專利名稱：生物電放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電放大器。特別是涉及一種電路簡(jiǎn)單、性能高、功能強(qiáng)的生物電放 大器。
背景技術(shù)：
生物電的檢測(cè)在醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷上具有重要的應(yīng)用價(jià)值，已有許多生物電檢測(cè) 儀器在臨床上得到廣泛的應(yīng)用，如心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)等等。但由于生物電信號(hào)微弱， 又常常存在許許多多的嚴(yán)重干擾信號(hào)，許多人仍然在進(jìn)行生物電信號(hào)的檢測(cè)方法和電路 的研究。劉松等人提出了一種監(jiān)護(hù)儀用心電放大器(醫(yī)療衛(wèi)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(hào)檢測(cè)放大器或電路的設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)，中國(guó)醫(yī)療器械雜志，第13巻第1期， 1989: 18-19; 12導(dǎo)D/AC反饋型心電信號(hào)放大器的研究，儀器儀表學(xué)報(bào)，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(xué)學(xué)報(bào)，第33巻第 5期，2000年9月；高共模抑制比前置放大器，中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?2129065.2)。
上述各種形式的生物電放大器不僅在不同程度上存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝性差和性能尚 不夠理想等問(wèn)題，還存在靈敏度低，不能檢測(cè)電極的接觸阻抗等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電路簡(jiǎn)單、動(dòng) 態(tài)范圍大、輸入阻抗高、不需調(diào)試、工藝性好、性能優(yōu)異的生物電放大器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)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(guò)電極接觸電阻輸入有被測(cè)生物電信號(hào)，所述放大器的輸入端還有通過(guò)電阻輸入的高 頻信號(hào)，所述的被測(cè)生物電信號(hào)和高頻信號(hào)一起依次通過(guò)放大器、低通濾波器后，進(jìn)入 模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)處理單元計(jì)算出電極接觸電阻并抽樣得到被測(cè)生物電信 號(hào)。
所述的處理單元是微處理器或微控制器。 所述的高頻信號(hào)是差動(dòng)高頻信號(hào)。所述的放大器是差動(dòng)放大器。
本發(fā)明的生物電放大器，在放大器的輸入端施加一個(gè)高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)了電極接觸電阻 Rs的測(cè)量；利用同一高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的過(guò)采樣，進(jìn)而提高信號(hào)的精度、降低了對(duì) 放大器增益的要求，更進(jìn)一歩提高了系統(tǒng)的性能和降低了系統(tǒng)的信噪比。本發(fā)明不僅實(shí) 現(xiàn)電路簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍大、輸入阻抗高、不需調(diào)試、工藝性好、性能優(yōu)異；并巧妙地結(jié) 合了過(guò)采樣技術(shù)和電極阻抗檢測(cè)技術(shù)，提高了電路的性能和增強(qiáng)了電路的功能，降低了 電路成本和工藝性要求。


圖1是本發(fā)明生物電放大器的系統(tǒng)構(gòu)成方框圖； 圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的示意圖； 圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的生物電放大器做出詳細(xì)說(shuō)明。 如圖1所示，本發(fā)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(guò)電極 接觸電阻Rs輸入有被測(cè)生物電信號(hào)Vs，所述放大器A的輸入端還有通過(guò)電阻Rf輸入的高 頻信號(hào)Vf，所述的被測(cè)生物電信號(hào)Vs和高頻信號(hào)Vf—起依次通過(guò)放大器A、低通濾波器 RC后，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)處理單元U計(jì)算出電極接觸電阻Rs并下
抽樣得到被測(cè)生物電信號(hào)Vs。
本實(shí)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(hào)Vf是差動(dòng)高 頻信號(hào)；所述的放大器A是差動(dòng)放大器。
本發(fā)明的生物電放大器，在放大器A的輸入端通過(guò)一支電阻Rf施加一個(gè)高頻信號(hào)Vf， Vr的頻率等于對(duì)生物電的采樣頻率。
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(gè)信號(hào) 通過(guò)放大器A放大后，再通過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的抗混疊濾波器進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 由于高頻信號(hào)Vf的幅值和頻率遠(yuǎn)大于被測(cè)生物電信號(hào)Vs，微處理器或微控制器得到該信 號(hào)后可以計(jì)算出電極接觸電阻Rs并具有足夠的精度。
另一方面，被測(cè)生物電信號(hào)Vs同樣經(jīng)過(guò)電阻Rr與電極接觸電阻Rs分壓經(jīng)過(guò)放大器A 進(jìn)行信號(hào)放大，RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的抗混疊濾波器進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，微處理器或 微控制器得到該信號(hào)后通過(guò)下抽樣處理可以完全除去混入該信號(hào)中的高頻信號(hào)Vf。而且 下抽樣處理(過(guò)采樣)可以大幅度提高精度，并降低對(duì)放大器增益的要求。
圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的示意圖。
如圖2所示，生物電放大器包括兩個(gè)高頻信號(hào)(源)Vn和Vf2，他們兩構(gòu)成差動(dòng)信號(hào) 并分別通過(guò)電阻Rn和Rr2施加到放大器A的兩個(gè)輸入端。 一方面，Vn和Vn是通過(guò)電阻Rm和Rf2與被測(cè)生物電信號(hào)內(nèi)阻L和L分壓施加到放大器A的輸入端，經(jīng)過(guò)放大器放大后 再通過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的抗混疊濾波器進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于兩個(gè)高頻信號(hào) (源)Vn和Vf2的幅值和頻率遠(yuǎn)大于被測(cè)生物電信號(hào)Vs,和V_s2，微處理器或微控制器得到 該信號(hào)后可以計(jì)算出被測(cè)生物電信號(hào)內(nèi)阻(電極接觸電阻)R"和L并具有足夠的精度。 另一方面，被測(cè)生物電信號(hào)L和L同樣經(jīng)過(guò)電極接觸電阻Rs,和L與電阻R,和Rf, 分壓經(jīng)過(guò)放大器A進(jìn)行信號(hào)放大，RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的抗混疊濾波器進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行 轉(zhuǎn)換，微處理器或微控制器得到該信號(hào)后通過(guò)下抽樣處理(即在的每個(gè)周期內(nèi)的所有采
樣點(diǎn)都疊加起來(lái))可以完全除去混入該信號(hào)中的兩個(gè)高頻信號(hào)(源)Vn和Vf2。而且下抽
樣處理(過(guò)采樣)可以大幅度提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的精度，并降低對(duì)放大器增益的要求。 本實(shí)施例中放大器A可以采用AD620，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC可以采用AD7738。微處理
器可以采用MSC8051。
圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的示意圖。
如圖3所示，生物電放大器包括兩個(gè)高頻信號(hào)(源)VfjQVf2，他們兩構(gòu)成差動(dòng)信號(hào)
并分別通過(guò)電阻Rn和Rn施加到放大器的兩個(gè)輸入端。
電阻R3、電容C1和電阻R4、電容C2分別構(gòu)成兩個(gè)輸入端的低通濾波電路，二極管 Dl、 D2和二極管D3、 D4分別構(gòu)成放大器兩個(gè)輸入端的保護(hù)電路。放大器A2、 A3，電阻 R5、 R6和R7構(gòu)成差動(dòng)并聯(lián)前置放大器，差動(dòng)并聯(lián)前置放大器的兩個(gè)差動(dòng)輸出分別通過(guò)電 容C3、電阻R8和電容C4、電阻R9構(gòu)成的高通濾波器輸入到由放大器A4、 A5，電阻RIO、 Rll和R12構(gòu)成差動(dòng)并聯(lián)后置放大器，經(jīng)過(guò)差動(dòng)并聯(lián)后置放大器放大后的輸出再通過(guò)電阻 R13、 R14和電容C5構(gòu)成的低通濾波電路傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
跟隨器(放大器)Al、電阻R1和R2構(gòu)成共模信號(hào)采樣電路，其輸出用于驅(qū)動(dòng)輸入 低通濾波器、保護(hù)電路的公共端(即電容C1和C2、 二極管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(shí)，該 共模信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器A6、電阻R15、 R16和電容C6構(gòu)成的反相放大器放大后作為右腿驅(qū) 動(dòng)信號(hào)Vor輸出。
一方面，兩個(gè)高頻信號(hào)(源)Vn和Vi2是通過(guò)電阻Rn和Rf2與信號(hào)源內(nèi)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(jīng)過(guò)放大器放大后再通過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 抗混疊濾波器進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (圖3中沒有畫出)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于兩個(gè)高頻信號(hào)(源) Vn和V「2的幅值和頻率遠(yuǎn)大于被測(cè)生物電信號(hào)L和Vs2 (圖3中沒有畫出)，微處理器或 微控制器得到該信號(hào)后可以計(jì)算出信號(hào)源內(nèi)阻(電極接觸電阻)Rs,和^ (圖3中沒有畫 出)并具有足夠的精度。
另一方面，被測(cè)生物電信號(hào)L和Vs2 (圖3中沒有畫出)同樣經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)放大器A進(jìn)行信號(hào)放大，R、 C網(wǎng)絡(luò)構(gòu) 成的抗混疊濾波器進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (圖3中沒有畫出)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，微處理器或微控制 器(圖3中沒有畫出)得到該信號(hào)后通過(guò)下抽樣處理(即在的每個(gè)周期內(nèi)的所有采樣點(diǎn)都疊加起來(lái))可以完全除去混入該信號(hào)中的^和Vf"而且下抽樣處理(過(guò)采樣)可以大 幅度提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的精度，并降低對(duì)放大器增益的要求。
本實(shí)施例中放大器A1 A6可以采用LM324,模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC可以采用AD7738，微 處理器可以采用MSC8051。
權(quán)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(guò)電極接觸電阻(Rs)輸入有被測(cè)生物電信號(hào)(Vs)，其特征在于，所述放大器(A)的輸入端還有通過(guò)電阻(Rf)輸入的高頻信號(hào)(Vf)，所述的被測(cè)生物電信號(hào)(Vs)和高頻信號(hào)(Vt)一起依次通過(guò)放大器(A)、低通濾波器(RC)后，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)處理單元(U)計(jì)算出電極接觸電阻(Rs)并抽樣得到被測(cè)生物電信號(hào)(Vs)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物電放大器，其特征在于，所述的處理單元(U)是微 處理器或微控制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物電放大器，其特征在于，所述的高頻信號(hào)(Vf)是差 動(dòng)高頻信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物電放大器，其特征在于，所述的放大器(A)是差動(dòng) 放大器。
全文摘要
本發(fā)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(guò)電極接觸電阻輸入有被測(cè)生物電信號(hào)，所述放大器的輸入端還有通過(guò)電阻輸入的高頻信號(hào)，所述的被測(cè)生物電信號(hào)和高頻信號(hào)一起依次通過(guò)放大器、低通濾波器后，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)處理單元計(jì)算出電極接觸電阻并抽樣得到被測(cè)生物電信號(hào)。處理單元是微處理器或微控制器；高頻信號(hào)是差動(dòng)高頻信號(hào)；放大器是差動(dòng)放大器。本發(fā)明提高了信號(hào)的精度、降低了對(duì)放大器增益的要求，更進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能和降低了系統(tǒng)的信噪比。電路簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍大、輸入阻抗高、不需調(diào)試、工藝性好、性能優(yōu)異；提高了電路的性能和增強(qiáng)了電路的功能，降低了電路成本和工藝性要求。
文檔編號(hào)A61B5/04GK101449970SQ20081015463
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者剛 李, 凌 林, 喆 趙 申請(qǐng)人:天津大學(xué)