗:≥10M Ω 共模抑制比:K cmr ≥60dB 频率响应:0.05-100Hz 信噪比:≥40dB 4心电放大电路介绍与分析 4.1前置放大电路 可应用AD620来设计放大电路,设计图如下 输入心电信号 前置放大 高通滤波 电压放大 带阻滤波 低通滤波

根据心电信号特点,前置放大电路具有以下特点: 1)高输入阻抗:被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号,为了减少信号源内阻的影响,应提高放大电路的输入阻抗。 2)高共模抑制比:人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰,一般为共模干扰,前置级须采用共模抑制比高的差动放大电路,以减少共模干扰。 3)低噪声,低漂移:使其对信号源影响小,输出稳定。 此放大电路可实现增益1-1000倍的调节。 4.2滤波电路 正常心电信号的频率范围为0.05-100Hz。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等,其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号,在心电信号放大器电路中,应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。 4.2.1 高通滤波电路 本实验采用二阶有源滤波器,参数设置以及电路图如下。 f min=错误!未找到引用源。=0.05Hz 令C1=C2=100μF R1=R2≈32kΩ 输入1Vpk,0.05Hz的正弦交流信号

课题三基于LABVIEW的心电信号分析系统设计与仿真报告

课题一心电信号分析系统的设计 一、本课题的目的 本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。通过完成本课题的设计,拟主要达到以下几个目的: (1)了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法,熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。 (2)了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。 (3)进一步了解数字信号的分析方法; (4)通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。 (5)通过本课题的设计,培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号,进行一定的数字信号处理,进行频谱分析。根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。 (1)对原始数字心电信号进行读取,由数字信号数据绘制出其时域波形。 (2)对数字信号数据做一次线性插值,使其成为均匀数字信号,以便后面的信号分析。 (3)根据心电信号的频域特征(自己查阅相关资料),设计相应的低通和带通滤波器。 (4)编程绘制实现信号处理前后的频谱,做频谱分析,得出相关结论。 (5)对系统进行综合测试,整理数据,撰写设计报告。 三、主要设备和软件 (1)PC机一台。 (2)LabVIEW软件一套,要求最低版本8.20。 四、设计内容、步骤和要求 必做部分: 1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号,并还原实际波形 美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库,近年来应用广泛,为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例,每个病例数据长30min,总计约有116000多个心拍,包含有正常心拍和各种异常心拍,内容丰富完整。 为了读取简单方便,采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。利用labVIEW提供的文件I/O函数,读取txt数据文件中的信号,并且还原实际波形。

心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期设计报告 学院:电子信息学院 学号:15041523 班级:15040211 姓名:卢虎林 日期: 2017年3月11日

一、实验目的 通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程,理解电路的自上而下的设计方法。 二、实验原理 设计一个心电图信号放大器。已知: (1)心电信号幅度在50μV~5mV之间,频率范围为0.032Hz~250Hz。 (2)人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3)放大器的输出电压最大值为-5V~+5V。 1、确定总体设计目标 由已知条件(1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件(2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外,为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号),要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此,最后决定的心电放大器的性能指标如下: 差模电压增益:1000(5V/5mV); 差模输入阻抗: >10MΩ; 共模抑制比:80dB; 通频带:0.05Hz~250Hz。 2、方案设计 根据性能指标要求,要采用多级放大电路,其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计

采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2),由 于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出),本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益,使总增 益达到1000。其次为了消除高、低噪声,需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求,本设计可采用较简单的一阶高通滤波器 和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计 根据上述设计方案,确定了心电放大电路的原理图,如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器,其差模增益被分配 为40,其中A1、A2构成的差放被分配为16,其计算公式为: Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1,Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。 为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地 之间分别串接两个电阻R11、R22,其取值很大,以满足差模输入阻 抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内,其 被分配的差模增益应为(1000/40=25),即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ,R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器,要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ,则可算出C1=4.58μF,取标称值电容 C1=4.7μF,算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2,R10构成低通滤 波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称 值电容C2=0.033μF,最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可 见满足带宽要求。

心电信号放大器设计

心电信号放大器设计

成绩: 2015-2016学年01 学期 “电力电子电气传动与可编程控制技术(1)”BUCK变换器的设计与仿真 姓名: 专业: 班级: 学号:

2015 年12 月

一、设计用于检测人体心电信号的放大器,要求如下: 1、输入阻抗≥10MΩ。 2、共模抑制比≥80dB。 3、电压放大倍数1000倍。 4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。 5、放大器的等效输入噪声(包括50Hz交流干扰)≤200μV。 二、设计方案分析 1、心电信号的特点及检测 人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号,是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一,与其他生物电信号相比,该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV,频带宽度为0.05Hz~100Hz,由于心电信号取自于活体,所以信号源内阻较高,且存在着较强的背景噪声和干扰。 在检测人体生物电信号时,需要采用所谓的生物电测量电极,

又称引导电极来实现的,通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测,临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形,对测定心电信号(ECG)的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定,称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联,即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面,并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其具体联接方法如图。 RA LA LL RL RA LA Ⅰ导联 RA LL Ⅱ导联Ⅲ导联 LA LL 图1 标准导联联线方法 2、心电信号放大器设计要求及组成 根据心电信号的特点,对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图所示,主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大等

心电信号的采集与处理

中北大学信息商务学院课程设计说明书 学生姓名:苏慧敏学号:1305034211 学生姓名:王晓腾学号:1305034217 学生姓名:李康学号:1305034243 学院:中北大学信息商务学院 专业:电子信息工程 题目:心电信号的采集与处理 指导教师:王浩全职称: 教授 2016 年 6 月 9 日

中北大学信息商务学院课程设计任务书 2015-2016 学年第二学期 学院:中北大学信息商务学院 专业:电子信息工程 学生姓名:苏慧敏学号:1305034211 学生姓名:王晓腾学号:1305034217 学生姓名:李康学号:1305034243 课程设计题目:心电信号的采集与处理 起迄日期:2016年6 月13日~2016年7月1 日 课程设计地点:系专业实验室 指导教师:王浩全 系主任:王浩全 下达任务书日期: 2016年6月 9日

课程设计任务书

课程设计任务书

设计说明书应包括以下主要内容: (1)封面:课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 (2)设计任务书 (3)目录 (4)设计方案简介 (5)设计条件及主要参数表 (6)设计主要参数计算 (7)设计结果 (8)设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会(9)参考文献

目录 一、基于PCI总线A/D卡的报告 (1) (一)基于PCI总线的基本结构 (1) 1.PCI总线 (1) 2.PCI总线的基本含义 (1) (二)基于PCI的A/D卡的通用结构 (2) (三)基于PCI总线发展趋势 (2) (四)PCI总线的特点: (3) 二、设计方案简介 (3) 三、设计条件及主要参数表 (4) 四、设计结果 (6) 五、设计评述 (7) 六、参考文献 (7)

心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期 设计报告 学院:电子信息学院 学号: 15041523 班级: 15040211 姓名:卢虎林 日期: 2017年3月11日

一、实验目的 通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程,理解电路的自上而下的设计方法。 二、实验原理 设计一个心电图信号放大器。已知: (1)心电信号幅度在50μV~5mV之间,频率范围为0.032Hz~250Hz。 (2)人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3)放大器的输出电压最大值为-5V~+5V。 1、确定总体设计目标 由已知条件(1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件(2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外,为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号),要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此,最后决定的心电放大器的性能指标如下: 差模电压增益:1000(5V/5mV); 差模输入阻抗: >10MΩ; 共模抑制比:80dB; 通频带:0.05Hz~250Hz。 2、方案设计 根据性能指标要求,要采用多级放大电路,其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2),由

于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出),本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益,使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声,需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求,本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计 根据上述设计方案,确定了心电放大电路的原理图,如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器,其差模增益被分配为40,其中A1、A2构成的差放被分配为16,其计算公式为:Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1,Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。 为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22,其取值很大,以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内,其被分配的差模增益应为(1000/40=25),即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ,R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器,要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ,则可算出C1=4.58μF,取标称值电容 C1=4.7μF,算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2,R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF,最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。

心电信号的采集系统设计开题报告

电气信息工程学院 毕业设计(论文)开题报告 课题名称:小波变换在图像编码中 的应用 专业:通信工程 姓名:王文双 班级学号:06-01-26 指导教师:张海一 二○一○年四月二日

三、完成本课题的工作进度计划 第一、二周:收集资料,做好知识准备。 第三、四周:开题报告。 第五周:进行设计方案论证。 第六—九周:小波理论、图像编码技术。 第十、十一周:计算机仿真。 第十二周:设计收尾工作和毕业设计答辩准备。 四、参考文献 [1] 丁艳,刘榴娣,郭宏. 小波变换在图像压缩中的应用研究[J]. 光学技术. 1999.(01) [2] 陶德元,何小海,李舒平,吴小强. 小波变换及其在图像处理中的应用[J]. 四川大学学报(自然科学版). 1994.(04) [3] 李华峰,丁绪星,钱焕延. 基于整数小波变换的图像压缩算法[J]. 计算机工程与设计. 2006.(11) [4]Mandelbrot,B,B.Self-affine FractalSets.Fractals in Physics[C].Amsterdam: North-Holland,1986: [5] Rioul,O. Regular wavelets: a discrete time approach[J].IEEETransactions on signal Processing,1993,41(12):3572-3579. [6] 韩玉坤. 数字图像压缩编码技术综述[J]. 潍坊学院学报. 2006.(04) [7] 刘洞波. 一种扩展的嵌入零树小波算法[J]. 现代计算机. 2006.(09) [8] 王相海,张福炎. 一种基于零树小波的图像比率可分级编码方法的研究[J]. 南京大学学报(自然科学版). 2002.(02) [9] 张旭东等编著. 图像编码基础和小波压缩技术[M]. 清华大学出版社 2004 [10] 徐佩霞,孙功宪编著. 小波分析与应用实例[M]. 中国科学技术大学出版社1996 [11] 张旭东等编著. 图像编码基础和小波压缩技术[M]. 清华大学出版社 2004 [12] 程正兴[著]. 小波分析算法与应用[M]. 西安交通大学出版社 1998

1心电前置放大电路设计

心电前置放大器设计 报 告 姓名 班级 学号

目录 1、心电介绍 2、心电干扰 2.1 肌电干扰 2.2 交流干扰 3、心电采集电路设计思路 3.1 第一级差动放大 3.2 第二级低通滤波 3.3 第三级功率放大 4、心电采集电路及其仿真结果 心电信号采集电路设计 摘要:通过三导联采集人体的心电信号,然后三级放大,得到可以在示波器上较清楚显示的心电图。其中三级放大为:第一级是CMRR很大的差动放大器,此处采用仪用放大器AD620;第二级是二阶有源低通滤波器,所设计的截止频率为120Hz;第三级是二级放大电路,前一级是放大倍数固定为10的电路,后一级是

放大倍数可调的放大电路。 一、心电介绍 心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一,与其他生物电信号相比,该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV,频带宽度为0.05Hz~100Hz,由于心电信号取自于活体,所以信号源内阻较高,且存在着较强的背景噪声和干扰。 在检测人体生物电信号时,需要采用所谓的生物电测量电极,又称引导电极来实现的,通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测,临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形,对测定心电信号(ECG)的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定,称之为心电图的导联系统。此处我们采用三导联。 二、心电干扰 心电干扰分为两种,一种是肌电干扰,一种是交流干扰。肌电干扰一般是35HZ,交流干扰一般是50HZ。而心电信号的频率范围是在0.05-100HZ之间。所以肌电干扰和交流干扰极易混入心电信号,并被放大,需要对它们进行抑制处理,以保证心电图记录的质量。 2.1肌电干扰 肌电干扰是指由于人体肌肉颤动所引起的噪声信号。这种噪声信号是不规则的。肌电干扰信号的频率在10-3000Hz之间,电压从几十微伏到几毫伏之间。在做心电图检查时,一般常见35Hz肌电干扰信号。它产生的原因主要有以下几个方面: 1.病人精神过于紧张,引起肌电干扰;2.环境温度过低,病人发冷寒颤,引起肌电干扰;3.病人活动或病床不舒适,引起肌电干扰;4.心电图机电极绑带或电极夹过紧,引起肌电干扰。 2.2交流干扰 1、50Hz交流干扰通常是指来自外界以及心电图机自身的电源50Hz交流干扰信号。这种干扰信号是规则的。50Hz交流干扰通常分为以下几种:[1]交流磁场干扰;[2]泄漏电流干扰;[3]阻抗耦合干扰;[4]静电干扰;[5]地环路干扰;[6]仪器内部50Hz干扰等等。 2、交流磁场干扰是指在人体附近存在的电流电路与病人回路之间通过电磁耦合而产生的交流磁场干扰。如:照明设备、沿天花板和墙壁及地面排布的电源线等设备产生的干扰磁场穿过一定面积的输入加路时,产生感应电动势并与心电信号叠加,造成干扰。 3、泄漏电流干扰是指因绝缘强度下降产生的泄漏电流而引起的泄漏电流干扰。如:在梅雨季节时,电源线、墙壁、及病床等因湿度增加而使其绝缘强度下降,

心电信号的分析

心电信号的分析,含义,用途 班级:07生医1班 姓名:王颖晶 学号:0700308108 什么是心电: 心脏周围的组织和体液都能导电,因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源,无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差,也有很多点彼此之间无电位差是等电的。心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着生物电的变化,这些生物电的变化称为心电。 心电信号的用途: 心电信号是人们认识最早、研究最早的人体生理电信号之一。目前心电检测已经成为重要的医疗检测手段,但是心电信号的相关试验及研究依然是医学工作者和生物医学工程人员的重要议题。 心血管疾病是人类生命的最主要的威胁,而心电(ECG,electrocardiogram)信号是诊断心血管疾病的主要依据,因此实时检测病人心电活动、设计自动采集存储病人心电信号的便携式系统具有重要意义。 心电信号的含义: 心电信号是由人体心脏发出相当复杂的微弱信号,其幅度一般在1O V~5mV之间,频率为0.05~ 1。OHZ,外界干扰以及其他因素的

存在使其变得更难以检测n 。心电信号采集处理系统以抑制干扰、得到较为理想状态下的心电信号为目的。在心电信号滤波和处理算法中,要频繁进行大量的数据乘、加运算。 三个特殊波段的检测: 1.QRS波的检测 ?QRS的特点: ?其能量在心电信号中占很大的比例, ?其频谱分布在中高频区, 峰值落在10-20Hz之 间, ?二阶导数算法 ?心电信号的一阶和二阶导数的平方和作为QRS 波标记的脉冲信号, ?移动平均算法 ?其求导平方运算和上相同, 并对求导平方数据 进行移动平均, 从而突出QRS波的特征信息, ?正交滤波算法 2.R波峰点的检测 ?双边阈值检测法 ?取一个固定的阈值Ra, t1,t2分别为R波上升和 下降通过这个阈值的时刻,则R基准点的位置 t=(t1+t2)/2 ?固定宽度检测法

心电信号分析系统

信号与线性系统 课程设计报告 课题名称:基于Labview的心电信号分析班级:通信092班 姓名:孙星星 学号:092307 成绩: 指导教师:王宝珠 日期:2011年12月28号

目录 一绪论 1.1 摘要 关键词 1.2 课题简介 1.3 课题设计目的及意义 二设计任务及技术指标 三设计总体方案流程图 四方案论证与比较 4.1 心电信号读取设计方案论证与选择 4.2 线性插值的设计方案论证与选择 4.3 滤波器及谱分析的设计方案论证与选择 五课题设计具体内容 5.1心电信号的读取 5.2 对原始心电信号线性插值 5.3设计相应的低通高通滤波器及其谱分析 5.4 总体的程序框图和前面板 六课题设计遇到的问题及其解决办法 6.1心电信号的读取部分 6.2对原始心电信号线性插值部分 七结论 八课程设计的收获、心得体会与建议 参考文献

一绪论 1.1 提要: 心电信号分析系统是对心电信号文件拾取输入后,对其做一定的数字信号处理,进行频谱分析。 Labview是一种带有图形控制流结构的数据流模式(Date Flow Mode),程序执行是数据驱动,同时也是一种图形化的编程语言--G语言。本设计采用Labview 综合运用其丰富的VI库来实现心电信号的拾取、线性插值、滤波、谱分析。该课题利用VI库中索引数组、数组子集、字符串--数值转换、While循环、chebyshev 滤波器、单边FFT,双边FFT等,得到了简单的拾取、插值、滤波、谱分析等功能。,对心电信号做简单的数字信号处理。 关键词:Labview,心电信号,VI库,数字信号处理 1.2 课题设计目的及意义 本课题主要研究基于Labview的数字心电信号初步分析及其各种滤波器的应用。通过完成本课题的设计,了解基于LabVIEW虚拟仪器(一种软件化的仪器系统)的特点和使用方法,熟悉掌握LabVIEW的使用及练习使用其不同的功能,了解人体心电信号的时域特征和频谱特征,通过对心电信号的滤波处理、频谱分析,进一步了解数字信号的分析方法,进一步加深对各种滤波器(chebyshev,inverse chebyshev,butterworth)的理解。此外,通过本课题的设计,培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 心电信号分析是一门比较实用的电子工程的专业课程。当今社会,心血管疾病是发病率和死亡率最高、对人类生命威胁最大的疾病。心电信号预处理就是对心电信号的时域特征、频域特征进行了解,以便以后对心电信号的自动识别起到一定的基础作用。另外,Labview具有强大的虚拟仪器功能和软件开发功能,运行速度快、兼容性和移植性好、方便易用,适合于课程设计短期内完成。 二设计任务及技术指标 课题所用信号是美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库(一个权威性的国际心电图检测标准库),近年来应用广泛,为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH 数据库共有48个病例,每个病例数据长30min,总计约有116000多个心拍,包含有正常心拍和各种异常心拍,内容丰富完整。 为了读取简单方便,采用其txt格式的数据文件作为我们的源心电信号数据。利用labvIEW提供的文件I/O函数,读取txt数据文件中的信号,并且还原实际

十一组心电信号放大器设计完整版

设计报告书 时间:2015-7-30 设计题目:心电信号放大电路

目录 一、方案论证与选择 (3) 1、心电信号前置级放大电路 (3) 2、滤波器电路 (3) 二、设计总体方案 (4) 二、电路设计 (4) 1.心电信号前置放大电路 (4) 2. 高通滤波器 (5) 三、低通滤波器 (6) 四、50Hz 陷波器 (6) 五、测试方案和结果 (7) 1.proteus仿真结果图 (7) 2.测试仪器 (8) 3.测试条件和结果 (8) 2.测试结果分析 (9) 五、设计总结 (9) 附录 (9) 参考文献: (10)

心电信号放大器设计报 摘要:心电信号等各种生理参数都是复杂生命体发出的强噪声条件下的微弱信号,其幅度在10uV-5mV 之间,经过放大1000多倍才能被观察出来。频率范围为0.05Hz -100Hz,淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中。本设计根据心电信号特征设计一个性能良好的心电放大器,能够满足心电信号检测的要求。首先从人体体表采集心电电位的变化,经前置后,通过滤波和放大,得到的心电信号能够在示波器上显示出比较清晰的波形。在设计中采用低功耗、高精度的仪用放大器,即AD620作为放大器的前置级。经前置放大器后,运用低通和高通滤波器的串联,对心电信号有效频率外的干扰进行滤波。并且采用双T网络构成的陷波器,对50Hz的工频干扰进行抑制。最后通过一个主放大将心电信号进一步放大,便于后面波形的显示。 关键词:心电信号;前置放大器;滤波;50Hz工频干扰 一、方案论证与选择 1、心电信号前置级放大电路 由于心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号,所以要求前置放大器应具有高输入阻 抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力等特点,选择仪表放大器即可满足要求。考虑到要求高共模抑制比、高输入阻抗和调试方便,不使用采用集成运算放大器构成的仪表放大器,而是直接使用集成仪表放大器,本设计选用低成本集成仪表放大器AD620实现。 2、滤波器电路 正常心电信号的频率范围为0.05~100Hz,而90%的心电信号频谱能量集中在0.25~35Hz之间。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等,其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号,在心电信号放大器电路中,应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。 1)高通滤波器 高通滤波器选择典型的压控电压源二阶滤波器。集成运算放大器选用高精度、低漂移运算放大器OP07。 2)低通滤波器

基于LabView的心电信号处理系统研究

西南科技大学 生医专业综合设计报告 设计名称:基于LabView的心电信号处理系统研究 姓名: 学号: 班级: 指导教师: 起止时间:2014.12.29—2015.1.18 西南科技大学信息工程学院制

综合设计任务书 学生班级:学生姓名:学号: 设计名称:基于LabVIEW的心电信号处理系统研究 起止日期:2014.12.29—2015.01.18 指导教师: 综合设计学生日志

基于LabVIEW的心电信号处理系统研究摘要:医疗仪器是生物医疗检测领域重要的研究对象和诊断工具,结合了生物医学工程和电子信息,计算机以及自动化等多种技术。运用医疗仪器来监视或者诊断心血管疾病具有重要的意义。 本文主要由数据采集系统MSP-080102和基于LabVIEW8.6的Biomedical Startup Kit 生物医学套件两部分组成。 首先从解剖学的角度来分析心电信号产生过程,通过心电信号的特征来确定数据采集系统的设计标准。数据采集系统主要由前置放大电路、低通滤波、50Hz的陷波电路、功率放大电路以及AD转换电路等组成。其次采用美国NI公司的图形化编程语言LabVIEW来实现软件编程,利用LabVIEW来实现PC机与采集系统的数据通讯以及心电信号的显示处理功能。主要完了完成USB读入信号数据、数据还原、数据恢复等功能,得到成正常的心电信号,再通过心律检出显示波形。并在LabVIEW下实现数据的保存、打开以及运用TCP/护协议来远程传输数据。虽然虚拟生物医疗仪器在国内研究还处于初步阶段,但其研究会对疾病的诊断、分析和治疗具有重要的实用价值,并为未来生物医疗仪器进入家庭和远程会诊的实现创造了可能。 关键词:心电信号;信号处理;LabVIEW;虚拟仪器

心电信号采集与调理电路

心电信号的采集和调理电路 1概述 1.1国内外发展现状 心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。由于心电图机诊断技术成熟、可靠,操作简便,价格适中,对病人无损伤等优点,已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。 在国外,心电图机的研制和生产,占主要地位的是以德国、日本、加拿大、美国为主的发达国家,相对而言国内心电图机发展速度较慢,水平较落后,心电图机的研制和生产是在1904年荷兰的爱因托芬(Willem Einthoven)制造的第一台弦线式电流计的基础上发展而来的,20世纪50年代之前,心电图机的发展主要解决了小型化和提高灵敏度的问题。1960年第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来,自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机,便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元,从此心电图机进入数字化发展新时代,特别是计算机在各个领域的广泛运用,数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。常规的心电图机有单道和多道,虽使用方便,但体积庞大、价格高,主要适合医院,并且对许多偶发、短暂心律失常无法进行监测;动态心电图机(HOLTER),虽然可用于24小时甚至更长时间的心电图记录,但是HOLTER价格昂贵,使用不方便,并且不能实时处理。 在国内,截至2007年10月,据不完全统计,我国已有医疗器械生产企业12530家,而专业生产心电图机的企业仅有20几家,大多数是中小企业,产品技术水平较低,不具备国际竞争力,所需的器件、材料、工艺,水平低基础差。目前我国心电图机主要生产厂家在广东、山东和上海,但在国内市场上均形不成主导地位。1985年上海医用心电图机的产品约占全国的80%,产品畅销;但自1989年12月上海医用电子仪器厂与日本光电工业株式会社签约合资成立上海光电医用电子仪器有限公司后,中国几家心电图机生产企业便开始滑坡,而光电公司的产品却更加稳固地占领了中国市场。我国心电图机产品数量尚远低于国际上已有品种,技术水平同样偏低。国产设备多为劳动密集型的低科技产品,特别是由于基础研究弱、创新能力差、缺少具有自主知识产权的产品。目前仅能解决中小医院的基本装备需求,高档设备主要靠进口。 由于心电图已应用于各个层次的医疗机构的临床和科研中,特别是人们对其的深入认识和广泛用于临床中的各个疾病。由于心电图机的非创伤性和多功能化,使心电图不局限于心脏疾患的范围,而且可用于临床电解质监测,非心脏疾病的鉴别诊断等等。随着人们生活节奏的加快和生活方式的改变,心血管疾病的发病率不断上升,心电图也在今后相当长的时间内更现重要。心电图机正向着多通道,数字智能型,网络共享型等方向发展。 1.2心电信号的形成

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