医用电子仪器原理与实验：第二章生物信息测量中的噪声与干扰

1、医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰上周课程内容回顾生命的电现象电对人类能力的拓展生物电信号的介绍医用电子仪器的结构性能要求和技术指标生物系统建模生物医学仪器设计的原则与步骤医疗器械分类与监督管理1医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰电流的生理效应产生电击的因素预防电击的措施电气安全参数的测试医疗仪器电气安全的国家标准噪声和干扰医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰2澳大利亚帕克斯天文台的神秘信号Extraterrestrial messages! 医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰3主要内容第一节 生物电信号测量中的电磁

2、干扰电磁干扰的特征电磁干扰源和引入（耦合）途径干扰的抑制方法第二节 测试系统的噪声噪声的一般性质和类型描述放大器噪声性能的参数4医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰5医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰EMI：头疼的问题，一种污染EMC：要达到解决问题的目标状态生理信号测量中的电磁干扰途径6医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰干扰进入测量信号的途径：因此，抗干扰的方法就是抑制干扰源切断耦合通道降低电路对干扰的敏感性干扰源7医用电子仪器原理与实验第

3、二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰一切产生电磁场并影响周围其它电路正常工作的设备或物体均可称为干扰源。干扰使电子仪器性能下降，或无法正常工作。电磁干扰可分为：来源分类：自然干扰和人为干扰特点分类：连续干扰、间歇干扰和瞬间干扰干扰源的列子：几乎无处不在，宇宙射线、太阳黑子、开关、工频、无线电。人体电信号参数特点8医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰电磁干扰的耦合途径9医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰三种主要途径：传导耦合：经导线把干扰直接引入系统，如通过未良好滤波或

4、隔离的电源、接地线等。？10医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰经公共阻抗耦合：如两个电路系统之间存在公共阻抗，当一个电路系统的电流发生变化时，通过 共有阻抗时，在另一个电路中产生干扰。也是传导耦合11医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰电磁场耦合：感应场辐射场辐射源：电磁波、通信射频、工业、医疗设备耦合场：近场耦合：电容性和电感性耦合远场耦合：通过电源线、电极线主要形式12医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰近场中，需要区分场的特性：磁场为主体

5、：场源为大电流低电压，干扰经电感性耦合进入电路；电场为主体：场源为小电流高电压，干扰经电容性耦合进入电路。拉杆式天线（高阻）环形天线（低阻）电容性耦合13医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰分布电容：元件和元件、导线和导线、导线和元件、导线（元件）和结构；电容性耦合：干扰通过分布电容感应到其它元件、导线、结构上的现象。电容性耦合14医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰电容性耦合15医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰引入的干扰幅度正比于频率、R、

6、C。减小C就可对干扰进行抑制。例：心电信号的干扰16医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰例：心电信号的干扰17医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰电容性耦合的抑制18医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰电感性耦合19医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰干扰电流产生的时变磁通量在敏感电路（回路）中产生干扰电压。系统内部因素：线圈或变压器漏磁系统外部因素：两根导线长距离平行架设电感性耦合20医用电子仪

7、器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰互感：电路I和电路II通过磁通的互相影响。两个回路之间的电感性耦合又称之为磁耦合。电感性耦合的抑制21医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰此图有什么问题？电感性耦合的抑制：实例22医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰生物信号测量中的干扰抑制23医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰基本方法：接地、屏蔽。接地：安全接地：又称保护接地工作接地：为信号设立基准电位导线都有电阻高频

8、时阻抗复杂，或超过电阻分开的接地点并非等电位交流电源的地线不能为信号地线工作接地的特点24医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰工作接地形式：一点接地 工作接地的特点25医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰工作接地形式：多点接地：各系统地线分别接至低阻地线排上可以避免高频时的地线感抗地线间的电感耦合地线分布电容的耦合工作接地的特点26医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰工作接地形式：单点接地：用于信号频率 1MHz多点接地： 用于信号频率 10MH

9、z有约束单点接地：地线长度/20低电平系统、高电平系统及功率系统应分别接地低电平地线：信号地线功率地线：继电器、电机、大电流驱动电源机壳地线：金属件地线，接交流电源零线。敏感回路接地造成的干扰27医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰敏感回路接地造成的干扰28医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰接地干扰的抑制29医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰屏蔽医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰屏蔽就是对两

10、个空间区域之间进行金属的隔离，以抑制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。用屏蔽体把元器件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体把接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。30屏蔽抗干扰的方式医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰屏蔽体对外部干扰电磁波和内部电磁波都起着吸收能量、反射能量的作用，因而具有减弱干扰的功能。31屏蔽的对象和对策医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰针对不同频段电磁波，需采取不同的屏蔽方法：当干扰电

11、磁场的频率较高时，应用低电阻率金属材料，使之产生涡流，衰减外来的电磁波；当干扰电磁场的频率较低时，需要采用高导磁导率材料，使磁力线限制于屏蔽体内部，以防止干扰扩散。如对高、低频电磁场都有较好的屏蔽时，往往需不同金属材料组成的多层屏蔽体。32影响屏蔽效果的因素医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰整个屏蔽体表面必须是导电连续的；屏蔽体不同部分的结合处电磁泄漏缝隙不能有直接穿透屏蔽体的导体；对干扰的泄露和引入解决办法：填充弹性导电材料（如电磁密封线圈）。33电磁波的屏蔽原理医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的

12、电磁干扰吸收损耗：电磁波通过金属介质时，其感应电流造成的热损耗。电场和磁场的强度衰减公式为：34实际的电磁屏蔽体的选择原则医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干扰底板和机壳：用于反射干扰，为良导体，如铜、铝等，用来屏蔽电场。磁场的屏蔽：铁磁材料，如高导磁绿合金和铁，吸收。在强电磁环境中：材料需能屏蔽电场和磁场的两种成分，结构上完好的铁磁材料。对于塑料壳体，内壁喷涂屏蔽层或参入金属纤维。必须尽量减少结构的电气不连续性，控制经 进出机壳的泄露辐射。35其它抑制干扰的方法医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第一节 人体电子测量中的电磁干

13、扰隔离去藕（电源线RC，RL高频去藕）滤波，如系统内部的辐射干扰源的抑制：耗能电路（或吸收电路）：36第二节测试系统的噪声医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声噪声是电路系统内部固有的，是测量精度的限制因素。不能用屏蔽、接地等方法有效抑制。通过合理的第噪声电路设计，可有效抑制噪声。37噪声的一般性质医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声38噪声的一般性质医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声39电路系统中的主要噪声类型医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的

14、噪声40电路系统中的主要噪声类型医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声41电路系统中的主要噪声类型医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声42描述放大器噪声性能的参数医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声43描述放大器噪声性能的参数医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声44描述放大器噪声性能的参数医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声45器件噪声模型：电阻的噪声医用电子仪器原理与实验第二章生物信息测量中的噪声与干扰第二节测试系统的噪声46器件噪声模型：电容的噪声医用电子仪器