弱生理信号低倍率放大装置制造方法
【专利摘要】一种弱生理信号低倍率放大装置，包括：包括：在线阻抗检测网络模块(1)，低倍率直流放大模块、信号采集转换模块(2)、电磁隔离模块，数据传输模块(7)，信号处理单元(13)，显示模块(14)，检测电极(11)。
【专利说明】弱生理信号低倍率放大装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种弱生理信号低倍率放大装置。
【背景技术】
[0002]生理信号提取技术已经广泛应用临床和研究，但它存在以下缺点:1.信号提取采用交流放大，使得提取频带受到限制，不利于研究信号的本质。2.目前，信号提取采用通道切换技术，使得通道隔离度低；直流跳变和交流耦合的因素，使得信号平稳时间加长。具体体现在:皮肤生理电信号具有频率低、幅度弱、输出阻抗大、易受干扰的特点，对提取放大系统有较高的要求。如心电信号，幅度为10uV — 5mV，频率为0.05~100Hz，所以极易受环境的影响。脑电信号比心电还要弱100倍，一般只有50μν左右，幅值范围为5μν~ΙΟΟμν，频率分 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)。传统的生理电放大器结构为缓冲级、仪表放大级、高通滤波级、主放大级、低通滤波级。其中主放大级，一般为多级放大，需要放大器数量多，功耗增大、系统可靠性降低、噪声引入途径多。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种基于直流放大和并行采集的低倍率放大装置，该装置改变目前通用的生理信号采集放大模式，在生理信号采集前端利用低至20倍的直流放大技术进行信号放大，最大可能地保留弱生理信息，运用多通道并行采集技术，实现真正没有通道切换带来的时域相变，通过数学计算，实现软件共模抑制比。其次通过数字滤波器，其优点是稳定度高、一致性好、信号同步。另外，系统的组成减少器件数量，功耗降低、EMC性能好，系统更加可靠。运用一级直流放大，把所有信息全部采集，设计精密的数字滤波器和数字差分算法，提取有用的生理信号。这种一级直流放大和高分辨率模数转换技术，为并行多通道生理信号提取提供了可能。这种设计技术，节约了大量放大器，同时减少了阻容器件，降低了功耗，电路噪声减少了引入途径，一定范围提高了信噪比。
[0004]为实现上述目的，本发明的弱生理信号低倍率放大装置包括:在线阻抗检测网络模块(1)，低倍率直流放大模块、信号采集转换模块(2)、电磁隔离模块，数据传输模块(7)，信号处理单元(13)，显示模块(14)，检测电极(11)，其特征在于:所述检测电极(11)为生理信号传感器，所述在线阻抗检测网络模块用于检测所述检测电极(11)与皮肤是否实现充分接触，以决定是否进行生理信号的采集，所述低倍率直流放大模块包括单极性直流放大模块(9)和双极性直流放大模块(10)，所述单极性直流放大模块(9)用于放大所采集的脑电信号，所述双极性直流放大模块(10)用于放大所采集的心电信号，所述信号采集转换模块(2)包括多个数模转换模块Α/D和第一中央处理单元(22)，所述多个数模转换模块用于将采集的模拟信号转换为数字信号，然后经第一中央处理单元(22)处理之后传送至所述数据传输模块(7)，所述电磁隔离模块用于实现信号采集模块(2)与数据传输模块(7)之间的双向电磁隔离， 所述数据传输模块将接收到的信号分别传送至信号处理单元(13)和显示模块(14)。
[0005]在所述在检测电极和皮肤之间增加导电膏或进行皮肤表面处理，以减小接触电阻。
[0006]所述检测电极包括Ag或AgCl电极。
[0007]所述多个数模转换模块的数量为40个，能够对40路信号进行同步采集，实现信号之间相互组计算。
[0008]所述所述数据传输模块包括高速USB2.0数据传输模块，其为CY7C68013接口芯片，其具480MHz的传输能力。
[0009]所述数据传输模块7与显示模块(14)通过RS232进行连接。
[0010]所述信号采集模块(2)具有输出PWM的端口，所输出的PWM信号经过电平转化单元(8)后转换为供在线阻抗检测网络模块使用的正弦信号。
[0011]所述电磁隔离模块包括磁隔离模块(5)和电隔离模块(6)。
[0012]所述数模转换模块的时钟频率为7.168MHz。
[0013]为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图，通过对本发明的【具体实施方式】详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0015]图1为本发明弱生理信号低倍率放大装置的组成示意图；
[0016]图2为单极性放大模块同相放大结构示意图；
[0017]图3为单极性放大模块的电原理示意图；
[0018]图4为仪表放大器AD620的放大原理示意图；
[0019]图5为双极性放大模块的放大原理示意图；
[0020]图6为在线阻抗检测网络模块的电路结构图。
【具体实施方式】
[0021]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
[0022]如图1所示，本发明的弱生理信号低倍率放大装置包括:在线阻抗检测网络模块1，低倍率直流放大模块、信号采集转换模块2、电磁隔离模块5和6，数据传输模块7，信号处理单元13，以及显示模块14。
[0023]该装置 还包括Ag或AgCl检测电极11，也即生理信号传感器。电极一皮肤接触阻抗的大小影响着脑电、心电等生理信号的质量，过大容易引入50Hz干扰，生理信号的幅度也减小。在线阻抗检测是通过给电极一皮肤接触面施加交流电流，检测电极一皮肤接触面反应的电压信号，计算R = U/I。如果阻抗过大，就要增加导电膏或进行皮肤表面处理(用砂纸打磨角质层)，以减小接触电阻。这种在正式记录前，直接客观的观测接触阻抗，保障了记录信号的信噪比。
[0024]在线阻抗检测网络模块1用于检测Ag或AgCl检测电极11与皮肤是否实现充分接触，以决定是否进行信号的采集。依靠由信号采集转换模块2和电平转化单元8提供的正弦信号可稳定的实现该检测。使用正弦信号进行接触的检测属于现有技术的内容，在此无须进行更加详细的说明。在线阻抗检测网络模块的电路构造如图6所示。
[0025]低倍率直流放大模块包括单极性直流放大模块9和双极性直流放大模块10，直流放大，反应了更宽的生理信号可以记录，能够更真实地反应信号的成份。其次避免象交流放大因阻容网络参数精度不一致带来的信号失真。同相直流放大，提高了放大器的输入阻抗。生理电信号一般通过金属拾取，在与皮肤接触时会产生极化直流电位，一般在百mV以上，而模数转换范围±2.5V，因而采用低倍率放大。低倍率放大，放大系统的稳定性高，反应快，没有AC放大时间常数。其中的单极性直流放大模块9用于放大脑电信号，双极性直流放大模块用于放大心电信号。
[0026]低倍率单极性放大原理:单极性放大器一般采用同相放大结构，如图2所示。同相放大具有输入阻抗Rin高的特点，适于对源阻抗高的生理信号。
【权利要求】
1.一种弱生理信号低倍率放大装置，包括:在线阻抗检测网络模块(1)，低倍率直流放大模块、信号采集转换模块(2)、电磁隔离模块，数据传输模块(7)，信号处理单元(13)，显示模块(14)，检测电极(11)，其特征在于:所述检测电极(11)为生理信号传感器，所述在线阻抗检测网络模块用于检测所述检测电极(11)与皮肤是否实现充分接触，以决定是否进行生理信号的采集，所述低倍率直流放大模块包括单极性直流放大模块(9)和双极性直流放大模块(10)，所述单极性直流放大模块(9)用于放大所采集的脑电信号，所述双极性直流放大模块(10)用于放大所采集的心电信号，所述信号采集转换模块(2)包括多个数模转换模块A/D和第一中央处理单元(22)，所述多个数模转换模块用于将采集的模拟信号转换为数字信号，然后经第一中央处理单元(22)处理之后传送至所述数据传输模块(7)，所述电磁隔离模块用于实现信号采集模块(2)与数据传输模块(7)之间的双向电磁隔离，所述数据传输模块将接收到的信号分别传送至信号处理单元(13)和显示模块(14)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述在检测电极和皮肤之间增加导电膏或进行皮肤表面处理，以减小接触电阻。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测电极包括Ag或AgCl电极。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个数模转换模块的数量为40个，能够对40路信号进行同步采集，实现信号之间相互组计算。
5.如权利要求1所述的装置，所述数据传输模块包括高速USB2.0数据传输模块，其为CY7C68013接口芯片，其具480MHz的传输能力。
6.如权利要求1所述的装置，所述数据传输模块7与显示模块(14)通过RS232进行连接。
7.如权利要求1所述的装置， 所述信号采集模块(2)具有输出PWM的端口，所输出的PWM信号经过电平转化单元(8)后转换为供在线阻抗检测网络模块使用的正弦信号。
8.如权利要求1所述的装置，所述电磁隔离模块包括磁隔离模块(5)和电隔离模块(6)。
9.如权利要求1或4所述的装置，所述数模转换模块的时钟频率为7.168MHz。
【文档编号】A61B5/04GK103654766SQ201310567024
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】郭建平, 严洪, 姚宇华, 卫毅, 殷学民, 张喆, 陈浩 申请人:中国航天员科研训练中心