CN106992767B - 一种合成式心电信号发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种合成式心电信号发生器，属于医疗仪器技术领域。本发明包括电源模块、振荡模块、信号适配模块、信号合成模块；电源模块通过开关升压器将电池的1.5V升压至+5V作为信号发生器的电源供电，振荡模块的振荡信号经分频输出16Hz信号送给信号合成模块，信号适配模块将信号合成模块输出的心电信号进行衰减，信号合成模块在振荡模块的16Hz信号脉冲作用下产生高电平脉冲，再经电阻、电容、二极管的叠加、滤波、整形后合成心电信号。本发明电路简单、可靠性高、精度高、功耗低、体积小、价格便宜，可用于心电图机，监护仪的维修、报警设置的检验和心电图机、监护仪导联电缆线的测试以及医学教学研究场合中。

Description

一种合成式心电信号发生器
技术领域
本发明涉及一种合成式心电信号发生器，属于医疗仪器技术领域。
背景技术
心电信号发生器是一种低频信号源，广泛应用于医疗仪器维修、测试、演示和教学实验等领域。在医院，监护仪、心电图机等是临床上最常用的急救和生命的支持设备。心电图机、监护仪是直接使用在患者身上，直接联系到患者的身体健康和生命安全。当心电图机、监护仪出现故障进行维修后。为了保证监护仪、心电图机参数的准确性，一般都要检查一下各导联工作是否正常。这时可用心电信号发生器来代替人体进行初步检查，以进行调试。这样做既安全又保险，避免了用人体来做检查产生的不安全隐患。
目前我国使用的心电信号发生器，大部分是进口的，价格昂贵。而且当出现故障时，维修起来麻烦，且费用相对高。国内生产的大都由分立元件组成，其体积大，功能少，精度不高，通用性不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种合成式心电信号发生器，采用常见的电子元件、集成芯片，以石英晶体作为振荡源，精度高、功耗低、体积小、成本低、可靠性高。解决了分立元件组成心电信号发生器存在的体积大，功能少，精度不高，通用性不好，维修不便等问题。
本发明技术方案是：一种合成式心电信号发生器，包括电源模块1、振荡模块2、信号适配模块3、信号合成模块4；
所述电源模块1通过开关升压器将电池的1.5V升压至+5V作为信号发生器的电源供电，
所述振荡模块2的振荡信号经分频输出16Hz信号送给信号合成模块4，作信号合成模块4的时钟；同时分别输出2Hz、1Hz、0.5Hz经心率控制开关供给信号合成模块4，分别用于产生30次/分、60次/分和120次/分三种心电信号；
所述信号适配模块3由电阻构成分压器，将信号合成模块4输出的心电信号进行衰减，并以LA、RA、RL的形式输出心电信号；其中LA为心电左手臂信号输出端LA，RA为心电右手臂信号输出端、RL为心电右腿驱动信号输出端；
所述信号合成模块4在振荡模块2的16Hz信号脉冲作用下产生高电平脉冲，再经电阻、电容、二极管的叠加、滤波、整形后合成心电信号。
所述电源模块1包括升压芯片UP(MAX1724EZK50)、升压电感L1、滤波电容器CP1、滤波电容器CP2、电源开关SW1和电池BAT1；
所述电源模块1中电池BAT1的正极经电源开关SW1分别与滤波电容器CP1的正极、升压芯片UP的1脚和3脚、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与升压芯片UP的5脚连接，升压芯片UP的4脚与滤波电容器CP2的正极连接并接+5V，电池BAT1的负极、滤波电容器CP1的负极、升压芯片UP的2脚、滤波电容器CP2的负极均接地。
所述振荡模块2包括4060芯片U1、晶体X1(8192Hz)、电容C1、电容C2、电阻R1和心率控制开关SW2；
所述振荡模块2中芯片U1的16脚接+5V、8脚接地、芯片U1的12脚接地，电容C1的一端和电容C2的一端接地，电容C1的另一端和电容C2的一另端分别与晶体X1的两端连接再与电阻R1并联后分别接到芯片U1的11脚和10脚上，U1的13脚与信号合成模块4连接，U1的1、2、3脚分别与开关SW2的三个掷向相连，SW2的刀端与信号合成模块4相连接。
所述信号适配模块3包括心电左手臂信号输出端LA、心电右手臂信号输出端RA、心电右腿驱动信号输出端RL、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15；
信号适配模块3中电阻R12的一端与电阻R13的一端相连后再接到心电右腿驱动信号输出端RL上、电阻R12的另一端与电阻R15的一端相连后再与信号合成模块4中的输出端连接，电阻R13的另一端接地、电阻R15的另一端与电阻R14的一端连接后再接到心电左手臂信号输出端LA上，电阻R14的另一端接地，心电右手臂信号输出端RA接地。
所述信号合成模块4包括芯片U2、发光二极管LR、二极管D1、二极管D2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C5；
信号合成模块4中芯片U2的16脚接+5V、8脚接地、14脚与振荡模块2中的芯片U1的13脚连接，U2的13脚与其11脚相接后再与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，电容C3的一端与振荡模块2中的心率控制开关SW2刀端连接，电容C3的另一端与电阻R2的一端及二极管D1的正极连接，电阻R2的另一端接地，二极管D1的负极与电阻R3的一端及芯片U2的15脚连接，电阻R3的另一端接地，芯片U2的4脚、1脚、6脚分另与电阻R6、电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R6、电阻R7、电阻R8的另一端连接在一起后再与电阻R10、电容C5的一端相连，电容C5的另一端接地，电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接后作为信号合成模块4的输出，R11的另一端与电阻R9的一端、二极管D2的负极、电容C4的一端连接，电阻R9的另一端及二极管D2的正极接地，电容C4的另一端与电阻R5的一端及芯片U2的10脚连接，电阻R5的另一端与发光二极管LR的正极连接、发光二极管LR的负极接地。
本发明的有益效果是：本发明电路简单、可靠性高、精度高、功耗低、体积小、价格便宜。采用石英晶体作这振荡器、用集成芯片进行信号处理、采用1.5V电池供电，可输出30次/分、60次/分和120次/分三种心率信号，并带有R波信号输出及指示LED，可用于心电图机，监护仪的维修、报警设置的检验和心电图机、监护仪导联电缆线的测试以及医学教学研究场合中。
附图说明
图1是本发明电源模块电路原理图；
图2是本发明振荡模块电路原理图；
图3是本发明信号适配模块电路原理图；
图4是本发明信号合成模块电路原理图；
图5是本发明电路原理图；
图6是本发明合成式心电信号发生器输出波形图(60次/分，R波1.5mV)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种合成式心电信号发生器，包括电源模块1、振荡模块2、信号适配模块3、信号合成模块4；所述电源模块1通过开关升压器将电池的1.5V升压至+5V作为信号发生器的电源供电(具体是作为振荡模块2和信号合成模块4中的4060、4017芯片供电)，所述振荡模块2的振荡信号经分频输出16Hz信号送给信号合成模块4，作信号合成模块4的时钟；同时分别输出2Hz、1Hz、0.5Hz经心率控制开关供给信号合成模块4，分别用于产生30次/分、60次/分和120次/分三种心电信号；所述信号适配模块3由电阻构成分压器，将信号合成模块4输出的心电信号进行衰减，并以LA、RA、RL的形式输出心电信号；其中LA为心电左手臂信号输出端LA，RA为心电右手臂信号输出端、RL为心电右腿驱动信号输出端；所述信号合成模块4在振荡模块2的16Hz信号脉冲作用下产生高电平脉冲，再经电阻、电容、二极管的叠加、滤波、整形后合成心电信号。
作为本发明的优选方案，具体的电源模块1、振荡模块2、信号适配模块3、信号合成模块4可以采用如下的设计：
所述电源模块1包括升压芯片UP(MAX1724EZK50)、升压电感L1、滤波电容器CP1、滤波电容器CP2、电源开关SW1和电池BAT1；
所述电源模块1中电池BAT1(1.5V)的正极经电源开关SW1分别与滤波电容器CP1的正极、升压芯片UP的1脚和3脚、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与升压芯片UP的5脚连接，升压芯片UP的4脚与滤波电容器CP2的正极连接并接+5V，电池BAT1的负极、滤波电容器CP1的负极、升压芯片UP的2脚、滤波电容器CP2的负极均接地。
电源模块1将电池BAT1的1.5V通过升压芯片UP(MAX1724EZK50)升压至+5V作为信号发生器的电源供电。
所述振荡模块2包括芯片U1(4060)、晶体X1(8192Hz)、电容C1、电容C2、电阻R1和心率控制开关SW2；
所述振荡模块2中芯片U1的16脚接+5V、8脚接地、芯片U1的12脚接地，电容C1的一端和电容C2的一端接地，电容C1的另一端和电容C2的一另端分别与晶体X1的两端连接再与电阻R1并联后分别接到芯片U1的11脚和10脚上，U1的13脚与信号合成模块4连接，U1的1、2、3脚分别与开关SW2的三个掷向相连，SW2的刀端与信号合成模块4相连接。
振荡模块2中晶体X1(8192Hz)信号经芯片U1分频从13脚输出16Hz信号供信号合成模块4使用；其1、2、3脚输出分别输出2Hz、1Hz、0.5Hz经SW2供给信号合成模块4产生30次/分、60次/分和120次/分三种心率信号。
所述信号适配模块3包括心电左手臂信号输出端LA、心电右手臂信号输出端RA、心电右腿驱动信号输出端RL、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15；
信号适配模块3中电阻R12的一端与电阻R13的一端相连后再接到心电右腿驱动信号输出端RL上、电阻R12的另一端与电阻R15的一端相连后再与信号合成模块4中的输出端连接(电阻R10与电阻R11的连接端)，电阻R13的另一端接地、电阻R15的另一端与电阻R14的一端连接后再接到心电左手臂信号输出端LA上，电阻R14的另一端接地，心电右手臂信号输出端RA接地。
信号适配模块3中由电阻构成分压器，将信号衰减约53dB，使R波的幅值在1.5mV左右并以LA、RA、RL的形式输出心电信号(可采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联)。
所述信号合成模块4包括芯片U2、发光二极管LR、二极管D1、二极管D2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C5；
信号合成模块4中芯片U2的16脚接+5V、8脚接地、14脚与振荡模块2中的芯片U1的13脚连接，U2的13脚与其11脚相接后再与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，电容C3的一端与振荡模块2中的心率控制开关SW2刀端连接，电容C3的另一端与电阻R2的一端及二极管D1的正极连接，电阻R2的另一端接地，二极管D1的负极与电阻R3的一端及芯片U2的15脚连接，电阻R3的另一端接地，芯片U2的4脚、1脚、6脚分另与电阻R6、电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R6、电阻R7、电阻R8的另一端连接在一起后再与电阻R10、电容C5的一端相连，电容C5的另一端接地，电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接后作为信号合成模块4的输出，R11的另一端与电阻R9的一端、二极管D2的负极、电容C4的一端连接，电阻R9的另一端及二极管D2的正极接地，电容C4的另一端与电阻R5的一端及芯片U2的10脚连接，电阻R5的另一端与发光二极管LR的正极连接、发光二极管LR的负极接地。
信号合成模块4中芯片U2在16Hz的时钟脉冲作用下Q0－Q9输出端依产生一系列高电平脉冲，选取Q2、Q4、Q5、Q7的波形经电阻、电容、二极管的叠加、滤波、整形后合成心电信号，芯片U2的MR端引入复位脉冲，可控制心率，发光二极管(LED)LR可指示R波信号。
本发明的工作原理是：
心电信号波形是复杂的，它由P，Q，R，S，T,U波形信号组合而成。而且P，Q，R，S，T,U波是在不同的区段按一定的顺序组合在一起。用一个脉冲顺序发生器就可以完成序列组合的工作，这里采用芯片U1(4060)和芯片U2(4017)来实现。
首先，由U1中的振荡器产生振荡信号(8192Hz)经分频从13脚输出16Hz信号供信号合成模块4使用中的U2使用；其1、2、3脚输出分别输出2Hz、1Hz、0.5Hz经SW2供给信号合成模块4产生30次/分、60次/分和120次/分三种心率信号。
然后，在加到U2上14脚的16Hz脉冲的作用下，U2 4017的Q0－Q9依次出现高电平，选取Q2、Q4、Q5、Q7的波形经电阻、电容、二极管的叠加、滤波、整形后合成心电信号，其中Q2的波形经电阻R6、电容C5滤波形成P波；Q4的波形经电阻R9、电容C4微分、再由二极管D2取其正脉冲后得到R波；Q5的波形经电阻R7、电容C5滤波形成T波；Q7的波形经电阻R8、电容C5滤波形成U波，最后经电阻R10、电阻R11合成完整的心电波形信号。
当芯片U2的Q9为高电平时与之相连接的E端也为高电平，U2停止工作，完成一个周期的心电信号波形输出；只有当复位脉冲重新到达U2的MR端(15脚)时，U2再开始工作，如此循环，就像人的心脏有节律性的跳动。
因此MR端引入复位脉冲的频率可控制心率，复位脉冲由WS2选择2Hz、1Hz或0.5H的波形经电容C3、电阻R2、二极管D1、电阻R3处理后获得。可产生30次/分、60次/分和120次/分三种心率的控制信号。
发光二极管(LED)LR可指示R波信号。与电阻R5相连的发光二极管(LED)LR，在工作期间闪光，其闪光频率的快慢，代表了心跳的快慢。
信号适配模块3由电阻构成分压器，将信号衰减约53dB，使R波的幅值在1.5mV左右(R波的典型值)并以LA、RA、RL的形式输出心电信号(可采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联测量)，如图6所示，即为合成式心电信号发生器输出波形图(60次/分，R波1.5mV)。
电源模块1通过UP(MAX1724EZK50DC－DC开关升压器)将电池BAT1的1.5V升压至+5V作为信号发生器的电源供电。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种合成式心电信号发生器，其特征在于：包括电源模块（1）、振荡模块（2）、信号适配模块（3）、信号合成模块（4）；
所述电源模块（1）通过开关升压器将电池的1.5V升压至+5V作为信号发生器的电源供电，
所述振荡模块（2）的振荡信号经分频输出16Hz信号送给信号合成模块（4），作信号合成模块（4）的时钟；同时分别输出2Hz、1Hz、0.5 Hz经心率控制开关供给信号合成模块（4），分别用于产生30次/分、60次/分和120次/分三种心电信号；
所述信号适配模块（3）由电阻构成分压器，将信号合成模块（4）输出的心电信号进行衰减，并以LA、RA、RL的形式输出心电信号；其中LA为心电左手臂信号输出端LA，RA为心电右手臂信号输出端、RL为心电右腿驱动信号输出端；
所述信号合成模块（4）在振荡模块（2）的16Hz信号脉冲作用下产生高电平脉冲，再经电阻、电容、二极管的叠加、滤波、整形后合成心电信号；
所述振荡模块（2）包括4060芯片U1、8192Hz晶体X1、电容C1、电容C2、电阻R1和心率控制开关SW2；
所述振荡模块（2）中芯片U1的16脚接+5V、8脚接地、芯片U1的12脚接地，电容C1的一端和电容C2的一端接地，电容C1的另一端和电容C2的一另端分别与晶体X1的两端连接再与电阻R1并联后分别接到芯片U1的11脚和10脚上，U1的13脚与信号合成模块（4）连接，U1的1、2、3脚分别与开关SW2的三个掷向相连，SW2的刀端与信号合成模块（4）相连接；
所述信号合成模块（4）包括4017芯片U2、发光二极管LR、二极管D1、二极管D2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C5；
信号合成模块（4）中芯片U2的16脚接+5V、8脚接地、14脚与振荡模块（2）中的芯片U1的13脚连接，U2的13脚与其11脚相接后再与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，电容C3的一端与振荡模块（2）中的心率控制开关SW2刀端连接，电容C3的另一端与电阻R2的一端及二极管D1的正极连接，电阻R2的另一端接地，二极管D1的负极与电阻R3的一端及芯片U2的15脚连接，电阻R3的另一端接地，芯片U2的4脚、1脚、6脚分另与电阻R6、电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R6、电阻R7、电阻R8的另一端连接在一起后再与电阻R10、电容C5的一端相连，电容C5的另一端接地，电阻R10的另一端与电阻R11的一端连接后作为信号合成模块（4）的输出，R11的另一端与电阻R9的一端、二极管D2的负极、电容C4的一端连接，电阻R9的另一端及二极管D2的正极接地，电容C4的另一端与电阻R5的一端及芯片U2的10脚连接，电阻R5的另一端与发光二极管LR的正极连接、发光二极管LR的负极接地；
所述电源模块（1）包括升压芯片UP、升压电感L1、滤波电容器CP1、滤波电容器CP2、电源开关SW1和电池BAT1；
所述电源模块（1）中电池BAT1的正极经电源开关SW1分别与滤波电容器CP1的正极、升压芯片UP的1脚和3脚、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与升压芯片UP的5脚连接，升压芯片UP的4脚与滤波电容器CP2的正极连接并接+5V，电池BAT1的负极、滤波电容器CP1的负极、升压芯片UP的2脚、滤波电容器CP2的负极均接地。
2.根据权利要求1所述的合成式心电信号发生器，其特征在于：所述信号适配模块（3）包括心电左手臂信号输出端LA、心电右手臂信号输出端RA、心电右腿驱动信号输出端RL、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15；
信号适配模块（3）中电阻R12的一端与电阻R13的一端相连后再接到心电右腿驱动信号输出端RL上、电阻R12的另一端与电阻R15的一端相连后再与信号合成模块（4）中的输出端连接，电阻R13的另一端接地、电阻R15的另一端与电阻R14的一端连接后再接到心电左手臂信号输出端LA上，电阻R14的另一端接地，心电右手臂信号输出端RA接地。
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