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一种高质量人体体表信号采集设备

阅读:1038发布:2020-05-25

专利汇可以提供一种高质量人体体表信号采集设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公布了一种高 质量 人体体表 信号 采集设备,它包括可设置在人体需要采集体表信号的 电极 -和电极+,电极-和电极+连接有信号 放大器 ;信号放大器包括依次连接的 差分放大器 、二级放大器、高低通滤波 电路 、工频 衰减器 电路和三级放大器;三级放大器连接有数模转化器和控 制芯 片;本发明中信号放大器输入端正负端采用对称型放大,只 对流 经正负极 电流 一致的信号放大,其增益和共模抑制能 力 可以大大提高,因共模抑制能力超高;信号放大后经电平匹配后送 单片机 ADC 采样 转换成 数字信号 ,然后经光隔离后数字信号送主机或电脑端显示(存储)数据,可获得高质量的原始采集数据。,下面是一种高质量人体体表信号采集设备专利的具体信息内容。

1.一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,它包括可设置在人体需要采集体表信号的电极-和电极+,所述电极-和电极+连接有信号放大器;所述信号放大器包括依次连接的差分放大器、二级放大器、高低通滤波、工频衰减器和三级放大器;所述三级放大器连接有数模转化器和控制芯片,并通过光耦连接有主机或电脑端;所述信号放大器、数模转化器、控制芯片和光耦均由隔离电源模连接供电;电极信号经信号放大器增益放大和电平匹配后,通过控制芯片送至数模转化器采样转换成数字信号,最后通过高速USART口经高速光藕输出至主机或者电脑端USART口,显示和保存数据。
2.根据权利要求1所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,所述差分放大器为一种差分放大电路,其输入端为电路中运算放大器的同相输入端,且连接有电极-和电极+;其输出端连接有二级放大器。
3.根据权利要求2所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
4.根据权利要求1所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,所述二级放大器为一种轨到轨仪表放大器电路,其输入端连接有差分放大器,其输出端连接有高低通滤波电路。
5.根据权利要求4所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,其中运算放大器型号为AD8422ARZ。
6.根据权利要求1所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,所述工频衰减器为一种工频有源双T带阻滤波电路,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
7.根据权利要求1所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,所述三级放大器为一种差分放大电路,其输入端连接有工频衰减器,其输出端连接有ADC采样芯片。
8.根据权利要求7所述的一种高质量人体体表信号采集设备,其特征在于,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。

说明书全文

一种高质量人体体表信号采集设备

技术领域

[0001] 本发明属于医护健康监测设备技术领域,具体为一种高质量人体体表信号采集设备。

背景技术

[0002] 电子医疗技术是近年来快速发展的行业,特别是人体体表信号采集,已得到越来越多的应用,在心电,脑电,肌电,眼电等领域,通过电极采集人体表微弱(约50uV-100uV)的信息,通过电子线路放大,处理后得到可识别的信号,放大器在此类设备中功不可没,而同时实现安全,高增益,高灵敏度,高共模抑制比的放大器是目前的一大难点,本发明就是应此而生。
[0003] 目前现有的技术,一般为了提高共模抑制,多是采用共地连接人体,或是采用右腿驱动技术,其在安全方面存有隐患,特别是CF型应用更是如此。此其一;
[0004] 其二,人体表特殊,容易因静电等原因造成电极正负极端存在极化电压(最大可达300mV)对于高倍放大器,易造成放大器堵塞现像造成信号丢失;
[0005] 其三,电极输入内阻较小,一般很难突破10MR,易造成因配戴时电极和体表非完全接触时信号质量变差。

发明内容

[0006] 本发明的目的是针对以上问题,提供一种高质量人体体表信号采集设备,它输入端正负端采用对称型放大,只对流经正负极电流一致的信号放大,其增益和共模抑制能可以大大提高,因共模抑制能力超高,所以不再需要右腿(或者共地连接人体)驱动技术来提升共模抑制比,其放大器内阻更是可以做到接近无穷大。
[0007] 为实现以上目的,本发明采用的技术方案是:一种高质量人体体表信号采集设备,它包括可设置在人体需要采集体表信号的电极-和电极+,所述电极-和电极+连接有信号放大器;所述信号放大器包括依次连接的差分放大器、二级放大器、高低通滤波、工频衰减器和三级放大器;所述三级放大器连接有数模转化器和控制芯片,并通过光耦连接有主机或电脑端;所述信号放大器、数模转化器、控制芯片和光耦均由隔离电源模连接供电;电极信号经信号放大器增益放大和电平匹配后,通过控制芯片送至数模转化器采样转换成数字信号,最后通过高速USART口经高速光藕输出至主机或者电脑端USART口,显示和保存数据。
[0008] 进一步的,所述差分放大器为一种差分放大电路,其输入端为电路中运算放大器的同相输入端,且连接有电极-和电极+;其输出端连接有二级放大器,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
[0009] 进一步的,所述二级放大器为一种轨到轨仪表放大器电路,其输入端连接有差分放大器,其输出端连接有高低通滤波电路,其中运算放大器型号为AD8422ARZ。
[0010] 进一步的,所述工频衰减器为一种工频有源双T带阻滤波电路,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
[0011] 进一步的,所述三级放大器为一种差分放大电路,其输入端连接有工频衰减器,其输出端连接有ADC采样芯片,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
[0012] 本发明的有益效果:
[0013] 1、本发明中所述的信号放大器,输入端正负端采用对称型放大,只对流经正负极电流一致的信号放大,其增益和共模抑制能力可以大大提高,因共模抑制能力超高,所以不再需要右腿(或者共地连接人体)驱动技术来提升共模抑制比,其放大器内阻更是可以做到接近无穷大,但在实际应用中,本发明将输入内阻限制在20MR。
[0014] 2、本发明具有高安全性,其整个电路电源和信号均为隔离状态,可以隔离AC1500V/DC3000V电压。
[0015] 3、本发明具有高增益的特点,有较高的共模抑制能力。
[0016] 4、本发明具有低噪声,低输入电流,高输入阻抗的特点。
[0017] 5、本发明具有高采样率,用STM32芯片内部DMA采样,速率最高可达100KHZ/CH。
[0018] 6、本发明具有较好的频幅特性。附图说明
[0019] 图1为本发明的原理框架示意图。
[0020] 图2为本发明中信号放大器的电路结构示意图。
[0021] 图3为本发明中差分放大器的电路结构示意图。
[0022] 图4为本发明中二级放大器的电路结构示意图。
[0023] 图5为本发明中工频衰减器的电路结构示意图。
[0024] 图6为本发明中三级放大器的电路结构示意图。
[0025] 图7-10为本发明中信号放大后经模拟软件模拟计算的效果示意图。

具体实施方式

[0026] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
[0027] 如图1-图6所示,本发明的具体结构为:一种高质量人体体表信号采集设备,它包括可设置在人体需要采集体表信号的电极-和电极+,所述电极-和电极+连接有信号放大器;所述信号放大器包括依次连接的差分放大器、二级放大器、高低通滤波、工频衰减器和三级放大器;所述三级放大器连接有数模转化器和控制芯片,并通过光耦连接有主机或电脑端;所述信号放大器、数模转化器、控制芯片和光耦均由隔离电源模块连接供电;电极信号经信号放大器增益放大和电平匹配后,通过控制芯片送至数模转化器采样转换成数字信号,最后通过高速USART口经高速光藕输出至主机或者电脑端USART口,显示和保存数据。
[0028] 优选的,所述差分放大器为一种差分放大电路,其输入端为电路中运算放大器的同相输入端,且连接有电极-和电极+;其输出端连接有二级放大器,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
[0029] 优选的,所述二级放大器为一种轨到轨仪表放大器电路,其输入端连接有差分放大器,其输出端连接有高低通滤波电路,其中运算放大器型号为AD8422ARZ。
[0030] 优选的,所述工频衰减器为一种工频有源双T带阻滤波电路,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
[0031] 优选的,所述三级放大器为一种差分放大电路,其输入端连接有工频衰减器,其输出端连接有ADC采样芯片,其中运算放大器的型号为AD8606ARM-REEL。
[0032] 如图7所示,本发明输入50uV10HZ差分信号时,其增益为83.3dB。
[0033] 如图8所示,本发明输入1000mV50HZ共模信号,其增益为-120dB。
[0034] 如图9所示,本发明输入50uV10HZ差分信号时,其增益为81.3dB。
[0035] 如图10所示,本发明输入50uV30HZ差分信号时,其增益为83.3dB。
[0036] 装置工作时,电源供电为3.3-5V,(可以采用电池供电)经DC-DC隔离变压器(隔离电压DC3000V/AC1500V)送至各模块供电;电极连接人体需要采集的部位,(如脑电,心电,眼电,肌电等)经连接线从电极+和电极-输入,经差分放大器的前级差分放大,二极放大器的高增益放大,高低通滤波,工频衰减器的去工频处理,再经三极放大器(整个放大器增益约为83dB),通过电平匹配后送单片机(ADC)采样转换成数字信号后通过高速USART口经高速光藕(隔离电压DC3000V/AC1500V)输出至主机或者电脑端USART口,显示和保存数据;本发明装置共有8个通道,可同时分别测试人体脑电*4通道+眼电*2通道+肌电*1通道和心电*1通道,经过实际测试,其结果接近电脑模拟运算的结果。
[0037] 需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0038] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,由于文字表达的有限性,而客观上存在无限的具体结构,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进、润饰或变化,也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合;这些改进润饰、变化或组合,或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均应视为本发明的保护范围。
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