CN203898304U - 一种监护仪的心电信号放大电路 - Google Patents

一种监护仪的心电信号放大电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种监护仪的心电信号放大电路，包括前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路，前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路依次相连；本实用新型通过采用前级放大、高通滤波、二级放大、低通滤波的结合，两重滤波可有效的减少心电信号的噪声，采用两级放大，可将心电信号进行充分的放大，基本心电信号足够微弱，也可以检测到其中的信息，更加有效的监控病人的身体情况，同时也更加方便医生的诊断，更加有利于医疗事业的进步。

Description

一种监护仪的心电信号放大电路
技术领域
本实用新型属于医疗仪器领域，具体涉及一种监护仪的心电信号放大电路。
背景技术
医疗监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定值进行比较，如果出现超标，可发出警报的装置或系统。监护仪它必须24小时连续监护病人的生理参数，检出变化趋势，指出临危情况，供医生应急处理和进行治疗的依据，使并发症减到最少达到缓解并消除病情的目的。监护仪的用途除测量和监护生理参数外，还包括监视和处理用药及手术前后的状况。
监护仪与监护诊断仪器不同，它必须24小时连续监护病人的生理参数，检出变化趋势，指出临危情况，供医生应急处理和进行治疗的依据，使并发症减到最少，达到缓解并消除病情的目的。
监护仪的用途除测量和监护生理参数外，还包括监视和处理用药及手术前后的状况。
监护仪的标准6参数为心电、呼吸、无创血压、血氧饱和度、脉搏、体温。此外可选的参数包含：有创血压、呼吸末二氧化碳、呼吸力学、麻醉气体、心输出量（有创和无创）、脑电双频指数等等。
心电图是监护仪器最基本的监护项目之一，心电信号是通过电极获得，监护用电极是一次性AS-AGCI纽扣式电极。心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化的方向、途径、次序和时间等均有一定规律。由于人体为一个容积导体，这种电位变化亦必然扩布到身体的表面。鉴于心脏在同一时间内产生大量电信号，将心脏产生的电位变化以时间为函数记录下来，这记录曲线称为心电图.
心电信号由多个频率组成，其特性也不尽相同，心电信号是一种非平稳信号，在采样过程中，常常掺杂各种噪声和干扰，心电信号微弱等级在mv级别，且有着小于50Hz的超低频特性，且心电信号对于信噪比的要求非常高，所以对心电信号放大器的选择也会非常严格。
随着医患事故的频发，医疗检测和监护设备的性能要求也越来越高，相应的心电信号的处理电路也需要有非常优异的性能，使得心电信号的获得更加准确，更加精密。同时现有的心电监护设备体积笨重，使用不方便，给医生和患者带来了许多不便，不利于监护工作的进行。
专利名称为“一种心电信号放大器”，专利号为CN203424930U的专利公开了其心电信号放大器包括级联的隔直高通滤波器以及放大器，电路结构太过简单，无法保证心电信号的低噪声和放大，同时该专利也没有给出具体的实施方式。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种监护仪的心电信号放大电路，通过采用前级放大、高通滤波、二级放大、低通滤波的结合，两重滤波可有效的减少心电信号的噪声，采用两级放大，可将心电信号进行充分的放大，基本心电信号足够微弱，也可以检测到其中的信息，更加有效的监控病人的身体情况，同时也更加方便医生的诊断，更加有利于医疗事业的进步。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
    一种监护仪的心电信号放大电路，包括前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路，前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路依次相连；
其中前端放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、芯片INA114，芯片INA114包括八个引脚，分别是第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚；
第一电阻的一端连接芯片INA114的第二引脚，第一电阻的另一端连接芯片INA114的第七引脚，第二电阻的一端连接芯片INA114的第二引脚，第二电阻的另一端连接芯片芯片INA114的第四引脚，第三电阻的一端接芯片INA114的第一引脚，所述第三电阻的另一端芯片连接INA114的第八引脚，芯片INA114的第七引脚接正极直流电压，芯片INA114的第四引脚接负极直流电压，芯片INA114的第五引脚接地，芯片INA114的第六引脚为芯片INA114的信号输出端；
高通滤波电路包括第一电感、第二电感、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一运算放大器，其中，第一电感的一端与芯片INA114的第六引脚相连，第一电感的另一端分别与第四电阻的一端、第二电感的一端相连，第四电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连，所述第二电感的另一端分别与第一运算放大器的正相输入端、第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端接地，第一运算放大器的反相输入端分别与第六电阻的一端、第七电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端接地，所述第七电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连；
二级放大电路包括第三电感、第八电阻、第九电阻、第十电阻、芯片OP27GP，其中，芯片OP27GP包括正信号输入引脚、负信号输入引脚、正电压引脚、负电压引脚、信号输出引脚，第三电感的一端与第一运算放大器的输出端相连，第三电感的另一端分别与第八电阻的一端、第九电阻的一端相连，第八电阻的另一端接地，所述第九电阻的另一端与芯片OP27GP的正信号输入引脚相连，第十电阻的一端接地，所述第十电阻的另一端与芯片OP27GP的负信号输入引脚，芯片OP27GP的正电压引脚接正极直流电压、芯片OP27GP的负电压引脚接负极直流电压。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述芯片INA114的第七引脚和第四引脚所连接的电压分别是+12V、-12V。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述芯片OP27GP的正电压引脚和负电压引脚所接的电压分别是+12V、-12V。
作为本实用新型的进一步优选方案，还包括低通滤波器，所述低通滤波器与芯片OP27GP 的信号输出引脚相连。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的低通滤波器为有源二阶低通滤波器。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的有源二阶低通滤波器包括第四电感、第五电感、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第二运算放大器，其中，第十一电阻的一端与芯片OP27GP的信号输出引脚相连，十一电阻的另一端分别与第十二电阻的一端、第四电感的一端相连，所述第四电感的另一端与运算放大器的输出端相连，所述所述第十二电阻的另一端分别与第五电感的一端、第二运算放大器的正相输入端相连，所述第五电感的另一端接地，运算放大器的反相输入端分别与第十三电阻的一端、第十四电阻的一端相连，所述第十三电阻的另一端接地，所述第十四电阻的另一端与运算放大器的输出端相连。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
第一、 本实用新型通过采用前级放大、高通滤波、二级放大、低通滤波的结合，两重滤波可有效的减少心电信号的噪声；
第二、 本实用新型采用两级放大，可将心电信号进行充分的放大，基本心电信号足够微弱，也可以检测到其中的信息，更加有效的监控病人的身体情况；
第三、 本实用新型采用集成芯片进行电路设计，既能有效的保证电路的功能，也可以减少设备的体积，更加方便医生的诊断，也更加有利于医疗事业的进步。
附图说明
图1是本实用新型的电路图；
图2是本实用新型芯片INA114的封装图；
图3是本实用新型的有源二阶低通滤波器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
本实用新型公开一种监护仪的心电信号放大电路，如图1所示，包括前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路，前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路依次相连；
其中前端放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、芯片INA114，芯片INA114包括八个引脚，分别是第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚；
第一电阻R1的一端连接芯片INA114的第二引脚，第一电阻R1的另一端连接芯片INA114的第七引脚，第二电阻R2的一端连接芯片INA114的第二引脚，第二电阻R2的另一端连接芯片芯片INA114的第四引脚，第三电阻R3的一端接芯片INA114的第一引脚，所述第三电阻R3的另一端芯片连接INA114的第八引脚，芯片INA114的第七引脚接正极直流电压，芯片INA114的第四引脚接负极直流电压，芯片INA114的第五引脚接地，芯片INA114的第六引脚为芯片INA114的信号输出端；
高通滤波电路包括第一电感C1、第二电感C2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一运算放大器，其中，第一电感C1的一端与芯片INA114的第六引脚相连，第一电感C1的另一端分别与第四电阻R4的一端、第二电感C2的一端相连，第四电阻R4的另一端与第一运算放大器的输出端相连，所述第二电感C2的另一端分别与第一运算放大器的正相输入端、第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端接地，第一运算放大器的反相输入端分别与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端相连，所述第六电阻R6的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端与第一运算放大器的输出端相连；
二级放大电路包括第三电感C3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、芯片OP27GP，其中，芯片OP27GP包括正信号输入引脚、负信号输入引脚、正电压引脚、负电压引脚、信号输出引脚，第三电感C3的一端与第一运算放大器的输出端相连，第三电感C3的另一端分别与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端相连，第八电阻R8的另一端接地，所述第九电阻R9的另一端与芯片OP27GP的正信号输入引脚相连，第十电阻R10的一端接地，所述第十电阻R10的另一端与芯片OP27GP的负信号输入引脚，芯片OP27GP的正电压引脚接正极直流电压、芯片OP27GP的负电压引脚接负极直流电压。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述芯片INA114的第七引脚和第四引脚所连接的电压分别是+12V、-12V。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述芯片OP27GP的正电压引脚和负电压引脚所接的电压分别是+12V、-12V。
作为本实用新型的进一步优选方案，还包括低通滤波器，所述低通滤波器与芯片OP27GP 的信号输出引脚相连。
由于心电信号的微弱、干扰大、低频等特性，所以在进行心电前级放大电路的设计中，对放大器的选择有严格的要求，如高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声，低漂移等特性。为了满足这些要求，本设计中选择仪表芯片INA114作前级放大芯片。INA114是一款低价格、高精度的仪用放大器，有非常优良的性能，是生物放大器设计中的经典之作。由于AD620A的低功耗、低电压和小封装使其在便携式仪器应用中非常有用;同时，低偏置电流、低电流噪声和低电压噪声等优良性能增强了它的动态性能。 
一般来说，共模抑制比随增益增大而有所提高，但考虑到前置级对整个放大电路噪声的贡献，放大器的噪声性能一般随第一级增益的提高而明显变差，特别是集成器件噪声性能一般比分立元件差。因此第一级增益不宜取值过度，一般放大增益<20为宜。本文将前置放大增益设置为7。
前级放大电路的输入前端加入多个接地的二极管，组成有效的保护电路，这样可在人体与仪器之间形成一个保护措施，由于二极管的导通需要有一定的电压值，在一定的条件下对人体和仪器进行保护，使两者不受损坏。
心电放大的倍数一般在1000倍左右，经过前级放大器的放大，信号还需要进一步放大，为了去除心电信号中的低频、高频和50Hz的工频干扰信号，还需要进行高通、低通等模拟滤波器的设计。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述的低通滤波器为有源二阶低通滤波器, 有源二阶低通滤波器具有元件数量少、输出阻抗低、元件间差值小等优点。
如图3所示，所述的有源二阶低通滤波器包括第四电感C4、第五电感C5、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第二运算放大器，其中，第十一电阻R11的一端与芯片OP27GP的信号输出引脚相连，第十一电阻R11的另一端分别与第十二电阻R12的一端、第四电感C4的一端相连，所述第四电感C4的另一端与运算放大器的输出端相连，所述所述第十二电阻R12的另一端分别与第五电感C5的一端、第二运算放大器的正相输入端相连，所述第五电感C5的另一端接地，运算放大器的反相输入端分别与第十三电阻R13的一端、第十四电阻R14的一端相连，所述第十三电阻R13的另一端接地，所述第十四电阻R14的另一端与运算放大器的输出端相连。
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种监护仪的心电信号放大电路，其特征在于：包括前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路，前端放大电路、高通滤波电路和二级放大电路依次相连；
其中前端放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、芯片INA114，芯片INA114包括八个引脚，分别是第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚和第八引脚；
第一电阻的一端连接芯片INA114的第二引脚，第一电阻的另一端连接芯片INA114的第七引脚，第二电阻的一端连接芯片INA114的第二引脚，第二电阻的另一端连接芯片芯片INA114的第四引脚，第三电阻的一端接芯片INA114的第一引脚，第三电阻的另一端芯片连接INA114的第八引脚，芯片INA114的第七引脚接正极直流电压，芯片INA114的第四引脚接负极直流电压，芯片INA114的第五引脚接地，芯片INA114的第六引脚为芯片INA114的信号输出端；
高通滤波电路包括第一电感、第二电感、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一运算放大器，其中，第一电感的一端与芯片INA114的第六引脚相连，第一电感的另一端分别与第四电阻的一端、第二电感的一端相连，第四电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连，所述第二电感的另一端分别与第一运算放大器的正相输入端、第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端接地，第一运算放大器的反相输入端分别与第六电阻的一端、第七电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端接地，所述第七电阻的另一端与第一运算放大器的输出端相连；
二级放大电路包括第三电感、第八电阻、第九电阻、第十电阻、芯片OP27GP，其中，芯片OP27GP包括正信号输入引脚、负信号输入引脚、正电压引脚、负电压引脚、信号输出引脚，第三电感的一端与第一运算放大器的输出端相连，第三电感的另一端分别与第八电阻的一端、第九电阻的一端相连，第八电阻的另一端接地，所述第九电阻的另一端与芯片OP27GP的正信号输入引脚相连，第十电阻的一端接地，所述第十电阻的另一端与芯片OP27GP的负信号输入引脚，芯片OP27GP的正电压引脚接正极直流电压、芯片OP27GP的负电压引脚接负极直流电压。
2.如权利要求1所述的一种监护仪的心电信号放大电路，其特征在于：所述芯片INA114的第七引脚和第四引脚所连接的电压分别是+12V、-12V。
3.如权利要求1所述的一种监护仪的心电信号放大电路，其特征在于：所述芯片OP27GP的正电压引脚和负电压引脚所接的电压分别是+12V、-12V。
4.如权利要求1所述的一种监护仪的心电信号放大电路，其特征在于：还包括低通滤波器，所述低通滤波器与芯片OP27GP 的信号输出引脚相连。
5.如权利要求4所述的一种监护仪的心电信号放大电路，其特征在于：所述的低通滤波器为有源二阶低通滤波器。
6.如权利要求5所述的一种监护仪的心电信号放大电路，其特征在于：所述的有源二阶低通滤波器包括第四电感、第五电感、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第二运算放大器，其中，第十一电阻的一端与芯片OP27GP的信号输出引脚相连，十一电阻的另一端分别与第十二电阻的一端、第四电感的一端相连，所述第四电感的另一端与运算放大器的输出端相连，所述所述第十二电阻的另一端分别与第五电感的一端、第二运算放大器的正相输入端相连，所述第五电感的另一端接地，运算放大器的反相输入端分别与第十三电阻的一端、第十四电阻的一端相连，所述第十三电阻的另一端接地，所述第十四电阻的另一端与运算放大器的输出端相连。
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