CN206878795U - 一种权电阻式心电信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种权电阻式心电信号发生器，属于医疗仪器技术领域。本实用新型包括信号适配模块、权电阻网络和信号分配模块、振荡模块、信号控制模块、电源模块；电源模块分别与权电阻网络和信号分配模块、振荡模块、信号控制模块相连接，信号控制模块、振荡模块、权电阻网络和信号分配模块、信号适配模块依次顺序相连接。本实用新型可用于心电图机，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。其结构简单、体积小、功耗低、容易制造、可靠性高、精度高、价格便宜、实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种权电阻式心电信号发生器，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
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种权电阻式心电信号发生器，电路简单、可靠性高、精度高、功耗低、体积小、价格便宜。采用集成芯片进行信号处理、18650电池供电或USB供电（同时可对电池充电），可输出30－120次/分的心率信号，并带有R波信号输出接口，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。
本实用新型技术方案是：一种权电阻式心电信号发生器，包括信号适配模块1、权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4、电源模块5；电源模块5分别与权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4相连接，信号控制模块4、振荡模块3、权电阻网络和信号分配模块2、信号适配模块1依次顺序相连接；所述电源模块5通过开关升压器将电池电压3.6V升高至5V进行供电；
所述信号控制模块4为一单稳态定时器，触发信号由权电阻网络和信号分配模块2给出；
所述振荡模块3产生矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块2使用，同时振荡信号受信号控制模块4所控制；
所述权电阻网络和信号分配模块2产生心电信号及R波输出；
所述信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经RC滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减约48-68dB，并以LA、RA、RL的形式输出心电信号。
所述信号适配模块1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R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、心电输出信号幅度调节电位器RV1、滤波电容C1、耦合电容C2、防干扰电容C3；
信号适配模块1中的电阻R11一端与权电阻网络和信号分配模块2中的输出端连接，电阻R11的另一端与滤波电容C1的正极及耦合电容C2的正极相连，滤波电容C1的负极接地；耦合电容C2的负极与心电输出信号幅度调节电位器RV1的一固定端连接、心电输出信号幅度调节电位器RV1的另一固定端则与电阻接R12串联后接地，心电输出信号幅度调节电位器RV1的滑动触头与地之间并联防干扰电容C3、同时与电阻R13的一端相接；电阻R13的另一端则与电阻R14、电阻R15串联；电阻R13与电阻R14的连接点接入心电左手臂信号输出端LA；电阻R14与电阻R15的连接点接入心电右腿驱动信号输出端RL；电阻R15的另一端接地同时用作心电右手臂信号输出端RA。
所述权电阻网络和信号分配模块2包括4017芯片U1、4069芯片U4、发光二极管DR、二极管D0－D9、电阻R0－R10、电阻R16、电阻R17、R波输出口RW-OUT；
权电阻网络和信号分配模块2中芯片U1的16脚接+5V、8脚接地、14脚与振荡模块3中555芯片U2的3脚连接、U1的13脚和15脚接地；U1的3、2、4、7、10、5、6、7、9、11脚分别与二极管D0－D9的正极连接，其中U1的10脚还与U4:B的3脚连接、U1的11脚与信号控制模块4中电容C8相连接；U4:B的4脚与U4:C的5脚及发光二极管DR的负极连接；芯片U4的14脚接+5V、7脚接地；发光二极管DR的正极则与电阻R17串联后接+5V电源；U4:C的6脚与电阻R16串联后接至R波输出口RW-OUT，输出口另一端接地；二极管D0－D9的负极分别与电阻R0－R9的一端连接、电阻R0－R9的另一端连接在一起后再经R10连接至地。
所述振荡模块3包括555芯片U2、4069芯片U4:A、电阻R18、电阻R19、电容C4、电容C5；
振荡模块3中555芯片U2的8脚接+5V、1脚接地、5脚经电容C4接地、4脚接芯片U4:A的2脚、芯片U4:A的1脚与信号控制模块4中的芯片U3的3脚连接；芯片U4的14脚接+5V、7脚接地；芯片U2的2脚与6脚相连接再经C5接地，同时还连接R19的一端、R19的另一端与R18的一端相连接，同时接至芯片U2的7脚上；R18的另一端接+5V；
所述信号控制模块4包括555芯片U3、二极管D10、电阻R20、电阻R21、心率调节电位器RV2、电容C6、电容C7、电容C8；
信号控制模块4中555芯片U3的8脚接+5V、1脚接地、5脚经电容C7接地；芯片U3的2脚连接二极管D10的正极、电阻R21的一端、电容C8的一端；二极管D10的负极接芯片U3的4脚、电阻R21的另一端接+5V、电容C8的另一端接权电阻网络和信号分配模块2中芯片U1的11脚；555芯片U3的6脚与7脚相连接经电容C6接地，同时连接电阻R20的一端；电阻R20的另一端接心率调节电位器RV2的一个固定端、心率调节电位器RV2的另一个固定端和其滑动触头相连后接到+5V电源上；
所述电源模块5包括MAX1724EZK50芯片U5、升压电感L1、滤波电容器CP1、滤波电容器CP2、电容C9－C16、电源开关SW和电池BAT、发光二极管DP、电阻R22、二极管D11、USB接口J1；
电源模块5中电池BAT 18650的正极与二极管D11的负极连接，同时经开关SW分别与电容CP1的正极、芯片U5的1脚和3脚、电感L1的一端相连；二极管D11的正极与USB接口J1的1脚、发光二极管DP的正极连接、发光二极管DP的负与电阻R22串联后接地；电感L1的另一端与芯片U5的5脚连接，芯片U5的4脚与电容器CP2的正极、电容器C9－C12的正极、电容器C13－C16的一端连接，电池BAT的负极、电容CP1的负极、芯片U5的2脚、电容器CP2的负极、电容器C9－C12的负极、电容器C13－C16的另一端连接USB接口J1的4脚连接在一起。
本实用新型的有益效果是：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。其结构简单、体积小、功耗低、容易制造、可靠性高、精度高、价格便宜、实用性强。
附图说明
图1是本实用新型信号适配模块电路原理图；
图2是本实用新型权电阻网络和信号分配模块电路原理图；
图3是本实用新型振荡模块电路原理图；
图4是本实用新型信号控制模块电路原理图；
图5是本实用新型电源模块电路原理图；
图6是本实用新型电路原理图；
图7是本实用新型电路连接框图；
图8是本实用新型典型心电图波形；其中横坐标：时间，用心电图机走纸速度（25mm/s）表示，纵坐标：电压值（1mV/10mm）。图为一心电图（ECG））波形，（P、Q、R、S、T、U波）其中：R波2mV、心率72次/分。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1-8所示，一种权电阻式心电信号发生器，包括信号适配模块1、权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4、电源模块5；电源模块5分别与权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4相连接，信号控制模块4、振荡模块3、权电阻网络和信号分配模块2、信号适配模块1依次顺序相连接；所述电源模块5通过开关升压器将电池电压3.6V升高至5V进行供电；
所述信号控制模块4为一单稳态定时器，触发信号由权电阻网络和信号分配模块2给出；
所述振荡模块3产生矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块2使用，同时振荡信号受信号控制模块4所控制；
所述权电阻网络和信号分配模块2产生心电信号及R波输出；
所述信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经RC滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减约48-68dB，并以LA、RA、RL的形式输出心电信号。
作为本实用新型的优选方案，具体的信号适配模块1、权电阻网络和信号分配模块2、振荡模块3、信号控制模块4、电源模块5可以采用如下的设计：
所述信号适配模块1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R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、心电输出信号幅度调节电位器RV1、滤波电容C1、耦合电容C2、防干扰电容C3；
信号适配模块1中的电阻R11一端与权电阻网络和信号分配模块2中的输出端连接（R10非接地端），电阻R11的另一端与滤波电容C1的正极及耦合电容C2的正极相连，滤波电容C1的负极接地；耦合电容C2的负极与心电输出信号幅度调节电位器RV1的一固定端连接、心电输出信号幅度调节电位器RV1的另一固定端则与电阻接R12串联后接地，心电输出信号幅度调节电位器RV1的滑动触头与地之间并联防干扰电容C3、同时与电阻R13的一端相接；电阻R13的另一端则与电阻R14、电阻R15串联；电阻R13与电阻R14的连接点接入心电左手臂信号输出端LA；电阻R14与电阻R15的连接点接入心电右腿驱动信号输出端RL；电阻R15的另一端接地同时用作心电右手臂信号输出端RA。
信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经RC滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减约48-68dB（由RV1调节），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）。
所述权电阻网络和信号分配模块2包括4017芯片U1、4069芯片U4(4069 U4:B、U4:C)、发光二极管DR、二极管D0－D9、电阻R0－R10、电阻R16、电阻R17、R波输出口RW-OUT；
权电阻网络和信号分配模块2中芯片U1的16脚接+5V、8脚接地、14脚与振荡模块3中555芯片U2的3脚连接、U1的13脚和15脚接地；U1的3、2、4、7、10、5、6、7、9、11脚（十个脚）分别与二极管D0－D9的正极连接，其中U1的10脚还与U4:B的3脚连接、U1的11脚与信号控制模块4中电容C8相连接；U4:B的4脚与U4:C的5脚及发光二极管DR的负极连接；芯片U4的14脚接+5V、7脚接地；发光二极管DR的正极则与电阻R17串联后接+5V电源；U4:C的6脚与电阻R16串联后接至R波输出口RW-OUT，输出口另一端接地；二极管D0－D9的负极分别与电阻R0－R9的一端连接、电阻R0－R9的另一端连接在一起后再经R10连接至地。
权电阻网络和信号分配模块2产生心电信号及R波输出。振荡模块3输出的 20Hz信号作为U1(4017)的时钟脉冲输入，使U1的Q0－Q9输出端依次产生一系列高电平脉冲，分别通过二极管D0－D9加到电阻R0－R9，决定了在输出电阻R10公共端的电压。通过对电阻参数的选择可以按照心电信号的波形的排序依次输出P、Q、R、S、T、U波形。完成一个周期的波形输出后，Q9输出低电平加至信号控制模块4控制其心率，发光二极管（LED）DR可指示R波信号，R波可由输出口RW-OUT输出。
所述振荡模块3包括555芯片U2、芯片U4(4069 U4:A)、电阻R18、电阻R19、电容C4、电容C5；
振荡模块3产生20Hz矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块2使用，同时振荡信号受信号控制模块4所控制。
振荡模块3中555芯片U2的8脚接+5V、1脚接地、5脚经电容C4接地、4脚接芯片U4:A的2脚、芯片U4:A的1脚与信号控制模块4中的芯片U3的3脚连接；芯片U4的14脚接+5V、7脚接地；芯片U2的2脚与6脚相连接再经C5接地，同时还连接R19的一端、R19的另一端与R18的一端相连接，同时接至芯片U2的7脚上；R18的另一端接+5V；
所述信号控制模块4包括555芯片U3、二极管D10、电阻R20、电阻R21、心率调节电位器RV2、电容C6、电容C7、电容C8；
信号控制模块4中555芯片U3的8脚接+5V、1脚接地、5脚经电容C7接地；芯片U3的2脚连接二极管D10的正极、电阻R21的一端、电容C8的一端；二极管D10的负极接芯片U3的4脚、电阻R21的另一端接+5V、电容C8的另一端接权电阻网络和信号分配模块2中芯片U1的11脚；555芯片U3的6脚与7脚相连接经电容C6接地，同时连接电阻R20的一端；电阻R20的另一端接心率调节电位器RV2的一个固定端、心率调节电位器RV2的另一个固定端和其滑动触头相连后接到+5V电源上；
所述电源模块5包括MAX1724EZK50芯片U5、升压电感L1、滤波电容器CP1、滤波电容器CP2、电容C9－C16、电源开关SW和电池BAT(18650)、发光二极管DP、电阻R22、二极管D11、USB接口J1；
电源模块5中电池BAT 18650的正极与二极管D11的负极连接，同时经开关SW分别与电容CP1的正极、芯片U5的1脚和3脚、电感L1的一端相连；二极管D11的正极与USB接口J1的1脚、发光二极管DP的正极连接、发光二极管DP的负与电阻R22串联后接地；电感L1的另一端与芯片U5的5脚连接，芯片U5的4脚与电容器CP2的正极、电容器C9－C12的正极、电容器C13－C16的一端连接，电池BAT的负极、电容CP1的负极、芯片U5的2脚、电容器CP2的负极、电容器C9－C12的负极、电容器C13－C16的另一端连接USB接口J1的4脚连接在一起(公共地)。
电源模块5可将18650电池电压（3.6V）升高至5V供电或使用USB接口供电（同时可对18650电池充电）。
本实用新型的工作原理是：
首先由振荡模块3产生20Hz矩形波信号，送入U1的CLK端，U1(4017)为一个脉冲顺序发生器，20Hz的振荡信号是作为该脉冲顺序发生器的时钟脉冲输入，使4017的Q0-Q9输出端依次产生一系列高电平脉冲，经二极管D0－D9隔离后加至不同阻值的电阻R0－R9上，而在输出电阻R10上决定了输出公共端的电压。通过对电阻参数（权）的选择可以按照心电信号的波形的排序依次输出P、Q、R、S、T、U波形。当Q9为高电平时，通过C8使信号控制模块4产生一个单稳信号，进入暂稳态，该时间由RV2680KΩ的可变电阻来决定，从而控制每分钟脉冲个数在30到120之间变化。每一次脉冲产生时，DR闪烁一次。在完成一个周期的波形输出后，Q9输出低电平，信号控制模块4输出低电平，经U4:A反相后，U4的4脚为高电平，继续产生振荡信号触发U2产生一个周期的心电信号，如此循环。R波(矩形波)可由输出口RW-OUT输出。
然后，信号适配模块1中将权电阻网络和信号分配模块2输出的信号经RC（电阻R11、电容C1）滤波后由电容（C2）耦合至二级电阻分压器，将信号衰减约48-68dB（大小由RV1调节），使R波的幅值（常规）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导联测量）。
电源模块5通过U5(MAX1724EZK50 DC－DC开关升压器)将可将18650电池电压3.6V升高至5V供电或使用USB接口（同时可对18650电池充电）作为信号发生器的电源供电。
图8是本实用新型典型心电图波形；其中横坐标：时间，用心电图机走纸速度（25mm/s）表示，纵坐标：电压值（1mV/10mm）。图为一心电图（ECG））波形，（P、Q、R、S、T、U波）其中：R波2mV、心率72次/分。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型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，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种权电阻式心电信号发生器，其特征在于：包括信号适配模块（1）、权电阻网络和信号分配模块（2）、振荡模块（3）、信号控制模块（4）、电源模块（5）；电源模块（5）分别与权电阻网络和信号分配模块（2）、振荡模块（3）、信号控制模块（4）相连接，信号控制模块（4）、振荡模块（3）、权电阻网络和信号分配模块（2）、信号适配模块（1）依次顺序相连接；所述电源模块（5）通过开关升压器将电池电压3.6V升高至5V进行供电；
所述信号控制模块（4）为一单稳态定时器，触发信号由权电阻网络和信号分配模块（2）给出；
所述振荡模块（3）产生矩形波信号供权电阻网络和信号分配模块（2）使用，同时振荡信号受信号控制模块（4）所控制；
所述权电阻网络和信号分配模块（2）产生心电信号及R波输出；
所述信号适配模块（1）中将权电阻网络和信号分配模块（2）输出的信号经RC滤波后由电容耦合至二级电阻分压器，共将信号衰减48-68dB，并以LA、RA、RL的形式输出心电信号。
2.根据权利要求1所述的权电阻式心电信号发生器，其特征在于：所述信号适配模块（1）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R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、心电输出信号幅度调节电位器RV1、滤波电容C1、耦合电容C2、防干扰电容C3；
信号适配模块（1）中的电阻R11一端与权电阻网络和信号分配模块（2）中的输出端连接，电阻R11的另一端与滤波电容C1的正极及耦合电容C2的正极相连，滤波电容C1的负极接地；耦合电容C2的负极与心电输出信号幅度调节电位器RV1的一固定端连接、心电输出信号幅度调节电位器RV1的另一固定端则与电阻接R12串联后接地，心电输出信号幅度调节电位器RV1的滑动触头与地之间并联防干扰电容C3、同时与电阻R13的一端相接；电阻R13的另一端则与电阻R14、电阻R15串联；电阻R13与电阻R14的连接点接入心电左手臂信号输出端LA；电阻R14与电阻R15的连接点接入心电右腿驱动信号输出端RL；电阻R15的另一端接地同时用作心电右手臂信号输出端RA。
3.根据权利要求1所述的权电阻式心电信号发生器，其特征在于：所述权电阻网络和信号分配模块（2）包括4017芯片U1、4069芯片U4、发光二极管DR、二极管D0－D9、电阻R0－R10、电阻R16、电阻R17、R波输出口RW-OUT；
权电阻网络和信号分配模块（2）中芯片U1的16脚接+5V、8脚接地、14脚与振荡模块（3）中555芯片U2的3脚连接、U1的13脚和15脚接地；U1的3、2、4、7、10、5、6、7、9、11脚分别与二极管D0－D9的正极连接，其中U1的10脚还与U4:B的3脚连接、U1的11脚与信号控制模块（4）中电容C8相连接；U4:B的4脚与U4:C的5脚及发光二极管DR的负极连接；芯片U4的14脚接+5V、7脚接地；发光二极管DR的正极则与电阻R17串联后接+5V电源；U4:C的6脚与电阻R16串联后接至R波输出口RW-OUT，输出口另一端接地；二极管D0－D9的负极分别与电阻R0－R9的一端连接、电阻R0－R9的另一端连接在一起后再经R10连接至地。
4.根据权利要求1所述的权电阻式心电信号发生器，其特征在于：所述振荡模块（3）包括555芯片U2、4069芯片U4:A、电阻R18、电阻R19、电容C4、电容C5；
振荡模块（3）中555芯片U2的8脚接+5V、1脚接地、5脚经电容C4接地、4脚接芯片U4:A的2脚、芯片U4:A的1脚与信号控制模块（4）中的芯片U3的3脚连接；芯片U4的14脚接+5V、7脚接地；芯片U2的2脚与6脚相连接再经C5接地，同时还连接R19的一端、R19的另一端与R18的一端相连接，同时接至芯片U2的7脚上；R18的另一端接+5V；
所述信号控制模块（4）包括555芯片U3、二极管D10、电阻R20、电阻R21、心率调节电位器RV2、电容C6、电容C7、电容C8；
信号控制模块（4）中555芯片U3的8脚接+5V、1脚接地、5脚经电容C7接地；芯片U3的2脚连接二极管D10的正极、电阻R21的一端、电容C8的一端；二极管D10的负极接芯片U3的4脚、电阻R21的另一端接+5V、电容C8的另一端接权电阻网络和信号分配模块（2）中芯片U1的11脚；555芯片U3的6脚与7脚相连接经电容C6接地，同时连接电阻R20的一端；电阻R20的另一端接心率调节电位器RV2的一个固定端、心率调节电位器RV2的另一个固定端和其滑动触头相连后接到+5V电源上；
所述电源模块（5）包括MAX1724EZK50芯片U5、升压电感L1、滤波电容器CP1、滤波电容器CP2、电容C9－C16、电源开关SW和电池BAT、发光二极管DP、电阻R22、二极管D11、USB接口J1；
电源模块（5）中电池BAT 18650的正极与二极管D11的负极连接，同时经开关SW分别与电容CP1的正极、芯片U5的1脚和3脚、电感L1的一端相连；二极管D11的正极与USB接口J1的1脚、发光二极管DP的正极连接、发光二极管DP的负与电阻R22串联后接地；电感L1的另一端与芯片U5的5脚连接，芯片U5的4脚与电容器CP2的正极、电容器C9－C12的正极、电容器C13－C16的一端连接，电池BAT的负极、电容CP1的负极、芯片U5的2脚、电容器CP2的负极、电容器C9－C12的负极、电容器C13－C16的另一端连接USB接口J1的4脚连接在一起。
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