生物電放大器的製作方法

2023-06-13 17:45:16 3

專利名稱：生物電放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電放大器。特別是涉及一種電路簡單、性能高、功能強的生物電放 大器。
背景技術：
生物電的檢測在醫學研究和臨床診斷上具有重要的應用價值，已有許多生物電檢測 儀器在臨床上得到廣泛的應用，如心電圖機、腦電圖機等等。但由於生物電信號微弱， 又常常存在許許多多的嚴重幹擾信號，許多人仍然在進行生物電信號的檢測方法和電路 的研究。劉松等人提出了一種監護儀用心電放大器(醫療衛生裝備.1995年第2期，3 6) ， A. C. Metting Van Ri ji等(High-quality recording of bio-electric events. Med. & Bio. Eng. & Comput. ， 1990,28:389-397 、 D. W. McRobbie等(Rapid recovery physiological preamplifier without AC coupling capacitor. Med. & Bio. Eng. & Comput. ， 1990， 28:198-200等(LA. Dotsinsky， et al., Multi-channel DC amplifier for a microprocessor electrocardiograph. Med. & Bio. Eng. & Comput., 1991,29:324-329)也提出了多種生物電信號檢測放大器或電路的設計。李剛等提出了多 種生物電放大器(一種低噪聲前置放大器的設計，中國醫療器械雜誌，第13巻第1期， 1989: 18-19; 12導D/AC反饋型心電信號放大器的研究，儀器儀表學報，第21巻第5 期，ppl24-126，2000年10月；高性能多通道生物電放大器，天津大學學報，第33巻第 5期，2000年9月；高共模抑制比前置放大器，中國專利，申請號02129065.2)。
上述各種形式的生物電放大器不僅在不同程度上存在結構複雜、工藝性差和性能尚 不夠理想等問題，還存在靈敏度低，不能檢測電極的接觸阻抗等問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服上述現有技術的不足，提供一種電路簡單、動 態範圍大、輸入阻抗高、不需調試、工藝性好、性能優異的生物電放大器。
本發明所採用的技術方案是 一種生物電放大器，包括有放大器，放大器的輸入端 通過電極接觸電阻輸入有被測生物電信號，所述放大器的輸入端還有通過電阻輸入的高 頻信號，所述的被測生物電信號和高頻信號一起依次通過放大器、低通濾波器後，進入 模數轉換器進行模數轉換，再經處理單元計算出電極接觸電阻並抽樣得到被測生物電信 號。
所述的處理單元是微處理器或微控制器。 所述的高頻信號是差動高頻信號。所述的放大器是差動放大器。
本發明的生物電放大器，在放大器的輸入端施加一個高頻信號實現了電極接觸電阻 Rs的測量；利用同一高頻信號實現了對信號的過採樣，進而提高信號的精度、降低了對 放大器增益的要求，更進一歩提高了系統的性能和降低了系統的信噪比。本發明不僅實 現電路簡單、動態範圍大、輸入阻抗高、不需調試、工藝性好、性能優異；並巧妙地結 合了過採樣技術和電極阻抗檢測技術，提高了電路的性能和增強了電路的功能，降低了 電路成本和工藝性要求。


圖1是本發明生物電放大器的系統構成方框圖； 圖2是本發明的第一實施例的示意圖； 圖3是本發明的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明的生物電放大器做出詳細說明。 如圖1所示，本發明的生物電放大器，包括有放大器A，放大器A的輸入端通過電極 接觸電阻Rs輸入有被測生物電信號Vs，所述放大器A的輸入端還有通過電阻Rf輸入的高 頻信號Vf，所述的被測生物電信號Vs和高頻信號Vf—起依次通過放大器A、低通濾波器 RC後，進入模數轉換器ADC進行模數轉換，再經處理單元U計算出電極接觸電阻Rs並下
抽樣得到被測生物電信號Vs。
本實施例中所述的處理單元U是微處理器或微控制器；所述的高頻信號Vf是差動高 頻信號；所述的放大器A是差動放大器。
本發明的生物電放大器，在放大器A的輸入端通過一支電阻Rf施加一個高頻信號Vf， Vr的頻率等於對生物電的採樣頻率。
一方面，放大器A輸入端得到的是電阻Rf與電極接觸電阻Rs分壓W的值，這個信號 通過放大器A放大後，再通過RC網絡構成的抗混疊濾波器進入模數轉換器ADC進行轉換， 由於高頻信號Vf的幅值和頻率遠大於被測生物電信號Vs，微處理器或微控制器得到該信 號後可以計算出電極接觸電阻Rs並具有足夠的精度。
另一方面，被測生物電信號Vs同樣經過電阻Rr與電極接觸電阻Rs分壓經過放大器A 進行信號放大，RC網絡構成的抗混疊濾波器進入模數轉換器ADC進行轉換，微處理器或 微控制器得到該信號後通過下抽樣處理可以完全除去混入該信號中的高頻信號Vf。而且 下抽樣處理(過採樣)可以大幅度提高精度，並降低對放大器增益的要求。
圖2是本發明的第一實施例的示意圖。
如圖2所示，生物電放大器包括兩個高頻信號(源)Vn和Vf2，他們兩構成差動信號 並分別通過電阻Rn和Rr2施加到放大器A的兩個輸入端。 一方面，Vn和Vn是通過電阻Rm和Rf2與被測生物電信號內阻L和L分壓施加到放大器A的輸入端，經過放大器放大後 再通過RC網絡構成的抗混疊濾波器進入模數轉換器ADC進行轉換，由於兩個高頻信號 (源)Vn和Vf2的幅值和頻率遠大於被測生物電信號Vs,和V_s2，微處理器或微控制器得到 該信號後可以計算出被測生物電信號內阻(電極接觸電阻)R"和L並具有足夠的精度。 另一方面，被測生物電信號L和L同樣經過電極接觸電阻Rs,和L與電阻R,和Rf, 分壓經過放大器A進行信號放大，RC網絡構成的抗混疊濾波器進入模數轉換器ADC進行 轉換，微處理器或微控制器得到該信號後通過下抽樣處理(即在的每個周期內的所有採
樣點都疊加起來)可以完全除去混入該信號中的兩個高頻信號(源)Vn和Vf2。而且下抽
樣處理(過採樣)可以大幅度提高模數轉換器ADC的精度，並降低對放大器增益的要求。 本實施例中放大器A可以採用AD620，模數轉換器ADC可以採用AD7738。微處理
器可以採用MSC8051。
圖3是本發明的第二實施例的示意圖。
如圖3所示，生物電放大器包括兩個高頻信號(源)VfjQVf2，他們兩構成差動信號
並分別通過電阻Rn和Rn施加到放大器的兩個輸入端。
電阻R3、電容C1和電阻R4、電容C2分別構成兩個輸入端的低通濾波電路，二極體 Dl、 D2和二極體D3、 D4分別構成放大器兩個輸入端的保護電路。放大器A2、 A3，電阻 R5、 R6和R7構成差動並聯前置放大器，差動並聯前置放大器的兩個差動輸出分別通過電 容C3、電阻R8和電容C4、電阻R9構成的高通濾波器輸入到由放大器A4、 A5，電阻RIO、 Rll和R12構成差動並聯後置放大器，經過差動並聯後置放大器放大後的輸出再通過電阻 R13、 R14和電容C5構成的低通濾波電路傳送到模數轉換器。
跟隨器(放大器)Al、電阻R1和R2構成共模信號採樣電路，其輸出用於驅動輸入 低通濾波器、保護電路的公共端(即電容C1和C2、 二極體D1、 D2和D3、 D4的連接在一 起的地方)以及高通濾波器的公共端(電阻R8和R9的連接在一起的一端)。同時，該 共模信號經過放大器A6、電阻R15、 R16和電容C6構成的反相放大器放大後作為右腿驅 動信號Vor輸出。
一方面，兩個高頻信號(源)Vn和Vi2是通過電阻Rn和Rf2與信號源內阻R^和Rs2 (圖 3中沒有畫出)分壓施加到放大器A的輸入端，經過放大器放大後再通過RC網絡構成的 抗混疊濾波器進入模數轉換器ADC (圖3中沒有畫出)進行轉換，由於兩個高頻信號(源) Vn和V「2的幅值和頻率遠大於被測生物電信號L和Vs2 (圖3中沒有畫出)，微處理器或 微控制器得到該信號後可以計算出信號源內阻(電極接觸電阻)Rs,和^ (圖3中沒有畫 出)並具有足夠的精度。
另一方面，被測生物電信號L和Vs2 (圖3中沒有畫出)同樣經過電極接觸電阻Rsl 和R"與電阻Rn和Rf2 (圖3中沒有畫出)分壓經過放大器A進行信號放大，R、 C網絡構 成的抗混疊濾波器進入模數轉換器ADC (圖3中沒有畫出)進行轉換，微處理器或微控制 器(圖3中沒有畫出)得到該信號後通過下抽樣處理(即在的每個周期內的所有採樣點都疊加起來)可以完全除去混入該信號中的^和Vf"而且下抽樣處理(過採樣)可以大 幅度提高模數轉換器ADC的精度，並降低對放大器增益的要求。
本實施例中放大器A1 A6可以採用LM324,模數轉換器ADC可以採用AD7738，微 處理器可以採用MSC8051。
權利要求
1. 一種生物電放大器，包括有放大器(A)，放大器(A)的輸入端通過電極接觸電阻(Rs)輸入有被測生物電信號(Vs)，其特徵在於，所述放大器(A)的輸入端還有通過電阻(Rf)輸入的高頻信號(Vf)，所述的被測生物電信號(Vs)和高頻信號(Vt)一起依次通過放大器(A)、低通濾波器(RC)後，進入模數轉換器(ADC)進行模數轉換，再經處理單元(U)計算出電極接觸電阻(Rs)並抽樣得到被測生物電信號(Vs)。
2. 根據權利要求1所述的生物電放大器，其特徵在於，所述的處理單元(U)是微 處理器或微控制器。
3. 根據權利要求1所述的生物電放大器，其特徵在於，所述的高頻信號(Vf)是差 動高頻信號。
4. 根據權利要求1所述的生物電放大器，其特徵在於，所述的放大器(A)是差動 放大器。
全文摘要
本發明公開一種生物電放大器，包括有放大器，放大器的輸入端通過電極接觸電阻輸入有被測生物電信號，所述放大器的輸入端還有通過電阻輸入的高頻信號，所述的被測生物電信號和高頻信號一起依次通過放大器、低通濾波器後，進入模數轉換器進行模數轉換，再經處理單元計算出電極接觸電阻並抽樣得到被測生物電信號。處理單元是微處理器或微控制器；高頻信號是差動高頻信號；放大器是差動放大器。本發明提高了信號的精度、降低了對放大器增益的要求，更進一步提高了系統的性能和降低了系統的信噪比。電路簡單、動態範圍大、輸入阻抗高、不需調試、工藝性好、性能優異；提高了電路的性能和增強了電路的功能，降低了電路成本和工藝性要求。
文檔編號A61B5/04GK101449970SQ20081015463
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者剛 李, 凌 林, 喆 趙 申請人:天津大學