CN107290619B - 一种电极脱落检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极脱落检测电路，包括检测单元和缓冲放大单元；所述检测单元包括第一电阻、第二电阻、二极管和三极管；所述三极管和第一电阻用于检测电极脱落；所述第二电阻、所述三极管的集电结和所述二极管组成双向限幅电路，用于保护所述缓冲放大单元，防止所述缓冲放大单元过压损坏。采用上述方案，由于三极管具有电流放大作用，所述第一电阻只需较低阻值就可以等效于一个100M的高阻值电阻，成本低且稳定性好，能有效降低电路的成本和应用难度，提高电路的环境适应性。

Description

一种电极脱落检测电路

技术领域

本发明涉及检测电路，尤其涉及一种电极脱落检测电路。

背景技术

由于生物电信号幅度微弱、内阻较高，同时伴随着由交流电网引入的强烈的共模干扰，通过体表电极检测到的生物电信号，首先通过缓冲放大器，把高内阻的生物电信号缓冲放大成为低内阻信号源，缓冲放大器同时也用来检测电极脱落，缓冲放大器的输入电压幅度需要限制不能超过供电电压，避免缓冲放大器过压损坏。

当电极脱落时，缓冲放大器的输入端相当于悬空，此时缓冲放大器的输出状态不确定，无法准确判定电极是否脱落。目前的电极脱落检测方法有：直流耦合法、交流耦合法、交流载波法。传统的直流耦合法电路最为简单，它是在缓冲放大器的输入端，增加一个上拉或下拉电阻(100MΩ左右)。

图1是传统的电极脱落检测电路，电阻R2作为限流电阻，电阻R1作为上拉电阻，二极管D1和D2用来限制缓冲放大器A1的输入电压幅度不超过其供电电压，避免缓冲放大器过压损坏。当电极接触良好时，由于电阻R1阻值很大(100MΩ左右)，引入的偏置电流很小，不影响缓冲放大器的缓冲放大功能；当电极脱落或接触不良时，电阻R1使得缓冲放大器输出一个直流电平，指示电极脱落。

由于高阻值电阻的稳定性较差，尤其在潮湿环境，会造成电极脱落检测不可靠，现有技术需要对电路进行防潮处理才能使电极脱落检测电路在潮湿环境中保持稳定。

发明内容

本发明第一个实施例的目的是提供一种电极脱落检测电路，能有效降低电路的应用难度，提高电路的环境适应性和安全性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电极脱落检测电路，包括检测单元和缓冲放大单元；所述检测单元包括第一电阻、二极管和三极管；所述三极管的控制端连接所述电极脱落检测电路的输入端，并且所述三极管的控制端还连接到所述检测单元的输出端，所述三极管的电流输入端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端用于连接正电压，所述三极管的电流输出端用于连接负电压；所述二极管的阳极连接所述三极管的控制端且阴极用于连接所述正电压，或所述二极管的阳极用于连接所述负电压且阴极连接所述三极管的控制端；所述缓冲放大单元的输入端与所述检测单元的输出端连接，所述缓冲放大单元的输出端连接所述电极脱落检测电路的输出端。

与现有技术相比，本发明公开的一种电极脱落检测电路通过所述输入端采集电极的电流电压，在所述电极接触良好时，所述三极管控制端电流极小，所述三极管对所述检测单元的输入和输出的影响可近似忽略，所述检测单元输出端的电压通过所述放大电路放大，并由所述缓冲放大单元的输出端输出到所述电极脱落检测电路的输出端；在所述电极脱落时，所述电极脱落检测电路的输入端空置，所述缓冲放大单元输出直流电平，所述电极脱落检测电路输出直流电平；当所述电极脱落检测电路的输入端的电压过高时，所述二极管导通，所述前置电路的输出端电压下降至与所述正电压一致；当所述电极脱落检测电路的输入端的电压过低时，所述三极管等效于阴极连接所述电极脱落检测电路的输入端且阳极接地的二极管，所述电极脱落检测电路的输入端的电压上升至与所述负电压一致。在保证所述电极脱落检测电路正常检测电极电压的同时，所述电极脱落检测电路还有效降低了电路的应用难度，提高了电路的环境适应性和安全性。

本发明第二个实施例的目的是提供一种电极脱落检测电路，能有效降低电路实现难度和应用难度，提高电极脱落电极脱落检测电路的环境适应性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电极脱落检测电路，包括检测单元和缓冲放大单元；所述检测单元包括第一电阻、二极管和三极管；所述三极管的控制端连接所述电极脱落检测电路的输入端，并且所述三极管的控制端还连接到所述检测单元的输出端，所述三极管的电流输入端用于连接正电压，所述三极管的电流输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端用于连接负电压；所述二极管的阳极连接所述三极管的控制端且阴极用于连接所述正电压，或所述二极管的阳极用于连接所述负电压且阴极连接所述三极管的控制端；所述缓冲放大单元的输入端与所述检测单元的输出端连接，所述缓冲放大单元的输出端连接所述电极脱落检测电路的输出端。

与现有技术相比，本发明公开的一种电极脱落检测电路通过所述输入端采集电极的电流电压，在所述电极接触良好时，所述三极管控制端电流极小，所述三极管对所述检测单元的输入和输出的影响可近似忽略，所述检测单元输出端的电压通过所述放大电路放大，并由所述缓冲放大单元的输出端输出到所述电极脱落检测电路的输出端；在所述电极脱落时，所述电极脱落检测电路的输入端空置，所述缓冲放大单元输出直流电平，所述电极脱落检测电路输出直流电平；当所述电极脱落检测电路的输入端的电压过高时，所述二极管导通，所述前置电路的输出端电压下降至与所述正电压一致；当所述电极脱落检测电路的输入端的电压过低时，所述三极管等效于阴极连接所述电极脱落检测电路的输入端且阳极接地的二极管，所述电极脱落检测电路的输入端的电压上升至与所述负电压一致。在保证所述电极脱落检测电路正常检测电极电压的同时，所述电极脱落检测电路还有效降低了电路的应用难度，提高了电路的环境适应性和安全性。

作为上述方案的改进，所述电极脱落检测电路还包括第二电阻；所述三极管的控制端通过所述第二电阻连接所述电极脱落检测电路的输入端。

与现有技术相比，本发明公开的一种电极脱落检测电路通过在所述电极脱落检测电路的输入端与所述三极管的控制端之间串联所述第二电阻，防止所述检测单元的输入电流过大时对所述检测单元的电路造成损害，同时防止所述检测单元的输出电压过大时对所述缓冲放大单元造成损坏，提高了电路的稳定性和安全性。

作为上述方案的改进，所述三极管为PNP型三极管，所述二极管的阳极连接所述三极管的控制端，所述二极管的阴极用于连接所述正电压。

作为上述方案的改进，所述三极管为NPN型三极管，所述二极管的阴极连接所述三极管的控制端，所述二极管的阳极用于连接所述负电压。

作为上述方案的改进，所述第一电阻和所述第二电阻为同类型电阻，且所述第一电阻和所述第二电阻为碳膜电阻、金属膜电阻或碳质电阻。

作为上述方案的改进，所述第一电阻和所述第二电阻为不同类型电阻，且所述第一电阻和所述第二电阻为碳膜电阻、金属膜电阻或碳质电阻。

作为上述方案的改进，所述缓冲放大单元包括同相放大器，所述同相放大器的同相输入端连接所述放大电路的输入端，所述同相放大器的输出端连接所述缓冲放大单元的输出端。

作为上述方案的改进，所述同相放大器可以是一级放大或多级放大。

作为上述方案的改进，所述同相放大器为电压跟随器。

附图说明

图1是现有技术中一种电极脱落检测电路的电路图。

图2是本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路的电路图。

图3是本发明实施例2提供的一种电极脱落检测电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，是本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路的电路图。

本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路包括检测单元1和缓冲放大单元2。所述检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、二极管D1、三极管Q1，本实施例中，所述三极管Q1为PNP型三极管，在其他实施例中，所述三极管Q1也可以是NPN型三极管。在本实施例中，所述缓冲放大单元包括运算放大器A1，在其他实施例中，所述缓冲放大单元也可以是由多个放大器组成的放大电路，不影响本发明取得的有益效果。

下面结合图2，对本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路的连接方式进行详细的描述。

所述检测单元1的输入端连接所述电极脱落检测电路的输入端Vin，所述第二电阻R2的第一端连接所述检测单元1的输入端，所述第二电阻R2的第二端连接所述三极管Q1的控制端，即PNP型三极管的基极，所述第二电阻R2的第二端还连接到所述二极管D1的阳极，所述第一电阻R1的第二端还连接到所述检测单元1的输出端。

所述三极管Q1的电流输出端，即PNP型三极管的集电极与负电压VEE连接，所述三极管Q1的电流输入端，即PNP型三极管的发射极连接所述第一电阻R1的第一端，所述第一电阻R1的第二端连接正电压VDD。

所述二极管D1的阴极连接到所述正电压VDD。

所述运算放大器A1的同相端连接到所述缓冲放大单元2的输入端，所述运算放大器A1的反相端连接到所述运算放大器A1的输出端，所述运算放大器A1的输出端连接到所述缓冲放大单元2的输出端，构成电压跟随器，所述缓冲放大单元2的输出端还连接所述电极脱落检测电路的输出端Vout。

参考图2，在本发明实施例1提供的电极脱落检测电路中，所述电极脱落检测电路的输入端Vin电压输入以电源地作为参考；所述三极管Q1和所述第一电阻R1等效于上拉电阻。根据三极管的电流放大原理，所述第一电阻R1的电阻值只需要100MΩ/β就等效于100MΩ的上拉电阻，其中β为三极管的电流放大倍数。当电极接触良好时，所述三极管Q1饱和，由于三极管的基极电流很小，所以所述三极管Q1不影响所述电极的缓冲放大功能；当所述电极脱落时，所述缓冲放大单元2的输出端被上拉到正的直流电平。同时所述三极管Q1的集电结和所述二极管D1组成双向限幅电路，所述第二电阻R2作为限流电阻，保护所述缓冲放大单元2，避免所述缓冲放大单元过压损坏。

结合图2，对本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路的工作过程进行详细的描述。

所述电极通过所述电极脱落检测电路的输入端输入电信号，所述电信号通过所述检测单元1的输入端，从所述检测单元1的输出端输入所述缓冲放大单元2，并且经过所述缓冲放大单元2放大，从所述缓冲放大单元2的输出端输出到所述电极脱落检测电路的输出端Vout。

电极接触良好时，正常情况下，所述检测单元1的输出端的电压处于所述正电压VDD和所述负电压VEE之间，所述缓冲放大单元2的输入端的电压处于所述正电压VDD和所述负电压VEE之间。由于所述三极管Q1的控制端与所述第二电阻R2的第二端连接，所述检测单元1的输出端也与所述第二电阻R2的第二端连接，所述三极管Q1的控制端与所述检测单元1的输出端同电势，所述三极管Q1的电流输出端连接所述负电压VEE，所述三极管Q1的电流输入端通过所述第一电阻R1连接到所述正电压VDD，所述三极管Q1处于放大状态，由所述三极管Q1的发射结与所述第二电阻R2等效所述检测单元1输出端的上拉电阻，由于所述三极管Q1的发射结内阻高、控制端饱和电流小，所以对检测单元1的输出的影响可以近似忽略，同时稳定了所述检测单元1的输出电压，即稳定了缓冲放大单元2的输入电压，经过所述缓冲放大单元2的放大，由所述缓冲放大单元2的输出端输出到所述电极脱落检测电路的输出端Vout。

当电极出现脱落情况时，所述电极脱落检测电路的输入端空置，所述检测单元1的输入端为高阻态，所述缓冲放大单元2的输入端也处于高阻态，所述缓冲放大单元2的输出端向所述电极脱落检测电路的输出端Vout输出一个直流电平。

当所述电极脱落检测电路的输入端Vin的电压上升，所述检测单元1的输入端和输出端的电压升高，所述检测单元1的输出端的电压高于所述正电压VDD时，由于所述二极管D1的阳极与所述第二电阻R2的第二端连接，所述检测单元1的输出端也与所述第二电阻R2的第二端连接，所述二极管D1的阳极与所述检测单元1的输出端同电势，且所述二极管D1的阴极与所述正电压VDD连接，所述二极管D1的阳极电势高于所述二极管D1的阴极电势，故所述二极管D1导通，所述二极管D1的阳极电势趋于所述二极管D1的阴极电势，所述检测单元1的输出端的电压也同步下降至趋于所述正电压VDD。

当所述电极脱落检测电路的输入端Vin的电压下降，所述检测单元1的输入端和输出端的电压降低，所述检测单元1的输出端的电压低于所述负电压VEE时，由于所述三极管Q1的控制端与所述第二电阻R2的第二端连接，所述检测单元1的输出端也与所述第二电阻R2的第二端连接，所述三极管Q1的控制端与所述检测单元1的输出端同电势，且所述三极管Q1的电流输出端与所述负电压VEE连接，故所述三极管Q1的控制端的电势低于所述三极管Q1的电流输出端的电势，所述三极管Q1的集电结导通，所述三极管Q1的控制端的电势趋于所述三极管的电流输出端的电势，所述检测单元1的输出端的电压也上升到趋于所述负电压VEE。

本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路，通过将电极输入信号经过检测单元输入到缓冲放大单元，由所述缓冲放大单元输出到所述电极脱落检测电路的输出端，所述检测单元设有由三极管和二极管构成的双向限幅电路，防止所述缓冲放大单元的输入电压过大导致器件受损，并且由所述三极管的发射结和第一电阻作为上拉电阻稳定所述检测单元的输出端的电压，在保证所述电极脱落检测电路正常检测电极电压的同时，所述电极脱落检测电路还有效降低了电路的应用难度，提高了电路的环境适应性和安全性。

参见图3，是本发明实施例2提供的一种电极脱落检测电路的电路图。

本发明实施例2提供的一种电极脱落检测电路包括检测单元1和缓冲放大单元2。所述检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、二极管D1、三极管Q1，本实施例中，所述三极管Q1为NPN型三极管，在其他实施例中，所述三极管Q1也可以是PNP型三极管。在本实施例中，所述缓冲放大单元包括运算放大器A1，在其他实施例中，所述缓冲放大单元也可以是由多个放大器组成的放大电路，不影响本发明取得的有益效果。

下面结合图2，对本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路的连接方式进行详细的描述。

所述检测单元1的输入端连接所述电极脱落检测电路的输入端Vin，所述第二电阻R2的第一端连接所述检测单元1的输入端，所述第二电阻R2的第二端连接所述三极管Q1的控制端，即NPN型三极管的基极，所述第二电阻R2的第二端还连接到所述二极管D1的阴极，所述第一电阻R1的第二端还连接到所述检测单元1的输出端。

所述三极管Q1的电流输入端，即NPN型三极管的集电极与正电压VDD连接，所述三极管Q1的电流输出端，即NPN型三极管的发射极连接所述第一电阻R1的第一端，所述第一电阻R1的第二端连接负电压VEE。

所述二极管D1的阳极连接到所述负电压VEE。

所述运算放大器A1的同相端连接到所述缓冲放大单元2的输入端，所述运算放大器A1的反相端连接到所述运算放大器A1的输出端，所述运算放大器A1的输出端连接到所述缓冲放大单元2的输出端，构成电压跟随器，所述缓冲放大单元2的输出端还连接所述电极脱落检测电路的输出端Vout。

参考图3，在本发明实施例2提供的电极脱落检测电路中，所述电极脱落检测电路的输入端Vin电压输入以电源地作为参考；所述三极管Q1和所述第一电阻R1等效于下拉电阻。根据三极管的电流放大原理，所述第一电阻R1的电阻值只需要100MΩ/β就等效于100MΩ的下拉电阻，其中β为三极管的电流放大倍数。当电极接触良好时，所述三极管Q1饱和，由于三极管的基极电流很小，所以所述三极管Q1不影响所述电极的缓冲放大功能；当所述电极脱落时，所述缓冲放大单元2的输出端被下拉到负的直流电平。同时所述三极管Q1的集电结和所述二极管D1组成双向限幅电路，所述第二电阻R2作为限流电阻，保护所述缓冲放大单元2，避免所述缓冲放大单元过压损坏。

结合图3，对本发明实施2提供的一种电极脱落检测电路的工作过程进行详细的描述。

所述电极通过所述电极脱落检测电路的输入端输入电信号，所述电信号通过所述检测单元1的输入端，从所述检测单元1的输出端输入所述缓冲放大单元2，并且经过所述缓冲放大单元2放大，从所述缓冲放大单元2的输出端输出到所述电极脱落检测电路的输出端Vout。

电极接触良好时，正常情况下，所述检测单元1的输出端的电压处于所述正电压VDD和所述负电压VEE之间，所述缓冲放大单元2的输入端的电压处于所述正电压VDD和所述负电压VEE之间。由于所述三极管Q1的控制端与所述第二电阻R2的第二端连接，所述检测单元1的输出端也与所述第二电阻R2的第二端连接，所述三极管Q1的控制端与所述检测单元1的输出端同电势，所述三极管Q1的电流输出端通过所述第一电阻R1连接所述负电压VEE，所述三极管Q1的电流输入端连接到所述正电压VDD，所述三极管Q1处于放大状态，由所述三极管Q1的发射结与所述第二电阻R2等效所述检测单元1输出端的上拉电阻，由于所述三极管Q1的发射结内阻高、控制端饱和电流小，所以对检测单元1的输出的影响可以近似忽略，同时稳定了所述检测单元1的输出电压，即稳定了缓冲放大单元2的输入电压，经过所述缓冲放大单元2的放大，由所述缓冲放大单元2的输出端输出到所述电极脱落检测电路的输出端Vout。

当电极出现脱落情况时，所述电极脱落检测电路的输入端空置，所述检测单元1的输入端为高阻态，所述缓冲放大单元2的输入端也处于高阻态，所述缓冲放大单元2的输出端向所述电极脱落检测电路的输出端Vout输出一个直流电平。

当所述电极脱落检测电路的输入端Vin的电压上升，所述检测单元1的输入端和输出端的电压上升，所述检测单元1的输出端的电压高于所述正电压VDD时，由于所述三极管Q1的控制端与所述第二电阻R2的第二端连接，所述检测单元1的输出端也与所述第二电阻R2的第二端连接，所述三极管Q1的控制端与所述检测单元1的输出端同电势，且所述三极管Q1的电流输入端与所述正电压连接，故所述三极管Q1的控制端的电势高于所述三极管Q1的电流输入端的电势，所述三极管Q1的集电结导通，所述三极管Q1的控制端的电势趋于所述三极管的电流输入端的电势，所述检测单元1的输出端的电压也下降到趋于所述正电压VDD。

当所述电极脱落检测电路的输入端Vin的电压下降，所述检测单元1的输入端和输出端的电压降低，所述检测单元1的输出端的电压低于所述负电压VEE时，由于所述二极管D1的阴极与所述第二电阻R2的第二端连接，所述检测单元1的输出端也与所述第二电阻R2的第二端连接，所述二极管D1的阴极与所述检测单元1的输出端同电势，且所述二极管D1的阳极与所述负电压VEE连接，所述二极管D1的阳极电势高于所述二极管D1的阴极电势，故所述二极管D1导通，所述二极管D1的阳极电势趋于所述二极管D1的阴极电势，所述检测单元1的输出端的电压也同步上升至趋于所述负电压VEE。

本发明实施例1提供的一种电极脱落检测电路，通过将电极输入信号经过检测单元输入到缓冲放大单元，由所述缓冲放大单元输出到所述电极脱落检测电路的输出端，所述检测单元设有由三极管和二极管构成的双向限幅电路，防止所述缓冲放大单元的输入电压过大导致器件受损，并且由所述三极管的发射结和第一电阻作为上拉电阻稳定所述检测单元的输出端的电压，在保证所述电极脱落检测电路正常检测电极电压的同时，所述电极脱落检测电路还有效降低了电路的应用难度，提高了电路的环境适应性和安全性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电极脱落检测电路，其特征在于，包括检测单元和缓冲放大单元；

所述检测单元包括第一电阻、二极管和三极管；所述三极管的控制端连接所述电极脱落检测电路的输入端，并且所述三极管的控制端还连接到所述检测单元的输出端，所述三极管的电流输入端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端用于连接正电压，所述三极管的电流输出端用于连接负电压；所述二极管的阳极连接所述三极管的控制端且阴极用于连接所述正电压；

所述缓冲放大单元的输入端与所述检测单元的输出端连接，所述缓冲放大单元的输出端连接所述电极脱落检测电路的输出端。

2.一种电极脱落检测电路，其特征在于，包括检测单元和缓冲放大单元；

所述检测单元包括第一电阻、二极管和三极管；所述三极管的控制端连接所述电极脱落检测电路的输入端，并且所述三极管的控制端还连接到所述检测单元的输出端，所述三极管的电流输入端用于连接正电压，所述三极管的电流输出端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端用于连接负电压；所述二极管的阳极用于连接所述负电压且阴极连接所述三极管的控制端；

所述缓冲放大单元的输入端与所述检测单元的输出端连接，所述缓冲放大单元的输出端连接所述电极脱落检测电路的输出端。

3.如权利要求1或2任一项所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述电极脱落检测电路还包括第二电阻；所述三极管的控制端通过所述第二电阻连接所述电极脱落检测电路的输入端。

4.如权利要求3所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述三极管为PNP型三极管，所述二极管的阳极连接所述三极管的控制端，所述二极管的阴极用于连接所述正电压。

5.如权利要求3所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述三极管为NPN型三极管，所述二极管的阴极连接所述三极管的控制端，所述二极管的阳极用于连接所述负电压。

6.如权利要求3所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻为同类型电阻，且所述第一电阻和所述第二电阻为碳膜电阻、金属膜电阻或碳质电阻。

7.如权利要求3所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻为不同类型电阻，且所述第一电阻和所述第二电阻为碳膜电阻、金属膜电阻或碳质电阻。

8.如权利要求1或2任一项所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述缓冲放大单元包括同相放大器，所述同相放大器的同相输入端连接所述缓冲放大单元的输入端，所述同相放大器的输出端连接所述缓冲放大单元的输出端。

9.如权利要求8所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述同相放大器可以是一级放大或多级放大。

10.如权利要求9所述的电极脱落检测电路，其特征在于，所述同相放大器为电压跟随器。