專利名稱：電腦內(nèi)置式信號(hào)放大器與聲卡采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電腦內(nèi)置式信 號(hào)放大器與聲卡采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物體器官或組織可在體內(nèi)自發(fā)產(chǎn)生或被外部某一能量刺激誘 發(fā)產(chǎn)生多種不同能量的生物信號(hào)，包括腦電、心電、心音、呼吸音、 血管壓力、體熱、體味等聲、光、電、磁物理和化學(xué)多種能量信號(hào)。 生物信號(hào)反映生物體的機(jī)能狀況，包括生理或病理狀態(tài)。
現(xiàn)有的基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括輸入接口電路、時(shí)序發(fā)生 電路、時(shí)分復(fù)用電路、雙邊帶生產(chǎn)電路，輸出接口電路和自校準(zhǔn)電路， 時(shí)分復(fù)用電路可以將多路輸入接口電路的信號(hào)進(jìn)行復(fù)用，然后將復(fù)用 信號(hào)發(fā)送到聲卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而通過聲卡實(shí)現(xiàn)多通道信號(hào)的采 集。
由于生物信號(hào)很微弱，信號(hào)大小為有的屬毫伏級(jí)，有的屬微伏級(jí)， 甚至微伏級(jí)以下，生物信號(hào)在采集和放大的過程中，容易受外界電磁
場的干擾，直接導(dǎo)致后續(xù)的聲卡無法進(jìn)行有效的模數(shù)轉(zhuǎn)換；現(xiàn)有的基 于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集生物信號(hào)時(shí)，誤差很大，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn) 確率低。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明提供一種成本低、誤差小的電腦內(nèi)置式信號(hào)放大器與聲卡 采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)。
一種電腦內(nèi)置式信號(hào)放大器與聲卡采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)，包 括多個(gè)用于采集生物信號(hào)的傳感器、多個(gè)用于放大生物信號(hào)的信號(hào)放 大器、用于處理信號(hào)放大器的放大信號(hào)的時(shí)分多路復(fù)用單元、用于將 復(fù)用信號(hào)發(fā)送到聲卡的第一光電耦合器、用于對(duì)復(fù)用信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換的聲卡、用于向時(shí)分多路復(fù)用單元發(fā)送控制信號(hào)的第二光電耦合 器、用于向信號(hào)放大器發(fā)送控制信號(hào)的第三光電耦合器、用于控制采
集系統(tǒng)運(yùn)行的處理器；信號(hào)放大器和時(shí)分多路復(fù)用單元置于屏蔽罩 中，傳感器與信號(hào)放大器連接，信號(hào)放大器與時(shí)分多路復(fù)用單元連接， 時(shí)分多路復(fù)用單元與第一光電耦合器連接，第一光電耦合器與聲卡連 接，第二光電耦合器與時(shí)分多路復(fù)用單元連接，第三光電耦合器與信 號(hào)放大器連接，處理器通過總線與聲卡、第二光電耦合器、第三光電 耦合器連接。
其中，傳感器為壓力傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、聲電傳
感器、化學(xué)電傳感器或磁電傳感器。
其中，屏蔽罩為六面外表鍍金金屬板或鍍銀金屬板。
其中，光電耦合器元件腳與時(shí)分多路復(fù)用單元元件腳涂敷有絕緣
隔層的導(dǎo)電漆。
從以上的技術(shù)方案可以看出，本技術(shù)方案將信號(hào)放大器和時(shí)分多 路復(fù)用單元置于屏蔽罩中，從而有效地屏蔽了外界的電磁場干擾；本 技術(shù)方案通過光電耦合器與屏蔽罩內(nèi)面的信號(hào)放大器和時(shí)分多路復(fù)用單元進(jìn)行通信，減小電磁干擾；本技術(shù)方案利用現(xiàn)有電腦的硬件資 源，使用聲卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因?yàn)槁暱ㄌ幚頂?shù)據(jù)具有易用性、廉價(jià)性、 及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式標(biāo)準(zhǔn)化的易讀性和統(tǒng)一交互性，相對(duì)于使用專業(yè)處理 芯片的生物信號(hào)采集系統(tǒng)來說，降低了成本；故本發(fā)明系統(tǒng)成本低、 誤差小、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率高。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的帶屏蔽罩電路板的側(cè)視圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的系統(tǒng)運(yùn)行方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
本實(shí)施例的電腦內(nèi)置式信號(hào)放大器與聲卡采集多道生物信號(hào)的 系統(tǒng)，包括多個(gè)用于采集生物信號(hào)的傳感器、多個(gè)用于放大生物信號(hào) 的信號(hào)放大器、用于處理信號(hào)放大器的放大信號(hào)的時(shí)分多路復(fù)用單 元、用于將復(fù)用信號(hào)發(fā)送到聲卡的第一光電耦合器、用于對(duì)復(fù)用信號(hào) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的聲卡、用于向時(shí)分多路復(fù)用單元發(fā)送控制信號(hào)的第二 光電耦合器、用于向信號(hào)放大器發(fā)送控制信號(hào)的第三光電耦合器、用 于控制采集系統(tǒng)運(yùn)行的處理器；信號(hào)放大器和時(shí)分多路復(fù)用單元置于 屏蔽罩中，傳感器與信號(hào)放大器連接，信號(hào)放大器與時(shí)分多路復(fù)用單 元連接，時(shí)分多路復(fù)用單元與第一光電耦合器連接，第一光電耦合器 與聲卡連接，第二光電耦合器與時(shí)分多路復(fù)用單元連接，第三光電耦 合器與信號(hào)放大器連接，處理器通過總線與聲卡、第二光電耦合器、第三光電耦合器連接。
本實(shí)施例的傳感器為壓力傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、聲 電傳感器、化學(xué)電傳感器或磁電傳感器。傳感器和信號(hào)放大器的數(shù)量
均為2個(gè)以上，傳感器和信號(hào)放大器一一對(duì)應(yīng)連接。需要說明的是， 還可以為其它的傳感器；傳感器的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集需求進(jìn) 行調(diào)整。
時(shí)分多路復(fù)用(TDM)技術(shù)中，將一條物理信道按時(shí)間分成若 干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信 號(hào)占用，這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信 道上傳輸多個(gè)信號(hào)。本實(shí)施例中，時(shí)分多路復(fù)用單元用于將多路放大 后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲卡單路模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)的輸入信號(hào)。聲卡的數(shù)量 也可以根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集需要進(jìn)行調(diào)整。
屏蔽罩是為了防止或者減少電磁波侵入內(nèi)部空間的一種措施，常 選擇有較高的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的導(dǎo)體作為屏蔽罩的材料。因?yàn)楦邔?dǎo)電 性材料在電磁波的作用下將產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流，這些電流按照楞次 定律將削弱電磁波的透入，采用的金屬網(wǎng)孔愈密,直到采用整體的金 屬殼，屏蔽的效果愈好，但所費(fèi)材料愈多。在本實(shí)施例中，采用屏蔽 罩后，有效地屏蔽了外界的電磁場干擾，提高數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率及提高 產(chǎn)品質(zhì)量。
光電隔離器是把發(fā)光器件與光敏接收器件集成在一起，或用一根 光導(dǎo)纖維把兩部分連接起來的器件。通常發(fā)光器件為發(fā)光二極管，光 接收器件為光敏晶體管等。加在發(fā)光器件上的電信號(hào)為耦合器的輸入信號(hào)，接收器件輸出的信號(hào)為隔離器的輸出信號(hào)。當(dāng)有輸入信號(hào)加在 光電隔離器的輸入端時(shí)，發(fā)光器件發(fā)光，光敏管受光照射產(chǎn)生光電流， 使輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，于是實(shí)現(xiàn)了光電的傳輸和轉(zhuǎn)換。其主要 特點(diǎn)是以光為媒介實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳輸，而且器件的輸入和輸出之間在 電氣上完全是絕緣的。在本實(shí)施例中，使用光電隔離器可以減小干擾。 實(shí)施例二
本實(shí)施例介紹.一個(gè)具體應(yīng)用例。參考圖l。在現(xiàn)有電腦主機(jī)上增
加傳感器ll、信號(hào)放大器12、時(shí)分多路復(fù)用單元13、第一光電耦合 器14、第二光電耦合器15、第三光電耦合器16。除上述部件外，本 系統(tǒng)還包括聲卡17、存儲(chǔ)器18、處理器19、輸入設(shè)備20、輸出設(shè)備 22。其中傳感器ll和信號(hào)放大器12的數(shù)目均為12個(gè)。聲卡17的數(shù) 據(jù)輸入端口與第一光電耦合器14連接，第二光電耦合器15和第三光 電耦合器16可以通過ISA或PCI等主板插槽或主板輸入/輸出(I/O) 接口與主板連接。
參考圖2。信號(hào)放大器12和時(shí)分多路復(fù)用單元13置于屏蔽罩23 中，屏蔽罩23和3個(gè)光電耦合器悍接在一塊包括4層復(fù)銅板24的電 路板上。屏蔽罩23為六面外表鍍金金屬板或鍍銀金屬板。利用屏蔽 表面的電磁傳導(dǎo)特性把電腦機(jī)箱和機(jī)殼內(nèi)的多種模擬和數(shù)字干擾信 號(hào)，包括機(jī)箱內(nèi)部的金屬連線和器件引腳可能帶有的電磁場干擾信 號(hào)，引導(dǎo)到"零電位"的屏蔽罩23的圍布式接地腳；通過三個(gè)光電 耦合器減小外部信號(hào)對(duì)屏蔽罩23里面信號(hào)的影響，從而保證較高的 數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率。第二光電耦合器15和第三光電耦合器16將來自數(shù)據(jù)總線的控制 信號(hào)分別耦合到時(shí)分多路復(fù)用單元13的控制端口和信號(hào)放大器12的 控制端口，考慮到時(shí)分多路復(fù)用單元13控制端口會(huì)處于較高頻率的位 控電平高低轉(zhuǎn)換狀態(tài)，時(shí)分多路復(fù)用單元13控制端口的元件腳涂敷有 絕緣隔層的導(dǎo)電漆，以屏蔽電磁場干擾，并將時(shí)分多路復(fù)用單元13 控制端口置于緊鄰屏蔽罩23壁內(nèi)側(cè)，以便時(shí)分多路復(fù)用單元13的元件 腳伸出屏蔽罩23壁外。第二光電耦合器15緊貼屏蔽罩23壁外，以便與 時(shí)分多路復(fù)用單元13的元件腳連接，第二光電耦合器15的元件腳也可 以涂上導(dǎo)電漆以屏蔽電磁場干擾。第三光電耦合器16可以處理多路信 號(hào)。
上述的電腦包括個(gè)人電腦、筆記本電腦、掌上型電腦及口袋型電 腦。采用上述的方法對(duì)現(xiàn)有電腦進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)采集處理設(shè) 備一體化、同步化、簡便化和網(wǎng)絡(luò)化，有利于更好地開展腦電、心電、 心音、呼吸音、肌電、體溫、血壓、中醫(yī)五臟相音、耳穴和經(jīng)絡(luò)皮電 等實(shí)驗(yàn)研究、健康體檢、輔助臨床檢査診，有助于促進(jìn)提高基礎(chǔ)理論 研究、群眾預(yù)防保健和醫(yī)療臨床診斷水平。需要說明的是，本發(fā)明的 思想也可應(yīng)用于帶聲卡的測試儀器，即按上述的思想，可以把測試儀 器改變成采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)。
系統(tǒng)的工作過程如下。參考圖3。
步驟101，系統(tǒng)通過第三光電耦合器16向信號(hào)放大器12發(fā)送參 數(shù)命令，包括放大的倍數(shù)等；系統(tǒng)通過第二光電耦合器15向時(shí)分多 路復(fù)用單元13發(fā)送參數(shù)命令，包括采樣周期T、時(shí)間間隙At等。步驟102，各傳感器ll采集微弱的生物信號(hào)后，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 并將電信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的信號(hào)放大器12。
步驟103，信號(hào)放大器12對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大，并發(fā)送到時(shí)分多 路復(fù)用單元13。
步驟104，時(shí)分多路復(fù)用單元13周期性對(duì)各信號(hào)放大器12的放 大信號(hào)進(jìn)行選通，并將該采樣信號(hào)發(fā)送到聲卡17。
步驟105，聲卡17對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，編碼，編碼后的數(shù)據(jù)保存 在存儲(chǔ)器18中。
步驟106，系統(tǒng)根據(jù)復(fù)用周期，對(duì)存儲(chǔ)器18數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn) 換為通道信息。
步驟107，當(dāng)接收到査看信息的命令時(shí)，系統(tǒng)將處理后的信息輸 出到輸出設(shè)備上。
以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之 處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
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權(quán)利要求
1.一種電腦內(nèi)置式信號(hào)放大器與聲卡采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)用于采集生物信號(hào)的傳感器、多個(gè)用于放大所述生物信號(hào)的信號(hào)放大器、用于處理所述信號(hào)放大器的放大信號(hào)的時(shí)分多路復(fù)用單元、用于將復(fù)用信號(hào)發(fā)送到聲卡的第一光電耦合器、用于對(duì)所述復(fù)用信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的聲卡、用于向所述時(shí)分多路復(fù)用單元發(fā)送控制信號(hào)的第二光電耦合器、用于向所述信號(hào)放大器發(fā)送控制信號(hào)的第三光電耦合器、用于控制采集系統(tǒng)運(yùn)行的處理器；信號(hào)放大器和時(shí)分多路復(fù)用單元置于屏蔽罩中，傳感器與信號(hào)放大器連接，信號(hào)放大器與時(shí)分多路復(fù)用單元連接，時(shí)分多路復(fù)用單元與第一光電耦合器連接，第一光電耦合器與聲卡連接，第二光電耦合器與時(shí)分多路復(fù)用單元連接，第三光電耦合器與信號(hào)放大器連接，處理器通過總線與聲卡、第二光電耦合器、第三光電耦合器連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器為壓力 傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、聲電傳感器、化學(xué)電傳感器或磁 電傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述屏蔽罩為 六面外表鍍金金屬板或鍍銀金屬板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光電耦合 器的元件腳與時(shí)分多路復(fù)用單元的元件腳涂敷有絕緣隔層的導(dǎo)電漆。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電腦內(nèi)置式信號(hào)放大器與聲卡采集多道生物信號(hào)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于采集生物信號(hào)的傳感器、用于放大生物信號(hào)的信號(hào)放大器、用于處理信號(hào)放大器的放大信號(hào)的時(shí)分多路復(fù)用單元、用于將復(fù)用信號(hào)發(fā)送到聲卡的第一光電耦合器、用于對(duì)復(fù)用信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的聲卡、用于向時(shí)分多路復(fù)用單元發(fā)送控制信號(hào)的第二光電耦合器、用于向信號(hào)放大器發(fā)送控制信號(hào)的第三光電耦合器、用于控制采集系統(tǒng)運(yùn)行的處理器，信號(hào)放大器和時(shí)分多路復(fù)用單元置于屏蔽罩中。本發(fā)明的系統(tǒng)成本低、誤差小、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率高。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101683259SQ200810198708
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者張新云, 梁志偉, 王永運(yùn), 蔡立民, 賴小平, 阮永隊(duì), 陸妍靈 申請(qǐng)人:東莞廣州中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥數(shù)理工程研究院