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Chap2 生物信息测量中的噪声和干扰 干扰 interference 来自测试系统之外对被测信号造成影响的信号噪声 noise 来自测试系统内部对被测信号造成影响的信号生物信号测量的基本条件 抗干扰和低噪声 1人体电子测量中的电磁干扰 干扰产生干扰引入途径干扰作用方式干扰抑制措施 干扰源 耦合通道 敏感电路 一 干扰的引入 一 干扰源干扰源 能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备称为干扰源 电磁兼容设计原则 EMC ElectromagneticCompatibility 在电子系统之间实现不互相干扰 协调混同工作的原则即抑制来自外部的干扰和抑制系统本身对外界其它设备产生干扰 二 干扰耦合途径 1 传导耦合经导线传播将干扰引入测试系统称为传导耦合 2 经公共阻抗耦合在测试系统内部各单元电路之间 或者两种测试系统之间存在公共阻抗 由电流流经公共阻抗形成压降造成干扰 Rce为公共接地电阻Rcs为电源内阻及电源线阻抗 3 电场和磁场耦合 设 为电磁波的波长1 远场 当距离大于 2 约1 6波长 时 称为远场或辐射场2 近场 当距离小于 2 约1 6波长 时 称为近场3 波阻抗 电场强度E和磁场强度H之间的比值称为波阻抗 介质特性阻抗 远场时 空气或自由空间中E H比值称为介质特性阻抗 E H 377 近场特性 决定于场源的特性和从场源到观察点的距离 场源为大电流低电压 E H377 则近场为电场 电容性耦合引入 4 近场耦合 1 电容性耦合一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其它导体上的电位受到影响 这种现象称为电容性耦合 C为两导线之间的分布电容C1 C2分别为两导线对地分布电容R为放大器输入阻抗U1s为导线1带有的干扰源 等效电路 分布电容对干扰的影响 减小容性干扰的措施 1 减小容性耦合常用的有效方法是采用接地良好的优质屏蔽线注意 屏蔽层网编织不十分紧密或接地不良 其效果还不如不使用屏蔽线 2 在印制电路板内电容耦合最关键的部位是处在前置级的第一个运放 因此在印制板布线时 应在运放的两输入管脚处 布一圈地线 破坏电容性耦合以达到屏蔽的目的 2 电感性耦合 干扰源 1 干扰电流产生的磁通随时间变化而变化 而变化的磁通在闭合回路中产生干扰电压 2 产生原因 在系统内部 线圈或变压器的漏磁在系统外部 多数是由于两根导线在长距离平行架设中形成 减小两个回路之间电感性耦合 磁耦合 的措施 1 远离干扰源 削弱干扰源的影响2 采用绞合线的走线方式 每个绞合结的微小面积所引起的感应电压大体相等 但由于相邻绞合结的方向相反 使局部的感应电压相互抵消3 尽量减小耦合通路 即减小面积A和cos 值 三 生物电测量中实际容性耦合和感性耦合作用方式 1 生物电测量中电场的容性耦合A 人体耦合50Hz工频干扰分析B 导联线形成容性耦合分析C 人体表面形成容性耦合分析 1 人体耦合50Hz工频干扰Cd1为50Hz220V馈电线与人体之间的分布电容Cd2为人体与大地之间分布电容通常Cd2 Cd1 2 导联线形成容性耦合 C1 C2为各导联线与电源馈电线之间分布电容Z1 Z2为电极 皮肤接触阻抗ZG为右腿通过ZG接地 3 人体表面形成容性耦合 2 生物电测量中的感性耦合 二 抗干扰措施 一 合理接地与屏蔽 二 其他抑制干扰的措施 1 隔离 2 去耦 3 滤波 4 系统内部干扰的抑制 一 合理接地与屏蔽 1 合理接地安全接地一点串联一点接地工作接地一点并联多点接地原则 1MHz以下采用一点接地10MHz以上采用多点接地 接地设计原则 生物信号的提取及预处理过程 从通过传感器拾取生物信号 到放大 处理 记录或显示 是典型的低频测量系统 其接地设计是采用串联并联综合方式 即在符合干扰标准和简单易行的条件下 统筹兼顾 作为系统 应首先区分低电平电路和高电平电路以及功率相差很多 干扰电平相差很大的电路 其地线均应分别接地 即系统中至少要有三个分开的地线 低电平信号地线 功率地线 包括继电器 电动机 大电流驱动电源等大功率电路及干扰源的地 又称为干扰地 机壳地线 包括机架 箱体 又称为金属件地线 此地线与交流电源零线相接 三套地线分别自成系统 最后汇集于接地母线 数字地和模拟地也应分开各自联接后再接地 2 敏感回路接地设计对干扰最敏感的回路是输入回路 R1 R2为导联线电阻 Rin为放大器的输入阻抗RG UG为两地之间电阻及电位差 输入回路两点接地形成干扰 源 地之间高阻抗消除干扰 二 其他抑制干扰的措施 1 隔离使两部分电路相互独立 不构成回路 从而切断从一个回路到另一个回路的通路 2 去耦 3 滤波 4 系统内部干扰的抑制 干扰源 电路中的感性负载在瞬变过程中形成很大的感性冲击电压 抑制方法 为电感性负载提供另外一个回路 释放它所储存的电磁能 耗能电路或吸收电路 dissipation snubbercircuit 吸收电路的构成原则 1 稳态时 吸收电路尽量不消耗能量 2 瞬态时要有一定的电阻 因为电路的时间常数为 L R 吸收