医疗仪器接口课件

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1、数字化医疗仪器第五章数字化医学仪器应用实例5.1传感采集接口的设计5.1.1数据传感采集接口概述人体的各种物理量（生物电位，心音，体温，血压等）需用传感器将其变成电信号，经由诸如放大，滤波，干扰抑制，多路转换等信号检测及预处理电路，将模拟量的电压或电流送A/D转换，变成数字量，供计算机处理。传感器信号检测预处理Ａ/D转换并行接口微处理机5.1.2信号源与数据采集电路间的接口电路前置预处理接口电路应该具有很高的输入阻抗和共模抑制比，其输入级应有必要的保护及隔离措施；为适应不同生理信号幅度和输出的幅度范围，应有足够的增益，电路既要滤除各种干扰，又要频带合适，以便

2、得到信号检出时的最大保真度；信号源与数据采集电路间的接口电路为与数据采集电路适配，输出端输出阻抗要低，幅度的动态范围、模拟信号的极性、状态信号的电平等等都必须符合配接的规定。有的还应有相应的校准电路(如血压定标电路)。下面只就仪器中应用较多的生物电放大器和光电隔离电路做些介绍。信号源与数据采集电路间的接口电路一、心电信号放大器为了给A／D转换提供一个低噪声、高灵敏度和幅度足够大的ECG信号电压。完整的心电信号放大器应由输入保护及屏蔽电路、心电信号前置放大器、光电隔离电路、主放大电路、灵敏度调节和50Hz陷波电路、抗干扰滤波电路、外接输出电路以及限幅比较器、闭

3、锁电路、无效信号检测电路等组成。以下重点介绍心电信号前置放大器，如后页图所示。心电信号前置放大器心电图机用于测量体表心电图需要的频响为0.05~100Hz，因为骨骼肌信号在这范围内也比较大，所以在心电图内产生躯体的伪迹。在诊断场合要求患者在几分钟内不动是办不到的，但对长期受监护的病人则更难办到，病人的肌电干扰就不可避免。在监护时，往往把高频端限制在45~75Hz。在心电图机中采用25Hz或35Hz肌电滤波器。心电信号前置放大器图心电信号前置放大器心电图具有很低的频率成分，诊断用0.05Hz；但对监护仪来说，呼吸，电极偏置电位的变化，环境温度的变化及身体移动都

4、会引起基线漂移，因而监护仪的低端频率为0.1~0.5Hz。心电图机采用0.1Hz去漂移滤波器。心电图机电极和皮肤接触时，有些电极可以产生几百mV的极化电位。前置放大器的放大倍数不宜太大，以避免造成电路饱和，前置放大器的增益一般在100以下。为使心电信号推动记录机构，需要主放大器将心电信号进一步放大。前置放大器和主放大器之间可通过RC耦合，它决定了心电图机的低频响应，低端频响常以RC乘积（即时间常数来表示），如1.6秒，3.2秒。心电信号前置放大器心电图机电极和皮肤接触时的接触电阻不平衡降低抗干扰能力，故在每根导联线与缓冲放大器之间都接有10k电阻以减少接触电

5、阻不平衡的影响。三运放前置放大器:心电图机常采用三运放组成的仪用放大器，如下页图所示。差分放大电路对经过导联选择电路选择的心电信号进行放大。差分电路的特点是抑制因静电或磁感应而引入的50Hz交流共模干扰信号，使所需要的心电图信号得到放大，其放大倍数约为20倍。进一步去除50Hz干扰还装有50Hz滤波电路。三运放前置放大器图心电信号前置放大器抗共模干扰电路共模干扰就是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，因屏蔽引线的分布电容不完全相等而引起。抑制共模干扰的措施：（1）利用双端输入的运放作为前置放大器，抑制共模干扰。（2）利用隔离放大器，变压器或光电耦合器将

6、信号源和仪器隔离，使两个地之间没有直接的导通回路。（3）利用浮地输入双层屏蔽放大器。~RxExI2I1R2R1ECMRCMEnHR1Z1Z2L数字化医疗仪器数字化医疗仪器的共模干扰数字化医疗仪器eBenRxExIEVi数字化医疗仪器的串模干扰串模干扰它是由外界条件引起的，叠加在被测电压上的干扰信号，并通过测量仪器的输入端，与被测信号一起进入测量仪器而引起的测量误差。串模干扰主要来自于高压输电线所产生的空间电磁场。抑制串模干扰的措施：（1）采用滤波器双T滤波器，低通滤波器等。（2）选择器件采用双积分型的A/D器件。积分周期要等于工频周期的整数倍。（3）电磁屏蔽

7、除进行电磁屏蔽外，应选用带有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号线。三运放电路特点为:1、高输入阻抗;2、高共模抑制比CMRR;3、改变RG可调节放大倍数。公式计算：设：R1=R2；R3=R4；R5=R6Vo1-Vo2=IG（2R1+RG）；Vi1-Vi2=IGRG；故：Vo1-Vo2=（Vi1-Vi2)(2R1+RG)/RGAV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG而：AV2=-R5/R3所以：总差模增益AV=AV1*AV2=-((1+2R1/RG)R5)/R3而总共模增益AVM=AVM1*AVM2=1*0=0AAAVi1Vi2R1R2RGR3R4R6R5

8、V0+++---三运放电路特点为:高输入阻抗;高共模