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低噪聲便攜式的心電監測儀設計和實現

作者: 時間:2016-11-29 來源:網絡 收藏

  

  當f0=50 Hz時,C和R分別取O.068μF和47 kΩ;f0=100 Hz時,C和R分別取O.068μF和24 kΩ。

  圖4為式(1)傳遞函數的Filterlab 2.0的仿真結果。由此可以看出陷波電路設計符合要求。

  

  2.6.2 帶通濾波電路

  濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波,一般由電抗元件組成,如在負載電阻兩端并聯電容器C,或與負載串聯電感器L,以及由電容,電感組成而成的各種復式濾波電路。濾波是信號處理中的一個重要概念。濾波分經典濾波和現代濾波。經典濾波的概念,是根據傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據高等數學理論,任何一個滿足一定條件的信號,都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說,就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的,組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過,而阻止另一部分頻率成分通過的電路,叫做經典濾波器或濾波電路。

  帶通濾波器電路如圖5所示,采用的是帶反饋的有源濾波器。該電路前半部分是0.05 Hz的高通濾波器,后半部分為100 Hz的低通濾波器。

  

  高通濾波器的傳遞函數:

  

  各電阻電容值的選取,除了能夠濾波以外還具有放大作用。以上全部電路所用的放大器均是TI公司的OPA2137。

  圖6是Matlab的濾波仿真結果,從圖中可以看出,信號在50 Hz處被很好地抑制了,濾波的效果非常理想,完全可以達到臨床實用的要求。

  

  濾波器對最終信號的質量尤為重要,由于濾波器的性能對元器件的誤差相當靈敏,因此在這一級的設計中需要選用穩定而精密的阻容原件,可串聯精密電位器以獲得較好的效果。

  3 結 語

  電路中各濾波器的性能與濾波器的參數有直接關系,需經過正確計算。陷波器雙T型網絡中的電阻和電容需要精確匹配,以保證雙T網絡的對稱,否則陷波深度會受影響。變阻器如何調節將會影響波形的好壞,可在實驗中調試得出。

  圖7是實際電路測試的結果(縱坐標為μV),可以看到該電路較好地完成了對心電的降噪。當然,在降噪過程中還可以增加屏蔽技術,以進一步減少外部信號的干擾。帶通濾波器還可以設計成只帶一個放大器的濾波器,使電路更為簡單,但是精確率可能會降低。

  

  要想獲得清晰穩定的心電信號,心電放大器中前置放大器與濾波器的設計很關鍵,特別是50 Hz的帶阻濾波器尤其重要。本文設計的以AD620型運放構成的心電放大器可實現輸出電壓高增益、低噪聲、高靈敏度,保證心電信號清晰穩定,按上述設計制作出的監護儀體積小、耗電少、攜帶方便、工作正常。經實測輸出心電波形基本無失真,P波、T波都能得到真實顯示。特別是該電路抗50 Hz陷波性能好,信號中基本看不到寄生工頻干擾。電路穩定性好,即使電極脫落,基線亦無明顯漂移。滿足家居監護以及病理分析的要求。

  作為便攜式監護儀器,硬件結構簡單、體積便于攜帶是其自身固有的特點。本文針對這些特點,心電信號采集存儲和數據處理從節省電能和成本方面考慮采用MSP430單片機。為使濾波函數得以更好地實現,可采用具有運算速度快和浮點運算優點的DSP芯片進行改進,使采集的信號失真更小,保真度更高,對ECG信號的采集準確率大大提高,但DSP昂貴的價格會使成本提高。


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