心电信号检测放大器实验报告

1、百度文库-让每个人平等地提升自我心电信号检测放大器实验报告ZZ直流供电天津大学精密仪器与光电子工程学院2004级生物医学工程1班 '、贾乾14Z第一早前言心脏是人体血液循环系统中的重要器官，依靠它的节律性搏动，血液才能在 闭锁的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。它的活动正常与否直接关系到 人的生命安全。人们不能凭着直观判断心脏健康与否， 而是需要精确的仪器加以 测量，通过对测得的心电波进行分析比较，最后做出诊断。心电图典型波形如下图所示： H-Il ft P K12心脏的生理功能与心电图存在着密切的有机联系，心脏生理功能失常许多可 以从心电图中反映出来，这就是心电图为什么能得到广泛

2、应用的原因， 主要应用 有：1. 分析与鉴别各种心率失常。2. 部分冠状循环功能障碍或急性所引起的心肌病变。3. 判断心脏药物治疗或其他疾病的药物治疗对心脏功能的影响。4. 指示心脏房室肥大情况，从而协助各种心脏疾病的诊断。在国内外，关于心电图机的发展都经过了一段相当长的时间，目前对于心电 图机的发展都经过了一段相当长的时间，目前对于心电图机的研制已经达到了一 个相当高的水平。尽管这样，在心电信号处理的方法和自动分析手段都存在着很 多缺点，心电特征波形分析定位结果并不尽如人意，从理论上还有创新的余地。第二章总体设计4mV，频率在.心电信号的基本特征：心电信号是一种较微弱的体表电信号，成年人的幅

3、值约为 250Hz范围内，属于低频率，低幅值信号。为了获得清晰而良好的心电波信号， 中华人民共和国医药行业标准 YY1139-2000对心电图机提出各种技术要求，主 要有：1. 输入阻抗单端输入阻抗不小于？。2. 输入回路电流各输入回路电流不大于 v3. 定标电压有1mV± 5%的标准电压，用于对心电图机增益进行校准。4. 噪声水平所有折算到输入端的噪声应小于 35 05. 频率特性幅度频率特性：以10Hz为基准，1Hz75Hz(+);6. 抗干扰能力共模抑制比：KCMR>60dB以上。8. 50Hz干扰抑制滤波器： 20dB9. 其他医学仪器除了与其他仪器一样能满足环境实验的

4、要求外，还要严格的安 全性要求，这些由国际 GB10793专门规定。二.心电检测中的主要干扰(1) 50Hz交流干扰它是由室内的照明及动力设备所引起的干扰。 这是量大面广的干扰源。因其 频率也处于绝大多数生理变量的频带范围内，提高对 50Hz的抗干扰能力是医学 测量和医学仪器设计中面临的一个基本而关键的难题。(2) 电极噪声无论是板状金属还是针形电极，由于和电解质或体液接触，在金属界面上总 会产生极化电压。其大小与电极材料、界面状况及所加的电极糊剂时间有关，它叠加在信号上形成干扰。一般为数十 mV,有的达数百mV甚至V级。这电压是 一定值，但会随环境条件而改变，如电极糊干燥引起极化电压的缓慢变

5、化。另外 还与使用的频率有关。这些变化的原因是基于电化学的变化，实际使用中电极与人体的接触状况的 影响极大。（3）心电信号以外的人体电现象所引起的噪声在人体上有种种电现象混杂在一起。当测量某一生理量（如心电）时，其他 的电现象就成为干扰。所以某一生理量在一些场合是信号， 而在另一场合成为噪 声。（4）无线电波及高频设备和干扰/ 人体大体上可作为导体来考虑。接上电极导线就会起到收信天线和作用， 它 接收无线电波以及高频设备来的电磁波。 由于电极一人体界面和放大器特性的非 线性，它可把高频检波并构成了对心电信号的干扰。（5）电子器件噪声在某些生理量测量中，被测信号往往非常微弱，如体表希氏束电图和体

6、表后 电位的幅值在o5,所以电子器件的噪声也成为测量的大障碍。 这些噪声有电 阻器件的热噪声，有源电子器件中的散粒噪声，晶体管器件的低频噪声（1/f噪声）及两种不同材料接触时所产生的接触噪声等。这些噪声大都和放大器工作的 带宽有关。由于噪声是一随机信号，除了采用平均技术减少其影响外，重要的还 是选择好低噪声器件，合理设计前置放大器电路。（6）其他医疗仪器的噪声许多治疗仪器和测量、监护仪器一起工作时，就会构成干扰影响测量。如心 脏起搏器的起搏脉冲将影响心电和心率的测量。输入阻抗/M 输入短路噪声(P-P )/ VZ共模抑制比dB频带/Hz>10 1060电路的主要参数指标要求:二第二草主要

7、电路单元设计前置放大器的设计1.提高共模抑制比。2.由R1、R2、R3组成差分输入，同相输入可以提高输入阻抗，由C1、C2、R6 R7组成无源高通网络，该电路起到了隔直的作用。3.4.集成运放LM324用于共模驱动和右腿驱动，工作在± 3V。采用对称的前置电路，可以抑制共模干扰，同时采用共模驱动和右腿驱动电5.路，都抑制了工频干扰进入后续电路。前置放 大器的核心器件采用 AD620,放大倍数为500倍，计算公式为A 144KRgAD620的内部结果图为:前置放大器各元件取值:R1R2R3R4R5R620k20k10k50k50k100kR7R8R9R10C1、C2C3100k1k1k

8、10k2000p二滤波电路采用一阶无源高通滤波器和三阶巴特沃思低通滤波器作为本系统的滤波电路，电路图如下所示：CLOIlQfill2 LR 11一阶无源高通滤波器的截至频率为，三阶巴特沃思滤波器的截至频率为100Hz,放大倍数为1倍。各元器件参数为：R11R12R1310K10K10KC10C11 C1250Hz陷波电路采用双T网络作为去除50Hz工频干扰的电路。电路图如下:滤波器的特性参数为： = 1/R14C13Q=(1-k)k值越大，Q值越高，频率选择性越好，但这样会导致滤波器性能不稳定，阻带宽度也加大。通过认真筛选元件、调整电位器R18通过改变K值可使50HZ陷波 深度达到一 25dB

9、,带宽为10Hz(4555Hz)且滤波器稳定，满足心电检测的要求。该部分电路各元器件取值为：R14R15R16R17C1347K47K47K47KC14'C15C16R185K四主放大器电路该部分电路主要起调节增益的作用，使输出信号可达到V的量级，电路图如下所示：电容加入可以组成一阶无源滤波电路各器件参数如下：R1R2C1C2100K430K2200p五其他1电源输入处理:增加电容，可以提高电源输入阻抗，提高电源电压。2.电源：通过四节干电池提供±3电源，驱动运放工作。电路中除前置放大器核心器件采用 AD62Q均采用LM324, ±3双电源供电第四章测试报告测试目的

10、：检测电路性能，是否达到设计要求指标电路总体测试结果1 差模增益：右腿驱动和一端输入接地，另一端接 IOmV电压，输出为.Ad VOd 1004Vid/2 共模增益：右腿驱动接地，正负输入端共同接 2V20Hz正弦信号，输出47mVVQC /AG0.0235ViC3. 静态工作点：各级静态工作点均低于7mV4 输入短路噪声：将两输入端对地短路，测出输出电压VQ 7mVVQVin0.697 Vk5. 共模抑制比：AdKCMRR 20lg 92.6dBAG6. 零点漂移：V1=2V,V2=零点漂移=0.014mVKh6. 输入阻抗：将输出端接地，用万用表测两输入端间的电阻双端：Rin 74M单端：

11、Rin 33M7. 输出阻抗：将输入端对地短路，输出端接一个小电阻，利用分压法测出输出阻抗RQ 45.8. 频带宽度：低通截止频率测试结果为高通用实验室信号发生器无法观察，通过输入方波和直流信号检测，起到隔直作用二.各电路单元测试结果：1.前置放大:(1).差模增益:输入IOmV电压，输入Ad込0.01245.共模增益:输入2V电压，输出21mVAC 0.0105(3).共模抑制比：KCMRR 87.4dB(4).静态工作点：各级小于(5).输入短路噪声：Vin WmY 6.12 V2452.三阶低通滤波电路：10Hz20Hz30Hz40Hz50Hz60Hz70Hz80Hz1V1V90Hz10

12、0Hz110Hz120Hz150Hz200Hz300Hz陷波器:截至频率：f 104.2HzVin1V(1)中心频率:49.88 HzVO 0.044VVo(50Hz) 0.056V10Hz20Hz30Hz40Hz45Hz46Hz48Hz1V1V1V49Hz50Hz51Hz53Hz60Hz70Hz1V(2)频带宽度:(3)陷波深度：20IgVO 25.04Vin4. 主放大：(1) 增益：A 626mV4.173150mV(2) 低通截止频率：f 100.13Hz三测试总结：本次电路比较好的部分有50Hz陷波器，通过使用电阻的并联和电容的并联， 达到较好的匹配，中心频率和品质因素都比较好。不太好的部分是低通滤波的部分，因为使用三阶巴特沃思滤波器，引入比较 多的100Hz以上的干扰，但是通过加上最后的主放大中的低通滤波， 整体效果有 改善，但是仍然干扰引入较多。另外就是前置中的无源滤波器，如果使用按照截 止频率选择的