CN115208361A - 一种生物电模拟发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物电模拟发生器，包括差动放大器模块、同相倍乘模块、第一并联阻容电路、第二并联阻容电路，差动放大器模块的输入端与直流电平Vdc、交流源信号Vin、直流源信号Vos、同相倍乘模块的输出端电连接，第二并联阻容电路的第二端与右腿驱动端RL电连接。本发明将一个交流源信号Vin衰减若干倍，模拟人体的生物电信号；通过叠加直流源信号，模拟直流半电池电势；通过叠加右腿驱动电极上的电压，从而模拟右腿驱动电极接触人体后的效果和影响；通过右腿驱动端和差分输入的正输入端，接入并联的阻容，从而模拟电极和人体接触时的阻抗参数以及各输入阻抗参数不平衡时的效果和影响。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种生物电模拟发生器。
背景技术
目前，标准《YY1139-2013心电诊断设备》中的模拟发生器电路(如图1所示)包含两个信号源，左边的交流信号源，和右上方的直流信号源；交流信号源产生的信号，通过100kΩ、100Ω的两个高精度的电阻分压后，产生用于模拟人体的生物电信号的差分输入信号；直流信号源部分产生150mV或300mV方向可变的直流偏压，叠加在差分输入的正输入端上，模拟电极和人体接触时引起的直流半电池电势；右腿驱动端(RL)的并联的51kΩ电阻和0.047uF电容模拟此通路上的阻抗参数，差分输入的正输入端(P1)上接入的并联的0.62Mohm电阻和0.047uF电容，模拟差分输入阻抗参数的不平衡，并用来测量待测器件或设备的关键参数比如输入阻抗、共模抑制比等；右腿驱动端(RL)通过并联的阻容后与差分输入的负输入端(P2)短接，用来模拟右腿驱动电极接触人体后的效果和影响。
理论上，把交流信号源拿掉，P2、P3、RL之间电路产生的效果对应的电压值，大体上为心电图机向右腿驱动端(RL)输出的电压，或进一步为此电压经过电极到达人体后的电信号。实际测试中，心电图机向右腿驱动端(RL)输出的电压，一般为直流电位(VDD+VSS)/2(VDD、VSS为心电图机模拟前端部分的工作电源)、交流幅度没有或很小的信号。实际电路中，若对图1进行直接实现，则交流信号源因负输入端接地，使得交流信号源负输入端电压为零。而如前述交流信号源负输入端电压是不应当为零的。
因此，如何给交流信号源负输入端赋予一个电压值，使得P1、P2之间的差分信号满足设计要求是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种生物电模拟发生器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种生物电模拟发生器，包括差动放大器模块、同相倍乘模块、第一并联阻容电路、第二并联阻容电路，所述差动放大器模块的输入端与直流电平Vdc、交流源信号Vin、直流源信号Vos、同相倍乘模块的输出端电连接，所述差动放大器模块的输出端与第一并联阻容电路的第一端电连接，所述第一并联阻容电路的第二端与心电图机导联的正差分输入RA电连接，所述同相倍乘模块的输入端与第二并联阻容电路的第一端、心电图机导联的负差分输入LA电连接，所述第二并联阻容电路的第二端与右腿驱动端RL电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述差动放大器模块包括第一运算放大器OA1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一电阻R1的第一端与直流电平Vdc电连接，所述第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端、第一运算放大器OA1的反相输入端电连接，所述第二电阻R2的第二端与第一运算放大器OA1的输出端电连接；所述第三电阻R3的第一端与交流源信号Vin电连接，所述第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端与第一运算放大器OA1的同相输入端电连接，所述第四电阻R4的第一端与直流源信号Vos电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述同相倍乘模块包括第二运算放大器OA2、第七电阻R7、第八电阻R8，所述第七电阻R7的第二端与第五电阻R5的第一端、第二运算放大器OA2的输出端电连接，所述第七电阻R7的第一端、第八电阻R8的第一端与第二运算放大器OA2的反相输入端电连接，所述第八电阻R8的第二端接地，所述第二运算放大器OA2的同相输入端与电图机导联的负差分输入LA电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一并联阻容电路包括并联的开关S1、第一电容C1、第六电阻R6，所述第一电容C1为0.047μF，所述第六电阻为R6为0.62mΩ。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第二并联阻容电路包括并联的第二电容C2、第九电阻R9，所述第二电容C2为0.047μF，所述第九电阻R9为51kΩ。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第八电阻R8用于控制衰减因子，所述第一电阻R1、第三电阻R3的参数值为Rx，所述第二电阻R2的参数值为Ry，所述第四电阻R4、第五电阻R5的参数值为2Ry，所述第七电阻R7、第八电阻R8的参数值为Rz。
本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：
本发明将一个交流源信号Vin衰减若干倍，模拟人体的生物电信号；通过叠加+300mV、+150mV、0mV、-150mV、-300mV的直流源信号，模拟直流半电池电势，并符合相关医疗标准中的规定；通过叠加右腿驱动电极上的电压，从而模拟右腿驱动电极接触人体后的效果和影响；通过右腿驱动端和差分输入的正输入端，接入并联的阻容，从而模拟电极和人体接触时的阻抗参数以及各输入阻抗参数不平衡时的效果和影响。
附图说明
图1是本发明背景技术中模拟发生器电路的电路原理图；
图2是本发明一种生物电模拟发生器的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”“右”等指示的方位或位置关系均是基于说明书附图图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
为了达到本发明的目的，如图2所示，在本实施例提供一种生物电模拟发生器，包括差动放大器模块、同相倍乘模块、第一并联阻容电路、第二并联阻容电路，差动放大器模块的输入端与直流电平Vdc、交流源信号Vin、直流源信号Vos、同相倍乘模块的输出端电连接，差动放大器模块的输出端与第一并联阻容电路的第一端电连接，第一并联阻容电路的第二端与心电图机导联的正差分输入RA电连接，同相倍乘模块的输入端与第二并联阻容电路的第一端、心电图机导联的负差分输入LA电连接，第二并联阻容电路的第二端与右腿驱动端RL电连接。
具体的，差动放大器模块包括第一运算放大器OA1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一电阻R1的第一端与直流电平Vdc电连接，所述第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端、第一运算放大器OA1的反相输入端电连接，所述第二电阻R2的第二端与第一运算放大器OA1的输出端电连接；所述第三电阻R3的第一端与交流源信号Vin电连接，所述第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端与第一运算放大器OA1的同相输入端电连接，所述第四电阻R4的第一端与直流源信号Vos电连接。
具体的，同相倍乘模块包括第二运算放大器OA2、第七电阻R7、第八电阻R8，第七电阻R7的第二端与第五电阻R5的第一端、第二运算放大器OA2的输出端电连接，第七电阻R7的第一端、第八电阻R8的第一端与第二运算放大器OA2的反相输入端电连接，第八电阻R8的第二端接地，第二运算放大器OA2的同相输入端与电图机导联的负差分输入LA电连接。
具体的，第一并联阻容电路包括并联的开关S1、第一电容C1、第六电阻R6，所述第一电容C1为0.047μF，第六电阻为R6为0.62mΩ。第二并联阻容电路包括并联的第二电容C2、第九电阻R9，第二电容C2为0.047μF，第九电阻R9为51kΩ。
第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第八电阻R8用于控制衰减因子，第一电阻R1、第三电阻R3的参数值为Rx，第二电阻R2的参数值为Ry，第四电阻R4、第五电阻R5的参数值为2Ry，第七电阻R7、第八电阻R8的参数值为Rz。电路中Rx、Ry、Rz参数的选择，可以很好地实现目标电路模块。作为本实施例，Rx＝50kΩ，Ry＝10kΩ，衰减因子＝0.2，Rz＝40kΩ。
下面对本实施例的工作原理作进一步说明：
心电图机导联的正差分输入RA相当于图1中S3开关的出口，心电图机导联的负差分输入LA相当于图1中P2，右腿驱动端RL相当于图1中P6。图1中直流半电池电势的引入，是在P1之后通过直流源进行偏置，本实施例相当于把直流偏置部分，放在了并联阻容0.62MΩ||0.047μF之前，所以Vout相当于衰减后的交流信号源部分加上直流偏置部分出来的效果，并不简单地等价于P1点。
差动放大器模块根据信号源的线性叠加原理、运算放大器的虚短虚断原理，可以得出Vout＝Ry/Rx(Vin-Vdc)+Vos/2+Vrl。其中，Vin为交流源信号，用来产生衰减前的测试激励信号。Vos为直流源信号，为所需直流偏压的两倍，即+-300mV、+-600mV；Vrl为右腿驱动电极上的电压；Vos、Vrl分别为两个2Ry电阻右侧输入。Vdc为一个直流电平，Vdc的目的在于，可以使交流源信号Vin更方便地固定在一个直流电平上，比如双电源供电的话为零电位，方便生成(因为Vin、Vdc、Vos都为模拟发生器的内部产生信号，所以这样可以简化相关的信号产生电路)。如果Vin是偏置在零电位上，Vdc默认值也是零电位；Vdc一般跟随Vin的直流电平，并进行微调。微调的作用在于，实际电路会有一定的不匹配现象，即元器件比如电阻的实际值与设计值之间存在偏差，这种偏差会导致输出电压Vout与预期也会有偏差(主要体现为直流偏差)，这时通过细微改变Vdc的值，可以将Vout的直流偏差减小，调整至预期值。
若直接将P3接入Vrl，则Vrl被衰减两倍，无法实现应用目的；所以采用同相倍乘模块，将P3点电压放大两倍；另外同相倍乘模块也有将LA、P3、RL形成的电路部分与左侧产生正差分输入的电路部分进行阻抗隔离的作用(因为P3向左看进去的运算放大器输入阻抗极大)，避免P3向左看进去的阻抗对LA、P3、RL形成的电路部分的影响；较好地实现了图1通用测试电路的用意。
另外，因为Vos信号是模拟发生器的内部产生信号，不像RA、RL信号是外部的心电图机信号，所以Vos处未经过同相倍乘模块；两倍的直流电平信号，通过内部的函数发生器电路也容易产生。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种生物电模拟发生器，其特征在于，包括差动放大器模块、同相倍乘模块、第一并联阻容电路、第二并联阻容电路，所述差动放大器模块的输入端与直流电平Vdc、交流源信号Vin、直流源信号Vos、同相倍乘模块的输出端电连接，所述差动放大器模块的输出端与第一并联阻容电路的第一端电连接，所述第一并联阻容电路的第二端与心电图机导联的正差分输入RA电连接，所述同相倍乘模块的输入端与第二并联阻容电路的第一端、心电图机导联的负差分输入LA电连接，所述第二并联阻容电路的第二端与右腿驱动端RL电连接。
2.根据权利要求1所述的生物电模拟发生器，其特征在于，所述差动放大器模块包括第一运算放大器OA1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一电阻R1的第一端与直流电平Vdc电连接，所述第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端、第一运算放大器OA1的反相输入端电连接，所述第二电阻R2的第二端与第一运算放大器OA1的输出端电连接；所述第三电阻R3的第一端与交流源信号Vin电连接，所述第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端与第一运算放大器OA1的同相输入端电连接，所述第四电阻R4的第一端与直流源信号Vos电连接。
3.根据权利要求2所述的生物电模拟发生器，其特征在于，所述同相倍乘模块包括第二运算放大器OA2、第七电阻R7、第八电阻R8，所述第七电阻R7的第二端与第五电阻R5的第一端、第二运算放大器OA2的输出端电连接，所述第七电阻R7的第一端、第八电阻R8的第一端与第二运算放大器OA2的反相输入端电连接，所述第八电阻R8的第二端接地，所述第二运算放大器OA2的同相输入端与电图机导联的负差分输入LA电连接。
4.根据权利要求3所述的生物电模拟发生器，其特征在于，所述第一并联阻容电路包括并联的开关S1、第一电容C1、第六电阻R6，所述第一电容C1为0.047μF，第六电阻为R6为0.62mΩ。
5.根据权利要求4所述的生物电模拟发生器，其特征在于，所述第二并联阻容电路包括并联的第二电容C2、第九电阻R9，所述第二电容C2为0.047μF，所述第九电阻R9为51kΩ。
6.根据权利要求5所述的生物电模拟发生器，其特征在于，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第八电阻R8用于控制衰减因子，所述第一电阻R1、第三电阻R3的参数值为Rx，所述第二电阻R2的参数值为Ry，所述第四电阻R4、第五电阻R5的参数值为2Ry，所述第七电阻R7、第八电阻R8的参数值为Rz。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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