弱生理信號低倍率放大裝置制造方法
【專利摘要】一種弱生理信號低倍率放大裝置，包括：包括：在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊(1)，低倍率直流放大模塊、信號采集轉換模塊(2)、電磁隔離模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)，信號處理單元(13)，顯示模塊(14)，檢測電極(11)。
【專利說明】弱生理信號低倍率放大裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種弱生理信號低倍率放大裝置。
【背景技術】
[0002]生理信號提取技術已經(jīng)廣泛應用臨床和研究，但它存在以下缺點:1.信號提取采用交流放大，使得提取頻帶受到限制，不利于研究信號的本質。2.目前，信號提取采用通道切換技術，使得通道隔離度低；直流跳變和交流耦合的因素，使得信號平穩(wěn)時間加長。具體體現(xiàn)在:皮膚生理電信號具有頻率低、幅度弱、輸出阻抗大、易受干擾的特點，對提取放大系統(tǒng)有較高的要求。如心電信號，幅度為10uV — 5mV，頻率為0.05~100Hz，所以極易受環(huán)境的影響。腦電信號比心電還要弱100倍，一般只有50μν左右，幅值范圍為5μν~ΙΟΟμν，頻率分 δ 波段((1-4Ηζ)，Θ 波段(5-7Ηζ)，α -1 波段(8-ΙΟΗζ)，α -2 波段(11_12Ηζ, β _1波段(13-18Ηζ)，β_2波段(19-31Ηζ)以及、波段(大于31ΗΖ)。傳統(tǒng)的生理電放大器結構為緩沖級、儀表放大級、高通濾波級、主放大級、低通濾波級。其中主放大級，一般為多級放大，需要放大器數(shù)量多，功耗增大、系統(tǒng)可靠性降低、噪聲引入途徑多。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明提出一種基于直流放大和并行采集的低倍率放大裝置，該裝置改變目前通用的生理信號采集放大模式，在生理信號采集前端利用低至20倍的直流放大技術進行信號放大，最大可能地保留弱生理信息，運用多通道并行采集技術，實現(xiàn)真正沒有通道切換帶來的時域相變，通過數(shù)學計算，實現(xiàn)軟件共模抑制比。其次通過數(shù)字濾波器，其優(yōu)點是穩(wěn)定度高、一致性好、信號同步。另外，系統(tǒng)的組成減少器件數(shù)量，功耗降低、EMC性能好，系統(tǒng)更加可靠。運用一級直流放大，把所有信息全部采集，設計精密的數(shù)字濾波器和數(shù)字差分算法，提取有用的生理信號。這種一級直流放大和高分辨率模數(shù)轉換技術，為并行多通道生理信號提取提供了可能。這種設計技術，節(jié)約了大量放大器，同時減少了阻容器件，降低了功耗，電路噪聲減少了引入途徑，一定范圍提高了信噪比。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的弱生理信號低倍率放大裝置包括:在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊(1)，低倍率直流放大模塊、信號采集轉換模塊(2)、電磁隔離模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)，信號處理單元(13)，顯示模塊(14)，檢測電極(11)，其特征在于:所述檢測電極(11)為生理信號傳感器，所述在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊用于檢測所述檢測電極(11)與皮膚是否實現(xiàn)充分接觸，以決定是否進行生理信號的采集，所述低倍率直流放大模塊包括單極性直流放大模塊(9)和雙極性直流放大模塊(10)，所述單極性直流放大模塊(9)用于放大所采集的腦電信號，所述雙極性直流放大模塊(10)用于放大所采集的心電信號，所述信號采集轉換模塊(2)包括多個數(shù)模轉換模塊Α/D和第一中央處理單元(22)，所述多個數(shù)模轉換模塊用于將采集的模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后經(jīng)第一中央處理單元(22)處理之后傳送至所述數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)，所述電磁隔離模塊用于實現(xiàn)信號采集模塊(2)與數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)之間的雙向電磁隔離， 所述數(shù)據(jù)傳輸模塊將接收到的信號分別傳送至信號處理單元(13)和顯示模塊(14)。
[0005]在所述在檢測電極和皮膚之間增加導電膏或進行皮膚表面處理，以減小接觸電阻。
[0006]所述檢測電極包括Ag或AgCl電極。
[0007]所述多個數(shù)模轉換模塊的數(shù)量為40個，能夠對40路信號進行同步采集，實現(xiàn)信號之間相互組計算。
[0008]所述所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括高速USB2.0數(shù)據(jù)傳輸模塊，其為CY7C68013接口芯片，其具480MHz的傳輸能力。
[0009]所述數(shù)據(jù)傳輸模塊7與顯示模塊(14)通過RS232進行連接。
[0010]所述信號采集模塊(2)具有輸出PWM的端口，所輸出的PWM信號經(jīng)過電平轉化單元(8)后轉換為供在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊使用的正弦信號。
[0011]所述電磁隔離模塊包括磁隔離模塊(5)和電隔離模塊(6)。
[0012]所述數(shù)模轉換模塊的時鐘頻率為7.168MHz。
[0013]為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術內(nèi)容，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細描述，將使本發(fā)明的技術方案及其它有益效果顯而易見。
[0015]圖1為本發(fā)明弱生理信號低倍率放大裝置的組成示意圖；
[0016]圖2為單極性放大模塊同相放大結構示意圖；
[0017]圖3為單極性放大模塊的電原理示意圖；
[0018]圖4為儀表放大器AD620的放大原理示意圖；
[0019]圖5為雙極性放大模塊的放大原理示意圖；
[0020]圖6為在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0021]為更進一步闡述本發(fā)明所采取的技術手段及其效果，以下結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其附圖進行詳細描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的弱生理信號低倍率放大裝置包括:在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊1，低倍率直流放大模塊、信號采集轉換模塊2、電磁隔離模塊5和6，數(shù)據(jù)傳輸模塊7，信號處理單元13，以及顯示模塊14。
[0023]該裝置 還包括Ag或AgCl檢測電極11，也即生理信號傳感器。電極一皮膚接觸阻抗的大小影響著腦電、心電等生理信號的質量，過大容易引入50Hz干擾，生理信號的幅度也減小。在線阻抗檢測是通過給電極一皮膚接觸面施加交流電流，檢測電極一皮膚接觸面反應的電壓信號，計算R = U/I。如果阻抗過大，就要增加導電膏或進行皮膚表面處理(用砂紙打磨角質層)，以減小接觸電阻。這種在正式記錄前，直接客觀的觀測接觸阻抗，保障了記錄信號的信噪比。
[0024]在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊1用于檢測Ag或AgCl檢測電極11與皮膚是否實現(xiàn)充分接觸，以決定是否進行信號的采集。依靠由信號采集轉換模塊2和電平轉化單元8提供的正弦信號可穩(wěn)定的實現(xiàn)該檢測。使用正弦信號進行接觸的檢測屬于現(xiàn)有技術的內(nèi)容，在此無須進行更加詳細的說明。在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊的電路構造如圖6所示。
[0025]低倍率直流放大模塊包括單極性直流放大模塊9和雙極性直流放大模塊10，直流放大，反應了更寬的生理信號可以記錄，能夠更真實地反應信號的成份。其次避免象交流放大因阻容網(wǎng)絡參數(shù)精度不一致帶來的信號失真。同相直流放大，提高了放大器的輸入阻抗。生理電信號一般通過金屬拾取，在與皮膚接觸時會產(chǎn)生極化直流電位，一般在百mV以上，而模數(shù)轉換范圍±2.5V，因而采用低倍率放大。低倍率放大，放大系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，反應快，沒有AC放大時間常數(shù)。其中的單極性直流放大模塊9用于放大腦電信號，雙極性直流放大模塊用于放大心電信號。
[0026]低倍率單極性放大原理:單極性放大器一般采用同相放大結構，如圖2所示。同相放大具有輸入阻抗Rin高的特點，適于對源阻抗高的生理信號。
【權利要求】
1.一種弱生理信號低倍率放大裝置，包括:在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊(1)，低倍率直流放大模塊、信號采集轉換模塊(2)、電磁隔離模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)，信號處理單元(13)，顯示模塊(14)，檢測電極(11)，其特征在于:所述檢測電極(11)為生理信號傳感器，所述在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊用于檢測所述檢測電極(11)與皮膚是否實現(xiàn)充分接觸，以決定是否進行生理信號的采集，所述低倍率直流放大模塊包括單極性直流放大模塊(9)和雙極性直流放大模塊(10)，所述單極性直流放大模塊(9)用于放大所采集的腦電信號，所述雙極性直流放大模塊(10)用于放大所采集的心電信號，所述信號采集轉換模塊(2)包括多個數(shù)模轉換模塊A/D和第一中央處理單元(22)，所述多個數(shù)模轉換模塊用于將采集的模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后經(jīng)第一中央處理單元(22)處理之后傳送至所述數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)，所述電磁隔離模塊用于實現(xiàn)信號采集模塊(2)與數(shù)據(jù)傳輸模塊(7)之間的雙向電磁隔離，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊將接收到的信號分別傳送至信號處理單元(13)和顯示模塊(14)。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述在檢測電極和皮膚之間增加導電膏或進行皮膚表面處理，以減小接觸電阻。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測電極包括Ag或AgCl電極。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個數(shù)模轉換模塊的數(shù)量為40個，能夠對40路信號進行同步采集，實現(xiàn)信號之間相互組計算。
5.如權利要求1所述的裝置，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括高速USB2.0數(shù)據(jù)傳輸模塊，其為CY7C68013接口芯片，其具480MHz的傳輸能力。
6.如權利要求1所述的裝置，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊7與顯示模塊(14)通過RS232進行連接。
7.如權利要求1所述的裝置， 所述信號采集模塊(2)具有輸出PWM的端口，所輸出的PWM信號經(jīng)過電平轉化單元(8)后轉換為供在線阻抗檢測網(wǎng)絡模塊使用的正弦信號。
8.如權利要求1所述的裝置，所述電磁隔離模塊包括磁隔離模塊(5)和電隔離模塊(6)。
9.如權利要求1或4所述的裝置，所述數(shù)模轉換模塊的時鐘頻率為7.168MHz。
【文檔編號】A61B5/04GK103654766SQ201310567024
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權日:2013年11月15日
【發(fā)明者】郭建平, 嚴洪, 姚宇華, 衛(wèi)毅, 殷學民, 張喆, 陳浩 申請人:中國航天員科研訓練中心