心電信號(hào)采集電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、心電放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告一 概述心臟是循環(huán)系統(tǒng)中重要的器官。由于心臟不斷地進(jìn)行有節(jié)奏的收縮和舒張活動(dòng)，血液才能在閉鎖的循環(huán)系統(tǒng)中不停地流動(dòng)。心臟在機(jī)械性收縮之前，首先產(chǎn)生電激動(dòng)。心肌激動(dòng)所產(chǎn)生的微小電流可經(jīng)過(guò)身體組織傳導(dǎo)到體表，使體表不同部位產(chǎn)生不同的電位。如果在體表放置兩個(gè)電極，分別用導(dǎo)線聯(lián)接到心電圖機(jī)(即精密的電流計(jì))的兩端，它會(huì)按照心臟激動(dòng)的時(shí)間順序，將體表兩點(diǎn)間的電位差記錄下來(lái)，形成一條連續(xù)的曲線，這就是心電圖。普通心電圖有一下幾點(diǎn)用途1、對(duì)心律失常和傳導(dǎo)障礙具有重要的診斷價(jià)值。2、對(duì)心肌梗塞的診斷有很高的準(zhǔn)確性，它不僅能確定有無(wú)心肌梗塞，而且還可確定梗塞的病變期部位范圍以及演變過(guò)程。3、

2、對(duì)房室肌大、心肌炎、心肌病、冠狀動(dòng)脈供血不足和心包炎的診斷有較大的幫助。4、能夠幫助了解某些藥物（如洋地黃、奎尼?。┖碗娊赓|(zhì)紊亂對(duì)心肌的作用。5、心電圖作為一種電信息的時(shí)間標(biāo)志，常為心音圖、超聲心動(dòng)圖、阻抗血流圖等心功能測(cè)定以及其他心臟電生理研究同步描紀(jì)，以利于確定時(shí)間。6、心電監(jiān)護(hù)已廣泛應(yīng)用于手術(shù)、麻醉、用藥觀察、航天、體育等的心電監(jiān)測(cè)以及危重病人的搶救。 二 系統(tǒng)設(shè)計(jì)心電信號(hào)十分微弱，頻率一般在0.5HZ-100HZ之間，能量主要集中在17Hz附近，幅度大約在10uV-5mV之間，所需放大倍數(shù)大約為500-1000倍。而50hz工頻信號(hào)，極化電壓，高頻電子儀器信號(hào)等等干擾要求心電信號(hào)在放大

3、的過(guò)程中始終要做好噪聲濾除的工作。下圖為整體化框圖。三 具體實(shí)現(xiàn)電路圖如下：1 導(dǎo)聯(lián)輸入： 導(dǎo)聯(lián)線又稱輸入電纜線。其作用是將電極板上獲得的心電信號(hào)送到放大器的輸入端。心臟電興奮傳導(dǎo)系統(tǒng)所產(chǎn)生的電壓是幅值及空間方向隨時(shí)間變化的向量。放在體表的電極所測(cè)出的ECG信號(hào)將隨不同位置而異。心周期中某段ECG描跡在這一電極位置不明顯，而在另一位置上卻很清楚。為了完整描述心臟的活動(dòng)狀況，應(yīng)采用多電極導(dǎo)聯(lián)方式測(cè)量心電信號(hào)，基于現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)條件及要求，選擇3導(dǎo)聯(lián)方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。2 前置放大：（1）差動(dòng)放大：如果將保護(hù)電阻直接接入后面的時(shí)間常數(shù)電路，其輸入阻抗將大為減小，減低了心電

4、圖機(jī)的性能，若加入差動(dòng)發(fā)大器，其差模輸入阻抗為2Ri，共模輸入阻抗為Ri/2，增加了輸入電阻，進(jìn)一步抑制了電極噪聲與50Hz干擾，提高了共模抑制比?？紤]到前級(jí)存在極化電壓，最大為300mV，此極放大增益不宜過(guò)高，大約定在6倍左右，選取R4=R5=24K，R310 K，其增益為(R3+R4+R5)/R3=5.8。電路圖如下所示：差動(dòng)放大后信號(hào)與輸入信號(hào)波形雙綜如下圖所示： （2）高通濾波：由于電極和電介質(zhì)或體液接觸，在金屬界面上總會(huì)產(chǎn)生極化電壓，其最大值可能為300mV，這部分電路的主要功能就是濾出極化電壓以及其余低頻干擾，這部分選取高通濾波器，截至頻率為0.05HZ，根據(jù)f，取R8=R9=33

5、0K,得C1=C2=10uF ,從前極電阻中間引入驅(qū)動(dòng)，避免了因電器元件不匹配使共模信號(hào)轉(zhuǎn)化為差模信號(hào)而不易濾除的影響。 下羅為高通濾波部分電路圖： （3） 右腿驅(qū)動(dòng)電路：雖然AD620的共模抑制比較高，但當(dāng)接入其他電路時(shí)，其共模抑制比會(huì)變得較低，我們?cè)谔岣吖材Ｒ种票鹊耐瑫r(shí)，也要考慮用直接降低共模信號(hào)的方法來(lái)提高其值，右腿驅(qū)動(dòng)電路就是一個(gè)很好的降低抑制共模信號(hào)的方法，在右腿接入一反向放大器，并與儀表放大相連，可以將共模信號(hào)抑制1K倍（K為反向放大增益），從而有效的降低了共模信號(hào)。取R12=10M,R11=10K,從而KR12、R11=1000,加一電容組成低通濾波器，是電路穩(wěn)定，在這里選取C3

6、=4.7nF。右腿驅(qū)動(dòng)部分電路圖如下：（4） 儀表放大：由于這部分電路采用集成的AD620，其輸入電阻為1000M，共模抑制比為95dB，滿足本單元設(shè)計(jì)要求，增益定為20倍，根據(jù)AG=1+50K/RG,可取RG2.5K。儀表放大部分電路如下：（5）儀表放大與輸入波形雙綜如下圖所示：3濾波電路高頻干擾，其他醫(yī)療儀器的噪聲會(huì)干擾心電信號(hào)的測(cè)量，其幅度不是很高，但由于心電信號(hào)同樣較微弱，再加上前級(jí)的放大，高頻干擾信號(hào)必須考慮濾除，已知人體心電信號(hào)頻率大約為0.05Hz100Hz，而低于0.05Hz的信號(hào)已經(jīng)在前置放大器中濾除，因此設(shè)計(jì)一低通截止頻率為100Hz的濾波器。如下圖：4 后級(jí)放大 前級(jí)一共

7、放大了6×20共120倍，最終要求放大到伏的量級(jí)，因此還需放大10倍左右，在此接入增益控制級(jí)，用于選擇增益放大級(jí)數(shù)，兩個(gè)固定電阻選為30K和270K，電位器選為20K,調(diào)節(jié)范圍910倍。采用的是反向放大電路，如下圖所示：最終放大后的波形如下圖所示：四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果開發(fā)板上的實(shí)驗(yàn)電路圖如下：將三個(gè)輸入級(jí)分別與左右手以及右腿相連，得到的心電信號(hào)如下圖所示：由上圖可得，該電路基本能夠得出心電信號(hào)，但是由于個(gè)別原因（元器件的選擇，電路的設(shè)計(jì)，放大器的使用），工頻干擾較大。五 結(jié)論 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的心電信號(hào)交流放大電路放大倍數(shù)約為6*20*9=1080倍，放大器采用的軍事雙端供電。本實(shí)驗(yàn)前級(jí)電路需要有著較強(qiáng)的對(duì)稱性，差動(dòng)放大部分采用的放大器為TL082