信号测量的基本条件-抗干扰

1、信号测信号测量的基量的基本条件本条件生物医学电子学生物医学电子学(BME)Review电极电位电极电位电极的极化电极的极化选择电极选择电极6条条原则原则RL1E1Rs1Cs1前面前面课程课程人体测量的特点人体测量的特点人体信号的特征人体信号的特征人体信号拾取方法人体信号拾取方法生物信号的特征是什么？信号检测系统由哪些基本模块组成？所要解决的问题所要解决的问题生物信号的特征是什么？信号拾取由哪些基本模块？弱信号、强噪声背景、频率低、离散性电极/传感器预处理采集后处理电信号 要获取微弱的生物信号，要求测量系统应具备要获取微弱的生物信号，要求测量系统应具备的基本条件是什么？的基本条件是什么？ 以及如

2、何达到这些基本条件？以及如何达到这些基本条件？难简单分析简单分析 第一个第一个 问题问题第二个第二个 问题问题信号弱信号弱 信号最信号最终处理终处理 方式方式高灵敏度高灵敏度 检测电路检测电路 有用信号有用信号 噪噪声声电信号电信号 干扰信号干扰信号-电磁信号电磁信号 50Hz干扰干扰其它电磁干扰其它电磁干扰很很难难屏屏蔽蔽对噪声及干扰对噪声及干扰 也很敏感也很敏感 干扰和噪声 陪伴你我终身！Interfere & noise always with you!More sensitive, much easier to be hurt?! 低噪声低噪声 抗干扰抗干扰 生物信号测量的基本

3、条件生物信号测量的基本条件电子设计开始时必须要考虑的环节噪声系统固有噪声来自外界噪声低噪声抗干扰随着生产的进展，可采取的抗干扰的措施越来越少，而所需的成本在逐渐增加。措施措施成本成本设计阶段设计阶段 研制阶段研制阶段 投产投产 t存在哪些干存在哪些干扰及噪声？扰及噪声？抗干扰的方抗干扰的方法有哪些？法有哪些？如何进行低如何进行低噪声设计？噪声设计？由噪声和干扰引出的三大问题由噪声和干扰引出的三大问题 干扰及干扰的引入干扰及干扰的引入干扰:干预或妨碍一个行动或程序的行为列举自己在生活中遇到的干扰现象？以休息时被“噪音”干扰为例：噪噪 音音 源通道易感知敏感回路敏感回路 耦合耦合 通道通道干扰源干

4、扰源 生物信号检测干扰引入的三个环节：详细了解各环节的特征，有助于在抑制干扰中找到相应的解决办法。认识干扰 解决干扰 产生干扰产生干扰 的源头的源头传输干扰传输干扰 的通路的通路干扰后会受危害干扰后会受危害或其性能下降的系统或其性能下降的系统 一、干扰的引入一、干扰的引入研究的是电信号 对电信号直接或间接影响的干扰干扰源：能产生一定电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备。大家想一下生活中或自然界什么能够产生电磁信号？法拉第电磁感应：变化的磁场会在导线中产生感应电动势麦克斯韦方程组：变化的电场产生变化的磁场电磁场的互相激发并在空间传播，是电磁干扰存在的基础。（1）自然界的宇宙射线、太阳辐射、

5、太）自然界的宇宙射线、太阳辐射、太阳黑子产生的周期电扰动等；阳黑子产生的周期电扰动等；（2）由周围电气、电子设备产生的各种）由周围电气、电子设备产生的各种放电现象；电容电感的瞬变电压放电现象；电容电感的瞬变电压（电流）、广播、雷达、发射塔等。（电流）、广播、雷达、发射塔等。包括两大类包括两大类 周围市电周围市电220V220V，50Hz50Hz工频干工频干扰最普遍，而且也最为严重。扰最普遍，而且也最为严重。生物信号及干扰源的频率分布0.1 1 10 50 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G HzAEPSEPVEP心音图心音图PCG视网膜电图视网膜电图ERG眼震电图眼震

6、电图ENG视觉眼电图视觉眼电图EOGEMGEEGECG开关电源开关电源无线电无线电高频治疗、超声诊断、手术电刀、电疗高频治疗、超声诊断、手术电刀、电疗医用遥测医用遥测宇宙噪声宇宙噪声灯管放电灯管放电电刷火花电刷火花雷电雷电示波器观察电磁干扰现象示波器观察电磁干扰现象 测量系统的外部干扰测量系统的外部干扰 （1 1）周围空间电磁信号无处不在）周围空间电磁信号无处不在（2 2）50Hz50Hz工频干扰最为严重工频干扰最为严重测量系统的内部干扰测量系统的内部干扰 测量系统本身也是电子设备，各模块之间也会形成干扰，而且对外界其它设备也会形成电磁干扰。电子系统设计外部干扰内部干扰其它电子系统在电子系统之

7、间，实现不互相干扰、协调混同工作的考虑，在电子系统之间，实现不互相干扰、协调混同工作的考虑，称为电磁兼容性设计称为电磁兼容性设计EMC(Electro-Magnetic Compatibility)它包括它包括抑制抑制来自外部的干扰（有时还有系统内部生来自外部的干扰（有时还有系统内部生成的干扰）和成的干扰）和抑制抑制系统本身对外界其他设备产生的系统本身对外界其他设备产生的干扰两个方面。这一设计原则，是提高测试系统可干扰两个方面。这一设计原则，是提高测试系统可靠性的一个重要方面。靠性的一个重要方面。 电磁兼容性设计（EMC） 美国美国IEEE Trans. RFIIEEE Trans. RFI分

8、册于分册于19641964年改名为年改名为EMCEMC分册，分册，以此作为电磁兼容学科形成的标志，距今已以此作为电磁兼容学科形成的标志，距今已4040多年。多年。和谐的体现 EMC什么干什么干扰最为扰最为严重？严重？干扰源干扰源是指什是指什么？么？二、干扰耦合途径二、干扰耦合途径 ：第二个环节第二个环节传导耦合传导耦合公共阻抗耦合公共阻抗耦合电磁场耦合电磁场耦合干扰信号的特征及检测系统的应用环境（一）传导耦合（一）传导耦合 经导线传播把干扰引入测量系统如：交流电源线引入电网中的干扰； 测试系统中的长导线、电极线，都具有天线的效果。天线可以拾取附近设备或空间的电磁波干扰。举例：长导线具有天线的效

9、果如HTC HD2 把耳机线作为FM的天线（二）经公共阻抗耦合（二）经公共阻抗耦合 各测量模块不独立存在，使用公共的电源供电，或者使用公共的地线。由于导线本身存在阻抗，所以不同模块之间存在公共阻抗。电路之间互相影响某电路出故障V0（三）电磁场耦合（三）电磁场耦合1、场的性质场源的性质场源附近远离场源场特性场周围介质场特性近场 （距离/2）C= *fC= 3.0*108m/s （电磁波传播速度）对于f为1MHz的设备，其近场范围在50m以内；对于f为30kHz的设备，其近场范围在1.6*104m以内；一般由工作环境附近设备造成的一般由工作环境附近设备造成的干扰均可视为近场耦合形成。干扰均可视为近场耦合形成。3/1 r波阻抗随离开波阻抗随离开场源的距离变场源的距离变化而发生变化化而发生变化E/H ：场的波阻抗距离远场 E/H=377 （周围介质的特性阻抗）近场E/H377 电场特性E/H377 磁场特性自由空间中电磁波Z Z0 0= =（0 0/0 0）1/21/2 =376.7 =376.70 0 =4X10 =4X10-7-7 H/m H/m 0 0=8.854X10=8.854X10-12 -12 F/mF/m 拉杆拉杆 天线天线环形环形天线天线远场远场 自由空间中的各种电磁波近场 电场特性 磁场特性电容性耦合引入干扰分