CN219554930U - 一种用于多点测量的体音检测电路 - Google Patents

一种用于多点测量的体音检测电路 Download PDF

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何正达
田翔
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Abstract

本实用新型提供了一种用于多点测量的体音检测电路，包括检测端电路和输出电路；检测端电路包括压电薄膜传感器、电压偏置电路、放大滤波电路，以及单端信号转差分信号电路；单端信号转差分信号电路包括电压跟随电路和反相偏置电路；压电薄膜传感器通过放大滤波电路与电压跟随电路连接；电压跟随电路与反相偏置电路连接；压电薄膜传感器还通过电压偏置电路与反相偏置电路连接；输出电路为用于将差分信号转换为单端信号的差分信号转单端信号电路。该体音检测电路将测得的体音听诊信号以差分信号的形式进行传输，可提高整体电路的抗共模干扰能力，为多部位同时听诊提供保障。

Description

一种用于多点测量的体音检测电路
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种用于多点测量的体音检测电路。
背景技术
体音听诊可辅助诊断心肺***疾病和消化***疾病，评估动静脉内瘘狭窄程度。听诊过程中，医生移动听诊器并将其放置于特定的部位，如肺音听诊时放置于喉部、胸骨上窝、肺尖等处，进行听诊，诊断病情。这种听诊方式在听诊不同部位的体音时，需要按一定顺序将听诊器调整到相应的部位，不利于实时检测多点的体音信号。
为实现多点的体音实时监测，例如心尖部、胸骨上窝、左右肺尖处同时听诊或动静脉内瘘音的多点听诊，可考虑用多个体音传感器同时采集体音信号，并将各体音传感器连接到处理器；处理器对信号作数字滤波等处理，并将处理结果上传上位机。
若采用这种方式实现硬件电路，则考虑到工频噪声等干扰信号可能通过体音传感器与处理器之间的连接线进入AD转换电路而形成共模干扰；因此，不能将体音传感器之间与处理器相连，而需要在体音传感器与处理器的传输路径上加入能解决共模干扰的电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种用于多点测量的体音检测电路；该体音检测电路将测得的体音听诊信号以差分信号的形式进行传输，可提高整体电路的抗共模干扰能力，为多部位同时听诊提供保障。
为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现：一种用于多点测量的体音检测电路，包括检测端电路和输出电路；所述检测端电路包括用于将体音听诊信号转换成电压信号的压电薄膜传感器、用于将电压信号进行偏置处理的电压偏置电路、用于将电压信号进行放大和带通滤波的放大滤波电路，以及用于将电压信号转换为差分信号的单端信号转差分信号电路；
所述单端信号转差分信号电路包括电压跟随电路和反相偏置电路；所述压电薄膜传感器通过放大滤波电路与电压跟随电路连接；电压跟随电路与反相偏置电路连接；所述压电薄膜传感器还通过电压偏置电路与反相偏置电路连接；
所述输出电路为用于将差分信号转换为单端信号的差分信号转单端信号电路。
优选地，所述电压偏置电路包括电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2和电阻R3；其中，二极管D1和二极管D2串联后，连接在供电电源与地之间；二极管D2和电容C2分别与压电薄膜传感器并联；电容C1与二极管D1并联；电阻R2和电阻R3串联后，连接在供电电源与地之间；电阻R2和电阻R3连接处通过电阻R1与二极管D1和二极管D2连接处连接；
所述放大滤波电路包括运算放大器U1A、电容C3、电容C4、电阻R4、电阻R5和电阻R6；运算放大器U1A的正输入端与二极管D1和二极管D2连接处连接；运算放大器U1A的负输入端通过串联的电阻R4和电容C3接地；运算放大器U1A的负输入端还通过并联的电阻R5和电容C4与运算放大器U1A的输出端连接；运算放大器U1A的输出端通过电阻R6接地；
所述电压跟随电路包括运算放大器U1B和电阻R7；反相偏置电路包括运算放大器U2A、电容C5、电阻R8和电阻R9；
运算放大器U1A的输出端通过电阻R7与运算放大器U1B的正输入端连接；运算放大器U1B的负输入端与运算放大器U1B的输出端连接；运算放大器U1B的输出端通过电阻R8与运算放大器U2A的负输入端连接；电阻R2和电阻R3连接处与运算放大器U2A的正输入端连接；运算放大器U2A的正输入端还通过电容C5接地；运算放大器U2A的负输入端通过电阻R9与运算放大器U2A的输出端连接；运算放大器U1B的输出端作为检测端电路的输出端A+；运算放大器U2A的输出端作为检测端电路的输出端A-。
优选地，所述电阻R8和电阻R9的阻值相等。
优选地，所述差分信号转单端信号电路包括运算放大器U2B、运算放大器U3A、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C6和电容C7；
所述电阻R17和电阻R18连接在供电电源与地之间；电阻R17和电阻R18连接处通过电阻R11与运算放大器U2B的正输入端连接；运算放大器U2B的正输入端还通过电容C6接地；输出电路的输入端A'+通过电阻R10与运算放大器U2B的负输入端连接，运算放大器U2B的负输入端通过电阻R12与运算放大器U2B的输出端连接；
电阻R17和电阻R18连接处还通过电阻R15与运算放大器U3A的正输入端连接；运算放大器U3A的正输入端还通过电容C7接地；输出电路的输入端A'-通过电阻R14与运算放大器U3A的负输入端连接；运算放大器U2B的输出端通过电阻R13与运算放大器U3A的负输入端连接；运算放大器U3A的负输入端通过电阻R16与运算放大器U3A的输出端连接；运算放大器U3A的输出端作为输出电路的输出端。
优选地，所述电阻R17和电阻R18的阻值相等。
优选地，所述检测端电路的输出端A+与输出电路的输入端A'+信号连接；检测端电路的输出端A-与输出电路的输入端A'-信号连接。
优选地，所述检测端电路的输出端A+与输出电路的输入端A'+之间、以及检测端电路的输出端A-与输出电路的输入端A'-之间通过长导线信号连接。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点与有益效果：
1、本实用新型体音检测电路，检测端电路将测得的体音听诊信号经放大滤波，以差分信号的形式，传输到一定距离以外的输出电路，可提高整体电路的抗共模干扰能力，为多部位同时听诊提供保障；输出电路将差分信号转换为单端信号后输出，供后续单片机处理。
2、本实用新型体音检测电路，放大滤波电路可无失真地放大体音听诊信号；在体音听诊信号有效频段外具有-40dB/dec的滚降，能有效抑制膜片振动等原因引起的低频噪声以及其他原因引起的高频噪声。
附图说明
图1是本实用新型用于多点测量的体音检测电路的结构框图；
图2是本实用新型用于多点测量的体音检测电路中检测端电路的结构示意图；
图3是本实用新型用于多点测量的体音检测电路中输出电路的结构示意图；
图4是本实用新型用于多点测量的体音检测电路中，放大滤波电路参数取优选值时的对数幅频特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图3所示，本实施例一种用于多点测量的体音检测电路，包括检测端电路和输出电路。
其中，检测端电路包括用于将体音听诊信号转换成电压信号的压电薄膜传感器、用于将电压信号进行偏置处理的电压偏置电路、用于将电压信号进行放大和带通滤波的放大滤波电路，以及用于将电压信号转换为差分信号的单端信号转差分信号电路。
单端信号转差分信号电路包括电压跟随电路和反相偏置电路；压电薄膜传感器通过放大滤波电路与电压跟随电路连接；电压跟随电路与反相偏置电路连接；压电薄膜传感器还通过电压偏置电路与反相偏置电路连接。
具体地说，电压偏置电路包括电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2和电阻R3；其中，二极管D1和二极管D2串联后，连接在供电电源与地之间；二极管D2和电容C2分别与压电薄膜传感器并联；电容C1与二极管D1并联；电阻R2和电阻R3串联后，连接在供电电源与地之间；电阻R2和电阻R3连接处通过电阻R1与二极管D1和二极管D2连接处连接。
电压偏置电路中，电容C1、C2用于抑制高频噪声，二极管D1、D2用于抑制静电干扰；电阻R1～R3用于产生偏置电压，选取参数为优选值时，R2和R3的阻值相等，偏置电压的大小为1/2VCC。
放大滤波电路包括运算放大器U1A、电容C3、电容C4、电阻R4、电阻R5和电阻R6；运算放大器U1A的正输入端与二极管D1和二极管D2连接处连接；运算放大器U1A的负输入端通过串联的电阻R4和电容C3接地；运算放大器U1A的负输入端还通过并联的电阻R5和电容C4与运算放大器U1A的输出端连接；运算放大器U1A的输出端通过电阻R6接地。
放大滤波电路实现放大和带通滤波，带通滤波的截止频率取决于C3、C4、R4、R5的取值。
电压跟随电路包括运算放大器U1B和电阻R7；反相偏置电路包括运算放大器U2A、电容C5、电阻R8和电阻R9；电阻R8和电阻R9的阻值相等。
运算放大器U1A的输出端通过电阻R7与运算放大器U1B的正输入端连接；运算放大器U1B的负输入端与运算放大器U1B的输出端连接；运算放大器U1B的输出端通过电阻R8与运算放大器U2A的负输入端连接；电阻R2和电阻R3连接处与运算放大器U2A的正输入端连接；运算放大器U2A的正输入端还通过电容C5接地；运算放大器U2A的负输入端通过电阻R9与运算放大器U2A的输出端连接；运算放大器U1B的输出端作为检测端电路的输出端A+；运算放大器U2A的输出端作为检测端电路的输出端A-。
输出电路为用于将差分信号转换为单端信号的差分信号转单端信号电路。
具体地说，检测端电路的输出端A+与输出电路的输入端A'+信号连接；检测端电路的输出端A-与输出电路的输入端A'-信号连接；优选通过长导线连接。差分信号转单端信号电路包括运算放大器U2B、运算放大器U3A、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C6和电容C7。
电阻R17和电阻R18连接在供电电源与地之间；电阻R17和电阻R18连接处通过电阻R11与运算放大器U2B的正输入端连接；运算放大器U2B的正输入端还通过电容C6接地；输出电路的输入端A'+通过电阻R10与运算放大器U2B的负输入端连接，运算放大器U2B的负输入端通过电阻R12与运算放大器U2B的输出端连接。
电阻R17和电阻R18连接处还通过电阻R15与运算放大器U3A的正输入端连接。差分信号转单端信号电路的偏置电压由电阻R17、R18产生；电阻R17和电阻R18的阻值相等，偏置电压的大小为1/2VCC。运算放大器U3A的正输入端还通过电容C7接地；输出电路的输入端A'-通过电阻R14与运算放大器U3A的负输入端连接；运算放大器U2B的输出端通过电阻R13与运算放大器U3A的负输入端连接；运算放大器U3A的负输入端通过电阻R16与运算放大器U3A的输出端连接；运算放大器U3A的输出端作为输出电路的输出端。
检测端电路的工作原理为：记压电薄膜传感器输出端处电压为Vin(s)＝Vref+ΔVin(s)，其中Vref为偏置电压，ΔVin(s)为因体音而产生的电压增量。Vin(s)经过放大和滤波后转换成差分信号，由A+和A-端口输出。Vin(s)与A+端口电压VA+(s)、A-端口电压VA-(s)、偏置电压Vref之间的关系为：
VA-(s)＝2Vref-VA+(s)
输出电路的工作原理为：将A’+和A’-端口输入的差分信号转换为单端信号从output端口输出。记A’+端口电压为VA+(s)，A’-端口电压为VA-(s)，output口输出电压为Voutput(s)，三者的关系为：
Voutput(s)＝VA+(s)-VA-(s)
记则
Voutput(s)＝2[1+G(s)]ΔVin(s)+G(s)Vref
故体音检测电路输出Voutput(s)对体音电压信号ΔVin(s)的传递函数为
针对体音多点听诊中的共模干扰，本实施例中各个元器件参数的优选值如表1所示。
表1各个元器件参数的优选值
放大滤波电路参数取优选值时的对数幅频特性曲线如图4所示。根据体音听诊信号的有效频段选择电路参数，可无失真地放大体音听诊信号；在体音听诊信号有效频段外具有-40dB/dec的滚降，能有效抑制膜片振动等原因引起的低频噪声以及其他原因引起的高频噪声。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：包括检测端电路和输出电路；所述检测端电路包括用于将体音听诊信号转换成电压信号的压电薄膜传感器、用于将电压信号进行偏置处理的电压偏置电路、用于将电压信号进行放大和带通滤波的放大滤波电路，以及用于将电压信号转换为差分信号的单端信号转差分信号电路；
所述单端信号转差分信号电路包括电压跟随电路和反相偏置电路；所述压电薄膜传感器通过放大滤波电路与电压跟随电路连接；电压跟随电路与反相偏置电路连接；所述压电薄膜传感器还通过电压偏置电路与反相偏置电路连接；
所述输出电路为用于将差分信号转换为单端信号的差分信号转单端信号电路。
2.根据权利要求1所述的用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：所述电压偏置电路包括电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2和电阻R3；其中，二极管D1和二极管D2串联后，连接在供电电源与地之间；二极管D2和电容C2分别与压电薄膜传感器并联；电容C1与二极管D1并联；电阻R2和电阻R3串联后，连接在供电电源与地之间；电阻R2和电阻R3连接处通过电阻R1与二极管D1和二极管D2连接处连接；
所述放大滤波电路包括运算放大器U1A、电容C3、电容C4、电阻R4、电阻R5和电阻R6；运算放大器U1A的正输入端与二极管D1和二极管D2连接处连接；运算放大器U1A的负输入端通过串联的电阻R4和电容C3接地；运算放大器U1A的负输入端还通过并联的电阻R5和电容C4与运算放大器U1A的输出端连接；运算放大器U1A的输出端通过电阻R6接地；
所述电压跟随电路包括运算放大器U1B和电阻R7；反相偏置电路包括运算放大器U2A、电容C5、电阻R8和电阻R9；
运算放大器U1A的输出端通过电阻R7与运算放大器U1B的正输入端连接；运算放大器U1B的负输入端与运算放大器U1B的输出端连接；运算放大器U1B的输出端通过电阻R8与运算放大器U2A的负输入端连接；电阻R2和电阻R3连接处与运算放大器U2A的正输入端连接；运算放大器U2A的正输入端还通过电容C5接地；运算放大器U2A的负输入端通过电阻R9与运算放大器U2A的输出端连接；运算放大器U1B的输出端作为检测端电路的输出端A+；运算放大器U2A的输出端作为检测端电路的输出端A-。
3.根据权利要求2所述的用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：所述电阻R8和电阻R9的阻值相等。
4.根据权利要求2所述的用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：所述差分信号转单端信号电路包括运算放大器U2B、运算放大器U3A、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C6和电容C7；
所述电阻R17和电阻R18连接在供电电源与地之间；电阻R17和电阻R18连接处通过电阻R11与运算放大器U2B的正输入端连接；运算放大器U2B的正输入端还通过电容C6接地；输出电路的输入端A'+通过电阻R10与运算放大器U2B的负输入端连接，运算放大器U2B的负输入端通过电阻R12与运算放大器U2B的输出端连接；
电阻R17和电阻R18连接处还通过电阻R15与运算放大器U3A的正输入端连接；运算放大器U3A的正输入端还通过电容C7接地；输出电路的输入端A'-通过电阻R14与运算放大器U3A的负输入端连接；运算放大器U2B的输出端通过电阻R13与运算放大器U3A的负输入端连接；运算放大器U3A的负输入端通过电阻R16与运算放大器U3A的输出端连接；运算放大器U3A的输出端作为输出电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：所述电阻R17和电阻R18的阻值相等。
6.根据权利要求4所述的用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：所述检测端电路的输出端A+与输出电路的输入端A'+信号连接；检测端电路的输出端A-与输出电路的输入端A'-信号连接。
7.根据权利要求6所述的用于多点测量的体音检测电路，其特征在于：所述检测端电路的输出端A+与输出电路的输入端A'+之间、以及检测端电路的输出端A-与输出电路的输入端A'-之间通过长导线信号连接。
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