简易心电图仪设计(课程设计)

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14-2简易心电图仪设计和实现

14-2简易心电图仪设计和实现

图 7 浮动负 负载原理图 路中,A1,A2 2、A3 及其周 周边电阻构成 成三运放仪用放大器;A4、 、A5 的作用是将 上图电路 共模 模信号从两个 个 R0 的中点 D 取出, 经倒 倒相放大后加至电源线的中 中线端 (O 点 点) ,如上图所 所示。 使其 其电桥正负电 电源的中线于 于 1.5m 长的传 传输线外表电 电线相连并浮 浮地。这样做 做的目的是要 要进一 步提 提高前级共模 模抑制能力。其原理如下 : 当某个时刻 刻,在 P1 点、P2 点的感应 应有共模信号 号,并设此时 时的共模输入 入信号为正值 值,经 过A A1、A2 放大后 后,在 B1、B2 点会产生较 较大同极性的 的共模信号,于是在 D 点 点可取出正极 极性的 共模 模信号,经过 过 A4 倒相,A5 跟随,在正 正负电源的中 中点 O 便得到 到负极性的共 共模信号,这 这样一 来,使 P1、P2 点的共模信号 点 号下降,最后 后使前级输出的共模信号下 下降,反之亦 亦然(正负电源的 中点 点 O 为浮动负 负载的参考点 点,按导联 I、 、II 方法连接 接的参考点,根据要求,则为 RL)。上述 分析 析表明,对共 共模信号而言,前级又引入 入了一个反馈 馈深度很大的 的负反馈,使 使前级输出的共模 信号 号大大下降,起到进一步抑制共模信号 号的作用,这 这可以使共模 模抑制比 KCMRR 在原来的基 基础上 提高 高 1-2 个数量 量级。 而对差模 模信号的放大 大倍数没有任 任何影响。 根据浮动负载 根 载的降噪原理 理及导 联 I、II 的接法 法要求,本实 实验中的降噪 电路如下:
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格、长度均一样 样,甚至人体卧床的姿势也 也要对称,如 如果不对称,比如,左手 手和右手垂直 直,则 两路 路感应的干扰 扰信号的幅度 度和相位就存在 在显著差异。 要 要保证干扰信 信号在放大器 器对称点处(A A 与 A’、B 与 B’)不形 形成差信号,在使用三运 运放仪 用放 放大器的时候 候,因尽量使使 使用的运放参 参数相同,并 并仔细匹配相 相关电阻;使 使用单片仪用放大 器时 时,应该选择 择 A1A,A2A 的内 内部参数和外 外接电阻完全 全对称。内部 部电路的对称 称已经由集成 成芯片 获得 得了保证,外 外部对称则是 是靠结构、工序 序给以保证。 3. .2.3 提高放 放大器的共模 模抑制比 KCMR MR 120dB 选 选择高共模抑 抑制比集成仪 仪用放大器 IN NA2128, 它的 KCMR》 B; 如果心电取 取最小值 20 V , 50HZ Z 市电的共模 模信号为 5V,则信噪比为 为 5000 10 0 / 20 2.5 10 108( (dB) ,这 已经

简单心电图仪设计论文

简单心电图仪设计论文

简易心电图仪摘要:本系统主要以TI公司的低功耗msp430单片机为控制核心,由放大电路、右腿驱动电路、滤波网络、心电波形显示、存储与回放等模块组成。

利用高精度仪表放大器INA128和精密放大器OP07级联的方式对两路心电信号放大。

采用有源高低通滤波电路对心电信号进行综合处理。

设计还采用了右腿驱动电路抑制干扰,提高了放大器的共模抑制比。

单片机和液晶显示器实现了对心电波形的显示、存储与回放。

最终达到各项指标的要求,实现了低功耗的特点。

关键字:示波器滤波网络右腿驱动OP07 NE5532目录一、绪论 (3)(一)研究背景 (3)(二)心电图仪的发展现状 (3)(三)研究意义 (4)二、总体设计 (4)(一)便携式要求 (4)(二)设计框图 (5)三、硬件设计 (5)(一)电极的选择 (5)(二)导联方式的选择 (6)(三)放大电路 (7)(四)滤波网络 (8)四、软件设计 (9)(一)软件设计框图 (9)(二)程序源代码 (11)五、测试 (11)(一)测试仪器 (11)(二)系统测试 (11)(三)测试结果 (12)附录 (13)附录一 (13)附录二 (13)一、绪论(一)研究背景有很多病情较轻或者处在康复期内的心脏病患者,在较长时期内都离不开心电监护系统;或者有些心脏病偶发患者需要长期、连续观察心电参数,以捕捉某一瞬间出现的症状;也有些偏远地区的医院遇到疑难病症,病人在较长时间内需要得到上级医院专家的观察。

基于上述情况,开放一种便携的家用心电图仪,使得病人在家里可以观察并记录自己的心电信号,以备医生检查需求。

本设计介绍的就是一款体积小、重量轻、成本低、质量高、操作简单的便携式心电图仪。

(二)心电图仪的发展现状20世纪80年代心电图仪的特点是小型化、记录时间长,回放系统使用了计算机,并能够准确计算心率、异位心搏和ST段改变,打印系统已经普遍配备激光打印机。

20世纪90年代后的心电图仪的特点是体积小、佩戴舒适、存储容量打、电波保真度搞等。

简易心电图仪课程设计

简易心电图仪课程设计

提供计数器计时中断。

计数器的时钟源频率最高可以设置为24.512MHz,经过分频后有多种采样频率可选。

而且凌阳单片机的汇编语言中已经有FIR算法可以直接应用,因此可以做出16阶的数字滤波。

虽然16阶的数字滤波器效果不是十分理想,不能充分发挥数字滤波的性能,但可以起辅助滤波作用。

综上所述,由于本系统除了波形处理外,还要求具有数字存储和回放功能,因此本系统采用模拟、数字滤波相结合的方案,对通过两种标准导联所采集的两路心电信号分别进行以100Hz 和500Hz 为截止频率的模拟低通滤波,对要进行存储的信号,在用单片机采样的同时对其进行数字滤波,截止频率可设置低于50Hz,以避免工频信号干扰,使所存储回放的心电波形更为清晰。

四陷波处理方案论证比较本系统要除去工频50Hz的干扰,需要对混杂在心电信号里的50Hz信号作尽可能大的衰减处理。

处理方案集中在两种:自适应相干模板法和模拟陷波法。

方案1 自适应相关模板法自适应相关模板法利用工频干扰的相关特性,从原始输入信号中得到工频干扰的模板,进而从原始输入信号中减去工频干扰的模板,达到滤除工频干扰的目的。

但这种方法算法虽简单但程序设计比较复杂,考虑到课程设计时间有限,故不采取这个方案。

方案2 模拟陷波法图1 为双T网络幅频特性曲线。

图1通过图1幅频特性可知,对于ω=ω0的其他频率信号,通过双T网络具有较强的负反馈,因为双T网络具有良好的滤波特性,在仪表的电源噪声滤波电路中获得了较为广泛的应用,又因为双T 网络具有比RC串、并联网络更好的选频特性,故我们选用双T 网络进行陷波。

综上比较,模拟陷波方案比较简易可行,因此选择模拟陷波方案系统设计综合以上方案论证与分析,我们得出总体设计框如下:图3为心电信号放大电路。

电极采集到的心电信号大约为20 μ V~20mV,而灵敏的仪表放大器INA128 只需外接一个电阻就能将信号放大1~10000 倍,其增益G 与外接电阻的RG 的计算公式为:RG 1G k 50-Ω=当G=1000时,RG=50.05Ω。

心电监测仪课程设计

心电监测仪课程设计

心电监测仪课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生理解心电监测仪的基本工作原理,掌握心电图的判读方法。

2. 使学生掌握心电监测仪的使用步骤和操作规范,了解心电监测仪的维护与保养。

技能目标:1. 培养学生能够独立操作心电监测仪,进行简单的心电图分析。

2. 提高学生运用心电监测仪进行心血管健康监测和疾病预防的能力。

情感态度价值观目标:1. 培养学生关注心血管健康,增强健康意识,形成良好的生活习惯。

2. 培养学生的团队合作精神,提高学生在实际操作中解决问题的能力。

3. 增强学生对生物医学工程学科的兴趣,激发学生探索科学技术的热情。

课程性质:本课程为高二年级生物医学工程课程,以实践操作为主,理论讲解为辅。

学生特点:学生具备一定的生物学和物理学基础,对医学仪器有一定的了解,但对心电监测仪的具体操作和原理掌握不足。

教学要求:结合学生特点,注重实践操作,强调理论知识与实际应用的结合,培养学生动手能力和实际操作技能。

通过本课程的学习,使学生能够达到上述课程目标,并在后续的学习和生活中发挥所学,为我国生物医学工程领域培养优秀人才。

二、教学内容1. 心电监测仪基本原理:讲解心电图的形成过程,心电监测仪的工作原理,包括电极、放大器、滤波器、显示器的功能及相互关系。

2. 心电图判读:介绍心电图的波形特点,如P波、QRS波群、T波等,教授判读方法和步骤,分析正常与异常心电图。

3. 心电监测仪的使用:详细讲解心电监测仪的操作步骤,包括设备准备、电极贴附、参数设置、数据记录等,强调操作规范与注意事项。

4. 心电监测仪的维护与保养:介绍心电监测仪的日常维护、清洁与保养方法,以及常见故障的处理。

5. 实践操作:组织学生进行心电监测仪的实际操作,培养动手能力,巩固所学知识。

教学内容安排与进度:第一课时:心电监测仪基本原理第二课时:心电图判读方法第三课时:心电监测仪的使用第四课时:心电监测仪的维护与保养第五课时:实践操作(分组进行)教材章节关联:本教学内容与教材第四章“生物医学仪器”第二节“心电监测仪”相关内容紧密关联,涵盖了该节的主要内容,为学生提供了系统、科学的学习指导。

心电图仪设计与制作 课设

心电图仪设计与制作  课设

课程设计任务书学生姓名:专业班级:通信工程指导教师:工作单位:信息工程学院题目: 心电图仪设计与制作初始条件:模拟电子技术基础知识、会使用Multisim进行仿真分析.要求完成的主要任务:制作一路心电信号放大器,技术指标如下:a.电压放大倍数:1000,误差:±5%;b.-3dB低频截止频率:0.05Hz(可不测试,由电路设计予以保证);c.-3dB高频截止频率:30Hz,误差:±5Hz;d.频带内响应波动:在±3dB之内;e.共模抑制比:≥60dB(含1.5m长的屏蔽导联线,共模输入电压范围:±7.5V);f.差模输入电阻:≥5MΩ(可不测试,由电路设计予以保证);时间安排:指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录摘要................................................................................................................................................. - 3 -引言................................................................................................................................................. - 4 -1 设计方案比较................................................................................................................................. - 5 -1.1光电效应手指脉搏传感器 (5)1.2压电陶瓷式脉搏传感器 (6)1.3铜片式脉搏传感器 (6)2 单元电路设计................................................................................................................................. - 8 -2.1前置放大部分 (8)2.2带通滤波电路 (11)2.3后级放大电路 (12)3 仿真结果及分析........................................................................................................................... - 13 -3.1前置放大电路部分仿真 (13)3.2带通滤波部分仿真 (13)3.3放大部分仿真 (14)3.4整体电路仿真 (15)4 总结............................................................................................................................................... - 17 -5 元件清单....................................................................................................................................... - 18 -6 参考文献....................................................................................................................................... - 19 -摘要本文主要介绍了如何应用放大电路,抑制共模信号电路,低通滤波电路及后级放大电路设计简易心电图仪.本文还介绍了心电信号的特点及其对放大电路的要求.对于具体的单元电路设计也做了简要介绍.AbstactThis paper mainly introduces how to apply the amplifier circuit and suppress common mode signal circuit,low-pass filter circuit and after-class amplifier design simple Electrocardiograph.This article also describes the characteristics of ECG and its impact on amplifier requirements.With regard to the specific circuit design unit also made a brief introduction.引言心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段.心电数据采集系统是心电图检查仪的关键部件. 如下图所示,心电信号主要由P波、QRS波群、T波组成.正常P 波的宽度不超过0.11s,最高幅度不超过2.5mm.正常人的QRS波群最高不超过0.10s。

心电仪操作课程设计

心电仪操作课程设计

心电仪操作课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解心电图的基本原理和心电仪的工作机制;2. 学生能掌握心电仪的正确操作流程和步骤;3. 学生能识别并描述常见的心电图波形和心电参数。

技能目标:1. 学生能熟练操作心电仪,进行心电图检测;2. 学生能正确解读心电图结果,分析心电图的正常与异常特征;3. 学生能运用心电仪进行简单的数据分析,并撰写分析报告。

情感态度价值观目标:1. 学生培养对生物医学工程的兴趣,激发对医疗设备操作的热情;2. 学生树立正确的医疗设备使用观念,增强安全意识和责任心;3. 学生培养团队合作精神,学会在团队中分享和交流心得。

课程性质:本课程为实践操作课程,结合理论知识,注重培养学生的实际操作能力和数据分析能力。

学生特点:高中生具备一定的物理、生物知识基础,对医疗设备充满好奇,动手操作能力强,善于团队合作。

教学要求:教师需提供明确的教学指导,注重理论与实践相结合,关注学生的个体差异,鼓励学生积极参与,培养其自主学习和解决问题的能力。

通过课程目标的分解与实现,为后续学习相关医疗设备操作打下坚实基础。

二、教学内容1. 心电图基本原理:心电图的产生原理,心电图波形含义,心电参数的定义和临床意义。

2. 心电仪设备介绍:心电仪的组成结构,各部分功能,操作面板及功能键的使用方法。

3. 心电仪操作流程:电极片的正确粘贴方法,患者准备,心电仪的启动与参数设置,数据采集过程,结果的打印与保存。

4. 心电图波形识别与分析:正常心电图波形特点,常见异常波形识别,心律失常的判断。

5. 心电数据分析:数据解读技巧,分析报告的撰写方法,心电数据在临床诊断中的应用。

教学内容依据以下教材章节组织:- 《生物医学工程导论》第三章:生物医学信号的检测与处理;- 《医学电子仪器》第五节:心电仪的原理与使用。

教学进度安排:第一课时:心电图基本原理与心电仪设备介绍;第二课时:心电仪操作流程与实践操作;第三课时:心电图波形识别与分析;第四课时:心电数据分析与报告撰写。

简易心电图仪设计(课程设计)

简易心电图仪设计(课程设计)

重庆理工大学《生物医学工程》课程设计报告题目:简易心电图仪的设计班级:生物医学工程11级学号:**********名:***指导老师:周奇、陈国明日期:2014年9月摘要心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段。

心电数据采集系统是心电图检查仪的关键部件。

人体心电信号的主要频率范围为0.05Hz~100Hz,幅度约为0~4mV,信号十分微弱。

由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号,加之体外以50Hz 工频干扰为主的电磁场的干扰,使得心电噪声背景较强,测量条件比较复杂。

为了不失真地检出有临床价值的干净心电信号,往往要求心电数据采集系统具有高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。

本设计利用集成仪表放大器AD620和滤波电路设计了一种符合上述要求的简易心电图仪。

关键词:心电图干扰 AD620 滤波AbstractElectrocardiogram is commonly used in clinical disease diagnosis of auxiliary means. Ecg data acquisition system is electrocardiogram checking of the key components. The main body ecg signal frequency range is 0.05 Hz ~ 100Hz, amplitude is approximately 0 ~ 4mV, signal is very weak. Because electrocardiosignal usually mingled with other biological signals, coupled with the in vitro in 50Hz power frequency interference of electromagnetic interference, mainly making ecg noise background stronger, measuring conditions are complex. In order not to distortion to detected with clinical value of ecg signal, clean often ask ecg data acquisition system with high stability, high input impedance, high common mode rejection ratio, low noise and strong anti-jamming ability, such as performance. This design using integrated instrumentation amplifier AD620 and filter circuit design a kind of to satisfy the above-mentioned requirements of simple ecg apparatus.Keywords: electrocardiogram interference AD620 filtering目录摘要 (2)Abstract (3)目录 (4)1、设计要求 (5)2、方案设计 (5)2.1理论分析及芯片选用依据 (5)2.2设计方案论证 (6)2.2.1输入回路噪声抑制设计 (6)2.2.2 前置放大模块 (6)2.2.3 滤波网络模块 (7)3、系统实现 (7)3.1主要单元电路设计 (8)3.1.1前置放大模块及右腿驱动电路 (8)3.1.2 主放大器电路 (8)3.1.3 滤波电路................................................................................................. 错误!未定义书签。

课程设计————电子心率计的设计

课程设计————电子心率计的设计

课程设计说明书正文1:任务分析与方案设计心率计是用来测量一个人心脏单位时间内跳动次数的电子仪器,由于人体各部位心率一致,所以通常测量人手臂处的脉搏即可测出人体心率。

任务要求测出的心率为一分钟内心跳的次数,并显示,测量结果要与标准范围作比较,不在标准范围内则报警。

设计方案为:采用传感器,量脉搏的跳动,出微弱的信号,入放大器中放大;后通过滤波器滤除干扰信号后,将形整形为方波或脉冲信号;将其作为计数控制信号,用基准时间一定的方波作为计数脉冲在一个心跳周期内计数,计数值N 与基准时间T 的乘积就是一次心跳的时间。

再对“60/基准时间T ”个脉冲进行N 分频,对分频后的信号计数,其计数值则为本次心率数值。

之后计数器计数值输入到显示器中显示,同时,将其输入的频率进行F/V 转换后与标准电压值作比较,若,测量值不在标准值范围内则报警,即LED 灯亮。

流程图如下。

2:电路设计,元器件参数计算及选择2.1:传感器的选择:红外线检测原理:随着心脏的博动,人体组织半透度随之改变,当血液流回心脏,组织半透度增大,这种现象在人体组织较薄的指尖、耳垂等部位最明显。

用红外发光二极管产生红外线照射到人体上述部位,并用装在一旁的红外光电管来检测机体组织的透明度并转换成电信号,其信号频率与脉搏频率相对应并且其为低频近似的正弦信号。

TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上,利用红外光谱反射对象电压跟随器的显著特点就是,输入阻抗高,而输出阻抗低,一般来说,输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。

输出阻抗低,通常可以到几欧姆,甚至更低。

在电路中,电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。

因为,电压放大器的输入阻抗一般比较高,通常在几千欧到几十千欧,如果后级的输出阻抗比较小,那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。

在这个时候,就需要电压跟随器来从中进行缓冲。

起到承上启下的作用。

应用电压跟随器的另外一个好处就是,提高了输入阻抗,这样,输入电容的容量可以大幅度减小,为应用高品质的电容提供了前提保证]1[。

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重庆理工大学《生物医学工程》课程设计报告题目:简易心电图仪的设计班级:生物医学工程11级学号:**********名:***指导老师:周奇、陈国明日期:2014年9月摘要心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段。

心电数据采集系统是心电图检查仪的关键部件。

人体心电信号的主要频率范围为0.05Hz~100Hz,幅度约为0~4mV,信号十分微弱。

由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号,加之体外以50Hz 工频干扰为主的电磁场的干扰,使得心电噪声背景较强,测量条件比较复杂。

为了不失真地检出有临床价值的干净心电信号,往往要求心电数据采集系统具有高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。

本设计利用集成仪表放大器AD620和滤波电路设计了一种符合上述要求的简易心电图仪。

关键词:心电图干扰 AD620 滤波AbstractElectrocardiogram is commonly used in clinical disease diagnosis of auxiliary means. Ecg data acquisition system is electrocardiogram checking of the key components. The main body ecg signal frequency range is 0.05 Hz ~ 100Hz, amplitude is approximately 0 ~ 4mV, signal is very weak. Because electrocardiosignal usually mingled with other biological signals, coupled with the in vitro in 50Hz power frequency interference of electromagnetic interference, mainly making ecg noise background stronger, measuring conditions are complex. In order not to distortion to detected with clinical value of ecg signal, clean often ask ecg data acquisition system with high stability, high input impedance, high common mode rejection ratio, low noise and strong anti-jamming ability, such as performance. This design using integrated instrumentation amplifier AD620 and filter circuit design a kind of to satisfy the above-mentioned requirements of simple ecg apparatus.Keywords: electrocardiogram interference AD620 filtering目录摘要 (2)Abstract (3)目录 (4)1、设计要求 (5)2、方案设计 (5)2.1理论分析及芯片选用依据 (5)2.2设计方案论证 (6)2.2.1输入回路噪声抑制设计 (6)2.2.2 前置放大模块 (6)2.2.3 滤波网络模块 (7)3、系统实现 (7)3.1主要单元电路设计 (8)3.1.1前置放大模块及右腿驱动电路 (8)3.1.2 主放大器电路 (8)3.1.3 滤波电路................................................................................................. 错误!未定义书签。

3.2低噪声稳压电源的设计 .................................................................. 错误!未定义书签。

3.3系统硬件接线原理图 (9)总结 (9)参考文献 (10)附录 (11)1、设计要求设计制作一个简易心电图仪,可以测量人体心电信号并在示波器上显示出来。

RA-右臂;LA-左臂;LL-左腿;RL-右腿。

第一路心电信号,即标准I导联的电极接法:RA接放大器反相输入端(-),LA接放大器同相输入端(+),RL作为参考电极,接心电放大器参考点。

第二路心电信号,即标准Ⅱ导联的电极接法:RA接放大器反相输入端(-),LL接放大器同相输入端(+),RL作为参考电极,接心电放大器参考点。

RA、LA、LL和RL的皮肤接触电极分别通过1.5m长的屏蔽导联线与心电信号放大器连接。

基本要求及技术指标如下:1)电压放大倍数1000,误差+5%;2)—3dB低频截止频率0.05Hz,(可不测试,由电路设计予以保证);3)—3dB高频截止频率100Hz,误差±10Hz;4)频带内响应波动在±3dB之内;5)共模抑制比>60dB(含 1.5m长的屏蔽导联线,共模输入电压范围为±7.5v);6)差模输入电阻>5M(可不测试,由电路设计予以保证);7)输出电压动态范围大于±10V;8)设计并制作心电放大器所用的直流稳压电源,直流稳压电源输出交流噪声<±3mV。

2、方案设计2.1 理论分析及芯片选用依据人体心脏工作产生的生物电流在身体表面不同部位产生不同电势,并且随心跳的节律呈现规律性的升降变化,通过电极将变化着的电位差检测并记录下来就是心电图(ECG)。

心电信号是一种带宽为 0.05Hz 至 100Hz(有时高达 1kHz),幅度在10µV~5mv 的微弱交流信号,并且混杂有人体生物电干扰以及各种外部电磁干扰。

如何从环境噪声中提取微弱的心电信号是设计的难点和要点。

低成本低功耗便携式简易心电图仪是本设计的最大考量。

它顺应了保健电子产品设计的发展趋势。

系统采用低噪声稳压电源供电,能采集标准导联方式 I 或 II 心电信号,通过放大、滤波得到模拟心电信号。

本系统主要需要以下几种功能的芯片:仪用放大器、通用运算放大器,。

为此,在选择用于本系统的集成芯片(IC)时,低功耗、小尺寸、高精度、性能稳定的芯片就是选用的目标。

其中,AD620是低成本、高精度仪表放大器,仅需要一个外部电阻设置增益,增益范围为1至10,000。

此外,AD620采用8引脚SOIC和DIP封装,尺寸小于分立电路设计,并且功耗更低(最大工作电流仅1.3mA)。

AD620具有高精度、低失调电压和低失调漂移特性,低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性,使之非常适合心电图(ECG)和无创血压监测仪等医疗应用。

2.2设计方案论证分析可知,简易心电图仪系统主要包括输入回路、前置放大模块、后级放大模块、滤波网络模块以及存储回放等模块。

设计重点在于前置放大模块,和滤波网络模块。

方案论证主要围绕这两大部分展开。

2.2.1输入回路噪声抑制设计来自导联电极的心电信号混有主要包括人体肌电呼吸等生物噪声、电极接触噪声、工频 50Hz 信号及其谐波等干扰;以及其它电子设备机器噪声及外界高频电磁干扰等噪声,其中工频 50Hz 干扰信号较强,主要是共模噪声。

按照设计要求,皮肤接触电极到分别通过 1.5m 长的屏蔽导联线与前置放大器相连接。

由于信号线对屏蔽线的输入电容不完全对称,造成共模电压的不等量衰减,使得包括导联在内的放大器共模抑制比降低,从而使系统抑制干扰的能力下降。

其中工频干扰引起的共模信号可能远大于心电信号,其影响尤为严重。

而由于工频干扰频谱与正常心电信号混杂,又不宜采用工频陷波器滤除。

为有效地消除输入电路不对称而引起的电压分配效应所产生的共模干扰,采用屏蔽驱动和右腿驱动电路。

从输入导联取出的共模电压送入屏蔽层(屏蔽层不接地);同时送到右腿放大器反向放大,经一个限流电阻接到右腿电极,即等效为以人体为相加点的电压并联负反馈电路。

抑制了共模干扰进入后续电路。

为更好的抑制工频干扰,可以在右腿驱动电路加入低通滤波电路。

满足将心电放大器(含屏蔽导联线)的共模抑制比提高到 80dB 的指标要求。

该电路采用 OPA335 实现。

2.2.2 前置放大模块心电信号为一差动式信号并且小于4mV,通常信号会先经过第一级的适当放大后,再经过高低通滤波器,采用分级放大的原因是为了避免直流偏压经过放大后,造成后级的电饱和,而使放大后的信号产生失真.因此为了避免放大器饱和,在这一级的放大增益应该小于30.一般说来作为前级放大单元必须具有高输入阻抗.高共模斥拒比等基本特性,在这里我们采用了低功耗,高精度的仪表放大器-----AD620, AD620输入端采用超β处理技术,具有低输入偏置电流、低噪音、高精度、较高建立时间、低功耗等特性,共模抑制比可达130dB,非常适合作为医疗仪器前置放大器使用。

其增益可调(范围约1~1000倍),并可由公式G=1+(51+51)/15=7.2来确定。

为防止前置放大器工作于饱区和或截止区,其增益不能过大。

试验表明:10倍左右效果较好。

因此,我们采用了此方案。

2.2.3 滤波网络模块由于心电信号易受噪声干扰,且主要能量成分集中在 0.05Hz~100Hz 频带内,所以本系统采用滤波的方法对心电信号作进一步的降噪处理,抑制外界干扰,从而得到较为平滑的心电图波形。

滤波电路的设计主要是满足心电信号特定的频率响应特性。

(1)高通滤波电路心电信号的最低可能频率成分只达到 0.5Hz(相应于心脏搏动 30 次/分),但为降低信号因相移产生线性失真,心电信号放大电路的低频截止频率必须达到心电信号的低频截止频率的 1/10,即 0.05Hz。

实际上,在前置放大模块采用了高通负反馈滤波器进行隔直和低通滤波,0.05Hz 信号包括直流极化信号已基本被滤掉。

为进一步满足高通滤波特性,可以采用效果不错且易于实现 RC 一阶无源滤波。

(2)低通滤波电路滤除混入的各种高频干扰噪声。

按照心电图信号的频谱范围,高频截止频率选择 100Hz 和 500Hz 两种。

对滤波特性的要求主要是信号的时域失真要小,心电信号具有脉冲波形的特征,为保证不失真放大,滤波器应具有较好的线性相位特性。

采用模拟有源滤波器实现。

模拟滤波器主要有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和贝赛尔滤波器三种,其中贝赛尔滤波器具有线性相移特性,最适用于心电信号的滤波处理。

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