CN104706344A - 一种心电信号测量采集*** - Google Patents

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Abstract

一种心电信号测量采集***，所述采集***由电极传感器、前置放大器、滤波电路、二级放大器、50HZ陷波电路、A/D转换器和单片机组成；电极传感器输出端与前置放大器连接，通过前置放大器将信号放大；前置放大器与滤波电路连接，将信号进行滤波处理；滤波电路再与二级放大器连接；二级放大器与50HZ陷波电路连接，50HZ陷波电路输出端与A/D转换器连接，A/D转换器输出端接通单片机。本发明具有结构精巧、使用便利等优点。

Description

一种心电信号测量采集***
技术领域
    本发明涉及一种信号采集***，尤其是一种心电信号采集***。
背景技术
    心电图分析仪是心脏疾病的重要诊断方法之一。心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段。心电数据采集***是心电图检查仪的关键部件。人体心肌产生的电信号传导到体表之后,由于在体表分布的不同而产生电位差,将这种电压只有mV级别的电位差放大并绘制成图,就得到了心电图(ECG)。人体心电信号的主要频率范围为0.05～100Hz，幅度约为0.01～5mV，信号十分微弱。所以要心电信号进行放大，由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以50Hz工频干扰为主的电磁场的干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。为了不失真地检出有临床价值的干净心电信号，往往要求心电数据采集***具有高精度、高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。
发明内容
    本发明的目的是提供一种携带方便、使用便利、操作简单的心电信号测量采集***。
本发明所述采集***由电极传感器、前置放大器、滤波电路、二级放大器、50HZ陷波电路、A/D转换器和单片机组成；电极传感器输出端与前置放大器连接，通过前置放大器将信号放大；前置放大器与滤波电路连接，将信号进行滤波处理；滤波电路再与二级放大器连接；二级放大器与50HZ陷波电路连接，50HZ陷波电路输出端与A/D转换器连接，A/D转换器输出端接通单片机。
所述电极传感器由四个导联电极组成。
与已有技术相比，本发明的有益效果为：设计合理、方便实用、测量精准、体积小、携带存放方便、成本低。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
在图1所示的本发明的结构框图中，所述采集***由电极传感器、前置放大器、滤波电路、二级放大器、50HZ陷波电路、A/D转换器和单片机组成；电极传感器输出端与前置放大器连接，通过前置放大器将信号放大；前置放大器与滤波电路连接，将信号进行滤波处理；滤波电路再与二级放大器连接；二级放大器与50HZ陷波电路连接，50HZ陷波电路输出端与A/D转换器连接，A/D转换器输出端接通单片机。
所述电极传感器由四个导联电极组成。
导联电极说明：
RA：右臂；LA：左臂；LL：左腿；RL：右腿。
第一路心电信号，即标准I导联的电极接法：RA接放大器反相输入端（－），LA接放大器同相输入端（＋），RL作为参考电极，接心电放大器参考点。
第二路心电信号，即标准II导联的电极接法：RA接放大器反相输入端（－），LL接放大器同相输入端（＋），RL作为参考电极，接心电放大器参考点。
RA、LA、LL和RL的皮肤接触电极分别通过1.5m长的屏蔽导联线与心电信号放大器连接。
心电信号由专用电极拾取后送入前置放大器初步放大，送入滤波器，分别经高通、低通后以滤除心电频率范围以外的干扰信号，经过二级放大器可将滤波后的信号进一步放大到合适范围，再经过50Hz的陷波电路滤去工频干扰。此时输出的心电信号满足要求，可以在示波器上显示。然后将符合要求的心电模拟信号经过高精度A/D转换变成数字信号储存在单片机。
整体电路共分为5个模块，分别是前级放大模块、高通+低通滤波模块、后级放大模块、工频陷波模块、A/D转换模块。
前置放大是心电数据采集的关键环节。由于人体心电信号十分微弱，噪声背景强且信号源阻抗较大，加之电极引入的极化电压差值较大（比心电差值幅度大几百倍），因此，通常要求前置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围等性能，设计时一般都采用差分放大电路。实验装置中输入信号可由放在人体右臂(RA) 和左腿(LL) 的心电电极直接拾取。由于人体心电信号十分微弱, 信号幅值在0.01～5mV 之间, 噪声背景强且电极与皮肤间的阻抗相当大, 因此, 要求一级放大电路具有高输入阻抗, 高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围等性能。
方案的具体设计——使用仪用放大器AD620
AD620输入端具有低输入偏置电流、低噪音、高精度、较高建立时间、低功耗等特性，共模抑制比可达130dB，非常适合作为前置放大器使用。选用AD620进行一级放大,它的核心是三运放电路,其内部结构与上述模拟电路的结构基本相同。AD620有比较高的共模抑制比CMRR最小为100dB，精度高，温度稳定性好, 放大频带宽, 噪声系数小。它的增益可调，可调范围约１～1000倍。AD620具有低偏置电流,低噪音,加上低电压电流噪声电阻为1 MΩ或更高，它的为8脚封装，携带安装方便，这些性能使得AD620符合我们的要求。此外在人与仪器之间要加隔离装置。C3,C5,C4,C2为滤波电容，消除电源干扰。
为防止前置放大器工作于饱区和或截止区，其增益不能过大。试验表明：10倍左右效果较好。通过构成的“浮地”驱动电路可将人体共模信号倒相放大后用于激励人体右腿，从而降低甚至抵消共模电压，以达到较强抑制50Hz工频干扰之目的，为了配合信号输入电路，我们采用LM224其中的一个运放来实现。LM224有四个运放集成，左手和右手的差动信号输入分别接一个跟随器（即使用LM224内的两个运放），主要用于稳定输入信号和提高输入阻抗，进一步提高共模抑制比。
由前面分析，我们选用Rg=5.1k的电阻，所以第一级放大为10.686倍，后面放大电路放大100倍即可用示波器观测到信号。
滤波电路
其中100Hz以上的干扰信号较强而0.05Hz 以下的干扰信号相对较弱,所以在滤波电路中采取先低通滤波取出100Hz以下的信号,然后接高通的方式,从而滤除极化电压及高频干扰。
高通滤波（滤低频）
由于检测信号中存在的主要干扰信号有电极板与人之间的极化电压、50Hz工频干扰、仪器内部噪声和仪器周围电场、磁场、电磁场的干扰等等,要想获得清晰稳定的心电信号,滤波器的设计很关键。由于人体心电信号的主要频率范围为频率在0.05～100Hz, 为了消除低频噪声, 在一级放大之后加入高通滤波电路, 其下限截止频率设在0.05 Hz。
陷波电路
然而最为严重的干扰是市电电源的50Hz,因此还须一个50Hz 的带阻滤波器(又称陷波器) 进一步抑制电源干扰。我们采用双T型陷波电路，下图所示为其中一级的陷波电路，为了达到更好的效果，我们用一个LM224设计了两级，经试验可以很好的抑制50Hz的工频干扰。

Claims (2)

1.一种心电信号测量采集***，其特征在于：所述采集***由电极传感器、前置放大器、滤波电路、二级放大器、50HZ陷波电路、A/D转换器和单片机组成；电极传感器输出端与前置放大器连接，通过前置放大器将信号放大；前置放大器与滤波电路连接，将信号进行滤波处理；滤波电路再与二级放大器连接；二级放大器与50HZ陷波电路连接，50HZ陷波电路输出端与A/D转换器连接，A/D转换器输出端接通单片机。
2.根据权利要求1所述的一种心电信号测量采集***，其特征在于：所述电极传感器由四个导联电极组成。
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