適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法和裝置的製作方法

2023-06-05 11:47:11 1

專利名稱：適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及脈衝信號處理，特別涉及對脈衝信號的鑑別，尤其涉及對噪聲或幹擾的抑制或限幅，通過電子開關的關閉或選通消除幹擾的方法和裝置。
背景技術：
廣泛應用於醫用監護設備的阻抗法呼吸波形測量電路是一種小信號檢測電路。人體胸腔本身有一定的基阻抗，呼吸運動引起胸腔容積發生變化，會帶來阻抗值的微弱變化，這個變化從0.1歐姆到幾個歐姆，頻率為0.1Hz左右到2Hz左右。阻抗法測呼吸方法是通過心電導聯線給人體施加一個頻率為20kHz～100kHz的激勵信號，該信號被胸腔容積變化所調製，調製波的包絡就是呼吸波形。這種調製檢測方法可以消除電極接觸阻抗、電路低頻飄移、低頻噪聲的影響。
電源上的EFT幹擾(即電快速脈衝串幹擾)，是由於電網上感性負載的切換引起的，在不同的環境下，其幅度可達到500～4000V，上升時間為ns級，單個脈衝持續時間典型為幾十ns，一次猝發一般會有幾十個脈衝，持續時間為零點幾個ms到幾個ms。EFT幹擾信號由於其高頻、高壓的特性，很容易通過分布參數疊加到呼吸檢測激勵信號上。EFT幹擾通過分布參數從心電導聯線經人體再返回到地，直接影響呼吸前端的調製電路。
由於呼吸基阻抗一般在200～2000Ω左右，某些心電電纜還帶有1000Ω的除顫限流電阻，因此基阻會達到4000Ω左右，而變阻能低到0.2Ω左右，因此測量電路的放大倍數要求很高，達到幾萬倍，即使前端受到輕微幹擾，也會給呼吸信號帶來很大的影響。EFT等高頻幹擾脈衝可以通過空間耦合或者監護儀器內部騷擾呼吸檢測電路，它給電路帶來的是一種瞬態高壓衝擊，並非是始終穩定存在的，很難通過低通濾波的方式從呼吸檢測信號中消除掉，根本性的解決方法是切斷幹擾信號的電流迴路，如從整機的機械結構下手，儘可能地減小監護儀電源和浮置應用電路之間的分布電容；使用時儘量把電源線和心電導聯線拉開距離，減小直接的耦合等。
現有技術的抑制EFT幹擾的方法有
(1)通過提高激勵信號幅度，降低調製電路後的放大倍數來提高信噪比，實現對幹擾的抑制。由於受放大電路電源範圍的限制和流過人體的安全電流的限制，激勵信號幅度不可能無限制地增大，而為了保證呼吸波形的檢測靈敏度，後端放大倍數也不能降低太多，因此，這種方法的作用有限。
(2)由於耦合到導聯線上的EFT幹擾信號是一種共模幹擾，採集呼吸信號的導聯線(如RA，LL)輸入端阻抗的不匹配，將會使共模信號轉化為差模信號帶來幹擾，因此，提高導聯線輸入端的阻抗匹配程度，也可以改善抗EFT幹擾性能，但這對元器件的精度和pcb布線提出了很高的要求，在實踐中難以起到好的效果。
因此，原有技術存在這樣的缺點抗EFT幹擾效果有限，設計上難以把握。

發明內容
本發明的目的是為了避免現有技術的不足之處而提出一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法和裝置，本發明首先檢測出EFT幹擾脈衝，在EFT幹擾持續期內使濾波解調電路的濾波電容和前級電路斷開，使幹擾信號不能進入後級電路來實現幹擾抑制。
本發明通過以下的技術方案來實現實施一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法，基於包括導聯、信號調製放大電路、檢波放大電路、濾波放大電路和A/D轉換電路的阻抗法呼吸波形測量電路，所述方法包括步驟a.設置一抗電快速脈衝串幹擾裝置，包括峰值檢測電路，其輸入信號的取樣點設在信號調製放大電路輸入端的IN1、IN2上，也可以分別連接在IN1或IN2上；b.抗電快速脈衝串幹擾裝置中設置一參考信號和比較器電路，峰值檢測電路的輸出和參考信號接入比較器電路的兩輸入端，比較器電路的輸出端控制一電子開關，接在信號調製放大電路、檢波放大電路之間；c.設置參考信號的電平大於呼吸載波信號的最大值，設置當峰值檢測電路的輸出信號電平大於參考信號的電平時，比較器電路翻轉，其輸出端使電子開關斷開；d.當幹擾消失，峰值檢測電路的輸出信號電平小於參考信號的電平時，比較器電路翻轉，其輸出端使電子開關閉合，接通信號調製放大電路和檢波電路。
本發明還可以通過以下的技術方案進一步得到實施設計製造一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置，基於包括導聯、信號調製放大電路、檢波放大電路、濾波放大電路和A/D轉換電路的阻抗法呼吸波形測量電路，尤其是所述裝置包括峰值檢測電路、參考信號、比較器電路和電子開關，所述峰值檢測電路的輸入信號的取樣點連接在信號調製放大電路輸入端的IN1、IN2上。本發明的取樣點既可以同時連接在信號調製放大電路輸入端的IN1和IN2上，也可以分別連接在IN1或IN2上。
所述峰值檢測電路的輸出端和參考信號接入比較器電路的兩輸入端，比較器電路的輸出端連接電子開關的控制端；所述電子開關一端接信號調製放大電路的輸出端，另一端接檢波放大電路的輸入端。
所述參考信號的電平大於呼吸載波信號的最大值，當峰值檢測電路的輸出信號電平大於參考信號的電平時，比較器電路翻轉，其輸出端使電子開關呈斷開狀態，隔離幹擾。
與現有技術相比較，本發明根據呼吸檢測信號與幹擾信號的不同特徵，設置高頻峰值檢測電路檢測出幹擾信號，在幹擾信號持續期間把呼吸波形檢測通道斷開，使幹擾信號不能進入後級電路，實現幹擾抑制。本發明實施簡單，效果顯著。


圖1是電快速脈衝串幹擾產生的示意圖；圖2是電快速脈衝串幹擾量化分析示意圖；圖3是本發明在原阻抗法呼吸波形測量電路中所做改進的原理方框圖；圖4是本發明適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾方法裝置的原理方框圖；圖5是本發明所述裝置中峰值檢測電路的電原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖以及最佳實施方式對本發明做進一步詳盡的描述。
參照圖3實施一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法，最佳實施例基於包括導聯、信號調製放大電路121、檢波放大電路122、濾波放大電路123和A/D轉換電路124的阻抗法呼吸波形測量電路100，如圖4所示，所述方法包括步驟a.設置一抗電快速脈衝串幹擾裝置10，包括峰值檢測電路20，其輸入信號的取樣點設在信號調製放大電路121輸入端的IN1、IN2上，也可以分別連接在IN1或IN2上；b.在抗電快速脈衝串幹擾裝置10中設置一參考信號30和比較器電路40，峰值檢測電路20的輸出和參考信號30接入比較器電路40的兩輸入端，比較器電路40的輸出端控制一電子開關60，接在信號調製放大電路121、檢波放大電路122之間；c.設置參考信號30的電平大於呼吸載波信號的最大值，設置當峰值檢測電路20的輸出信號電平大於參考信號30的電平時，比較器電路40翻轉，其輸出端使電子開關60斷開，隔離幹擾；d.當幹擾消失，峰值檢測電路(20)的輸出信號電平小於參考信號30的電平時，比較器電路40翻轉，其輸出端使電子開關60閉合，接通信號調製放大電路121和檢波電路122。
如圖3所示，導聯可設置兩隻，用於接在人體的左右側，最佳實施例中，兩隻導聯都接入工作。在另外的實施例中，也可以分別單獨接入工作，或接在左側，或接在右側。
如圖5所示，最佳實施例中，在所述峰值檢測電路20中設置運算放大器F1、二極體D5、電阻R10、電容C10，將運算放大器F1接成電壓保持器形式，其輸出接二極體D5的陽極，電阻R10、電容C10並接後，一端接二極體D5的陰極和整個電路的輸出，另一端接地。
最佳實施方式中，所述電阻R10、電容C10阻容迴路的時間常數取值大於20ms，小於50ms。
本發明還可以通過以下的技術方案得到進一步實施。
如圖3、圖4所示設計製造一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置10，基於包括導聯、信號調製放大電路121，檢波放大電路122、濾波放大電路123和A/D轉換電路124的阻抗法呼吸波形測量電路100，尤其是所述裝置10的最佳實施方式包括峰值檢測電路20、參考信號30、比較器電路40和電子開關60，所述峰值檢測電路20的輸入信號的取樣點連接在信號調製放大電路121輸入端的IN1、IN2上；本發明的取樣點既可以同時連接在信號調製放大電路輸入端的IN1和IN2上，也可以分別連接在IN1或IN2上。所述峰值檢測電路20的輸出端和參考信號30接入比較器電路40的兩輸入端，比較器電路40的輸出端連接電子開關60的控制端；所述電子開關60一端接信號調製放大電路121的輸出端，另一端接入檢波放大電路122的輸入端。
參考信號30的電平大於呼吸載波信號的最大值，當峰值檢測電路20的輸出信號電平大於參考信號30的電平時，比較器電路40翻轉，其輸出端使電子開關60呈斷開狀態，隔離幹擾。
如圖5所示，所述峰值檢測電路20包括運算放大器F1、二極體D5、電阻R10、電容C10，運算放大器F1接為電壓保持器形式，其輸出接二極體D5的陽極，電阻R10、電容C10並接後，一端接二極體D5的陰極和整個電路的輸出，另一端接地。
在最佳實施例中所述電阻R10、電容C10阻容迴路的時間常數取值大於20ms，小於50ms；在其他應用場合可以重新確定時間常數。
如圖1所示，，EFT幹擾通過分布電容從心電導聯線經人體再返回到地，還通過監護儀電源200——分布電容——浮置電路210——心電導聯線——人體——分布電容返回到地。
如圖2所示，EFT脈衝串在不同的環境下，其幅度可達到500～4000V，上升時間為ns級，單個脈衝持續時間典型為幾十ns，一次猝發一般會有幾十個脈衝，持續時間為零點幾個ms到幾個ms。
圖4所示抗電快速脈衝串幹擾裝置10的原理如下峰值檢測電路20的輸入是呼吸載波信號(調製了呼吸信號後的激勵信號)，採樣到的幹擾峰值在設定好的電路時間常數下以指數曲線下降。幹擾信號和固定的電壓參考信號30作比較，當大於參考信號30時，比較器電路40翻轉，把電子開關60斷開，切斷呼吸檢波濾波電路的充放電迴路，使電容C5上的信號保持不變；當幹擾信號衰減到低於參考信號30，比較器恢復，電子開關60重新接通，進行正常的檢波濾波。
由於呼吸檢測電路前端一般採用交流耦合以避免直流漏電流超標，不管EFT幹擾信號的極性如何，對應上升/下降沿，會被整成雙向脈衝，所以圖5所示的峰值檢測電路20設計成單向檢測即可。
實踐證明，本發明根據呼吸檢測信號與幹擾信號的不同特徵，設計高頻峰值檢測電路檢測出幹擾信號，在幹擾信號持續期間把呼吸波形檢測通道斷開，使幹擾信號不能進入後級電路，實現幹擾抑制。本發明實施簡單，效果顯著。本發明的方法並適用其他需要消除隨機高強度幹擾的場合。
權利要求
1.一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法，基於包括導聯、信號調製放大電路(121)、檢波放大電路(122)、濾波放大電路(123)和A/D轉換電路(124)的阻抗法呼吸波形測量電路(100)，其特徵在於，所述方法包括步驟a.設置一抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，包括峰值檢測電路(20)，其輸入信號的取樣點設在信號調製放大電路(121)輸入端的IN1、IN2上；b.抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)中再設置一參考信號(30)和比較器電路(40)，峰值檢測電路(20)的輸出和參考信號(30)接入比較器電路(40)的兩輸入端，比較器電路(40)的輸出端控制一電子開關(60)，接在信號調製放大電路(121)和檢波放大電路(122)之間；c.設置參考信號(30)的電平大於呼吸載波信號的最大值，設置當峰值檢測電路(20)的輸出信號電平大於參考信號(30)的電平時，比較器電路(40)翻轉，其輸出端使電子開關(60)斷開，隔離幹擾；d.當幹擾消失，峰值檢測電路(20)的輸出信號電平小於參考信號(30)的電平時，比較器電路(40)翻轉，其輸出端使電子開關(60)閉合，接通信號調製放大電路(121)和檢波放大電路(122)。
2.根據權利要求1所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法，其特徵在於在所述峰值檢測電路(20)中設置運算放大器F1、二極體D5、電阻R10、電容C10，將運算放大器F1接成電壓保持器形式，其輸出接二極體D5的陽極，電阻R10、電容C10並接後，一端接二極體D5的陰極和整個電路的輸出，另一端接地。
3.根據權利要求2所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法，其特徵在於所述電阻R10、電容C10阻容迴路的時間常數取值大於20ms，小於50ms。
4.根據權利要求1所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法，其特徵在於所述取樣點分別連接在信號調製放大電路(121)輸入端的IN1或IN2上。
5.一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，基於包括導聯、信號調製放大電路(121)、檢波放大電路(122)、濾波放大電路(123)和A/D轉換電路(124)的阻抗法呼吸波形測量電路(100)，其特徵在於所述裝置(10)包括峰值檢測電路(20)、參考信號(30)、比較器電路(40)和電子開關(60)，所述峰值檢測電路(20)的輸入信號的取樣點連接在信號調製放大電路(121)輸入端的IN1、IN2點上；所述峰值檢測電路(20)的輸出端和參考信號(30)接入比較器電路(40)的兩輸入端，比較器電路(40)的輸出端連接電子開關(60)的控制端；所述電子開關(60)一端接信號調製放大電路(121)的輸出端，另一端接檢波放大電路(122)的輸入端。
6.根據權利要求5所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，其特徵在於參考信號(30)的電平大於呼吸載波信號的最大值，當峰值檢測電路(20)的輸出信號電平大於參考信號(30)的電平時，比較器電路(40)翻轉，其輸出端使電子開關(60)呈斷開狀態。
7.根據權利要求5所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，其特徵在於所述峰值檢測電路(20)包括運算放大器F1、二極體D5、電阻R10、電容C10，運算放大器F1接為電壓保持器形式，其輸出接二極體D5的陽極，電阻R10、電容C10並接後，一端接二極體D5的陰極和整個電路的輸出，另一端接地。
8.根據權利要求7所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，其特徵在於所述電阻R10、電容C10阻容迴路的時間常數取值大於20ms，小於50ms。
9.根據權利要求5所述的適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，其特徵在於所述取樣點分別連接在信號調製放大電路(121)輸入端的IN1或IN2上。
全文摘要
一種適用於呼吸波形採集的抗電快速脈衝串幹擾的方法和裝置，基於原阻抗法呼吸波形測量電路(100)，包括a.設置抗電快速脈衝串幹擾裝置(10)，其輸入信號的取樣點設在信號調製放大電路(121)輸入端；b.裝置(10)中再設置一參考信號(30)和比較器電路(40)，峰值檢測電路(20)的輸出和參考信號(30)接入比較器電路(40)的兩輸入端，比較器電路(40)的輸出控制一電子開關(60)；c.當峰值檢測電路(20)的輸出信號電平大於參考信號(30)的電平時，比較器電路(40)翻轉，電子開關(60)斷開，使幹擾不能進入下一級電路；本發明實施簡單，效果顯著。
文檔編號A61B5/085GK1887225SQ200510035608
公開日2007年1月3日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者伍曉宇, 孫瑜, 岑建 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司