CN211089601U - 一种脑电信号采样装置 - Google Patents

Abstract

本申请通过采用电池进行供电、无线传输单元实现脑电信号采样装置与市电的有效隔离，并且通过隔离电路实现脑电信号采样装置内部的模拟信号与数字信号的隔离，以及通过采用共模抑制电路有效的降低了信号干扰，使得采样得到的脑电信号准确有效。

Description

一种脑电信号采样装置

技术领域

本申请生物电信号检测技术领域，更具体的说是涉及一种动物及人体的脑电信号采样装置。

背景技术

脑波亦称″脑电″，脑波是神经元细胞之间传递信息时产生的生物电信号；是大脑皮质中的锥体细胞突触活动时产生的离子交换而产生的电波信号。脑细胞只要是活动就会产生相应的生物电，也是通过这些电通过树突来跟别的脑细胞进行联接，形成思维的网络；我们能通过仪器检测到的脑波信号；但脑电信号非常微弱，只有几十微伏，而且具有很强的肌电噪声和工频干扰，提取一般会采取非常昂贵的高精度运放，对脑电信号进行放大，滤波，提取，然后通过USB或者网口上传到电脑上位机进行处理。

并且传统的脑电采样装置容易受到信号干扰，对运放要求特别高，而且为了降低肌电噪声和工频干扰，往往采用性能更好的运算放大器，电路复杂，不易扩展，整个放大器笨重，不方便移动。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种脑电信号采样装置，包括：包括充电单元、电池、控制器、隔离电路、采样电路、无线传输单元和视觉刺激单元，所述充电单元、电池、控制器、隔离电路和采样电路依次连接，所述无线传输单元和所述视觉刺激单元分别与控制器连接。

其中，所述采样电路包括至少一个第一电极电路、至少一个第二电极电路和至少一个AD转换电路，所述第一电极电路分别与所述第二电极电路和所述AD转换电路连接，所述AD转换电路与所述隔离电路连接。

其中，所述第一电极电路包括第一电极和预处理电路；所述第一电极通过所述预处理电路与所述AD转换电路连接；所述第二电极电路包括第二电极和共模抑制电路，所述第二电极通过所述共模抑制电路连接到所述预处理电路。

其中所述预处理电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第三电阻和第五电阻；所述第一电极的一端与第一运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的输出端与第一电阻的一端及AD转换电路的一端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的另一端及第三电阻的一端连接；所述第一电极的另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第五电阻的一端及所述AD转换电路的另一端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第三电阻的另一端连接。

其中所述共模抑制电路包括第三运算放大器、第一电容、第二电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻和第二电容，所述AD转换电路的一端与所述第二电阻、所述第四电阻、所述AD转换电路的另一端依次连接，所述第三运算放大器的反向输入端与所述第二电阻和所述电阻的连接端连接，并且所述第三运算放大器的反向输入端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述第三运算放大器的输出端与第二电极相连，所述第六电阻与所述第一电容并联，所述第三运算放大器的输出端通过第七电阻与第二电极相连，所述第二电容与所述第七电阻并联。

本申请通过采用电池进行供电、无线传输单元实现脑电信号采样装置的与市电的有效隔离，并且通过隔离电路实现脑电信号采样装置内部的模拟信号与数字信号的隔离，以及通过采用共模抑制电路有效的降低了信号干扰，使得采样得到的脑电信号准确有效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1示出了本申请一种脑电采样装置的原理示框图；

附图2示出了本申请一种脑电采样装置采样电路的原理示框图；

附图3示出了本申请另一种脑电采样装置采样电路的原理示框图；

附图4示出了本申请又一种脑电采样装置采样电路的原理示框图；

附图5示出了本申请一种脑电采样装置的预处理电路和共模抑制电路的电路图；

附图6示出了本申请另一种脑电采样装置的共模抑制电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请的一种脑电信号采样装置，包括充电单元10、电池 20、控制器30、隔离电路40、采样电路50、无线传输单元60和视觉刺激单元70，所述充电单元10、电池20、控制器30、隔离电路40和采样电路50依次连接，所述无线传输单元60和所述视觉刺激单元70分别与控制器30连接。

本实施例通过采用电池供电的方式，将脑电信号采样装置与市电系统隔离，同时本实施例采用无线传输单元与脑电信号处理设备进行通信，将检测到的脑电信号通过无线传输的方式传输到脑电信号处理设备，从而使得本实施例的脑电信号采样装置成为一个独立的设备，与市电220伏电源无直接的电连接，从而大幅度的降低市电220伏的50Hz(各个国家的市电电压和频率有所不同，绝大部分国家的市电电压为110伏或220伏，频率为50Hz或60Hz) 的工频干扰。

并且，本实施例采用隔离电路40将脑电信号采样电路50与控制器30进行隔离，使得采样电路50的模拟电路部分与其他的数字电路部分进行隔离，进一步降低了脑电信号采样电路内部的信号干扰，使得采样到的脑电信号更加准确有效。

如图2所示为一种脑电信号采样设备的采样电路50的结构图，所述采样电路50包括至少一个第一电极电路51、至少一个第二电极电路52和至少一个AD转换电路53(模数转换电路)，所述第一电极电路51分别与所述第二电极电路52和所述AD转换电路53连接，所述AD转换电路53与隔离电路 40连接。

本实施例中的第一电极电路51采集到脑电信号并进行预处理后传输到 AD转换电路53进行模数转换，第二电极电路52将第一电极电路51中的共模信号进行共模抑制，从而降低第一电极采集到的脑电信号的共模干扰，从而使得本脑电信号采样设备的采样更加准确有效。

结合图2，图3所示为本实施例中的一种脑电信号采样设备的采样电路 50更具体的结构图，第一电极电路51包括第一电极51a和预处理电路51b；所述第一电极51a通过所述预处理电路51b与所述AD转换电路53连接；第二电极电路52包括第二电极52a和共模抑制电路52b，所述第二电极52a通过所述共模抑制电路52b连接到所述预处理电路51b。

脑电信号通过所述第一电极51a传输到预处理电路51b，所述预处理电路 51b对脑电信号进行阻抗匹配、增强信号驱动能力等预处理后传输到AD转换电路53中进行模数转换；所述共模抑制电路52b从所述预处理电路51b中提取出共模信号，并对此共模信号进行反相后，通过第二电极52a反馈到人体头皮，抵消掉头皮的共模电压干扰，并在第一电极51a中再次检测到从而实现共模抑制作用。

需要说明的是，所述第一电极电路51、第二电极电路52及所述AD转换电路53的数量比例关系不固定，例如三者的数量比例关系可以为1∶1∶1，也可以为如图4所示的2∶1∶1，也可以为8∶2∶2。因为不同的AD转换芯片具有不同的数量的AD转换通道，而同一个AD转换芯片可以只要有一路AD转换通道进行了共模抑制就可以实现其他路AD转换通道的共模抑制作用；也可以对每一AD转换通道的共模信号求平均后，通过共模抑制电路反馈到头皮，抵消头皮的共模电压干扰。

优选的，所述第二电极电路52的数量与所述AD转换电路53的数量相同。

如图5所示的为预处理电路51b和共模抑制电路52b的一种具体实施方式，所述预处理电路51b包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一电阻R1、第三电阻R3和第五电阻R5；所述第一电极的两端检测到的信号分别为Cable1和Cable2所述Cable1与第一运算放大器U1的同相输入端连接，所述第一运算放大器U1的输出端与第一电阻R1的一端及AD转换电路的一端(ADC1)连接，所述第一运算放大器U1的反向输入端与所述第一电阻R1 的另一端及第三电阻R3的一端连接，所述Cable2与第二运算放大器U2的同相输入端连接，所述第二运算放大器U2的输出端与所述第五电阻R5的一端及所述AD转换电路的另一端(ADC2)连接，所述第二运算放大器U2的反向输入端与所述第三电阻R3的另一端连接。

如图5中所示的共模抑制电路包括第三运算放大器U3、第一电容C1、第二电阻R2和第四电阻R4，AD转换电路的一端(ADC1)与第二电阻R2、第四电阻R4、AD转换电路的另一端(ADC2)依次连接，第三运算放大器U3 的反向输入端与所述第二电阻R2和所述电阻R4的连接端连接，并且所述第三运算放大器U3的反向输入端与所述第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的同相输入端连接参考电压Vref，所述第三运算放大器的输出端与第二电极52 相连。

优选地，如图6所示的共模抑制电路还包括第六电阻R6、第七电阻R7 和第二电容C2，所述第六电阻与所述第一电容C1并联，所述第三运算放大器的输出端通过第七电阻R7与第二电极52相连，所述第二电容C2与所述第七电阻R7并联。

在本优选实施例中，通过第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容C2的阻抗匹配、调节反馈的交流信号等作用可以更好的实现共模信号的抑制。

同时，以上实施例及优选的实施方案中，可以进行组合，其组合方案同属于本专利具体实施例。

经由上述的技术方案可知，本申请实施例可以有效的降低工频信号干扰，降低共模信号干扰，降低脑电信号采样装置内部的数字信号干扰，从而有效的减少各类噪声信号，使得采集到的脑电信号更加准确。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种脑电信号采样装置，其特征在于，包括：包括充电单元、电池、控制器、采样电路、无线传输单元和视觉刺激单元，所述充电单元、电池、控制器和采样电路依次连接，所述无线传输单元和所述视觉刺激单元分别与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的脑电信号采样装置，其特征在于，所述采样电路包括至少一个第一电极电路、至少一个第二电极电路和至少一个AD转换电路，所述第一电极电路分别与所述第二电极电路和所述AD转换电路连接，所述AD转换电路与所述控制器连接。

3.根据权利要求2所述的脑电信号采样装置，其特征在于，所述第一电极电路包括第一电极和预处理电路；所述第一电极通过所述预处理电路与所述AD转换电路连接；所述第二电极电路包括第二电极和共模抑制电路，所述第二电极通过所述共模抑制电路连接到所述预处理电路。

4.根据权利要求2或3所述的脑电信号采样装置，其特征在于，所述第二电极电路的数量与所述AD转换电路的数量相同。

5.根据权利要求3所述的脑电信号采样装置，其特征在于，所述预处理电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第三电阻和第五电阻；

所述第一电极的一端与第一运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的输出端与第一电阻的一端及AD转换电路的一端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一电阻的另一端及第三电阻的一端连接；所述第一电极的另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第五电阻的一端及所述AD转换电路的另一端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第三电阻的另一端连接。

6.根据权利要求3所述的脑电信号采样装置，其特征在于，所述共模抑制电路包括第三运算放大器、第一电容、第二电阻和第四电阻，所述AD转换电路的一端与所述第二电阻、所述第四电阻、所述AD转换电路的另一端依次连接，所述第三运算放大器的反向输入端与所述第二电阻和所述电阻的连接端连接，并且所述第三运算放大器的反向输入端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述第三运算放大器的输出端与第二电极相连。

7.根据权利要求6所述的脑电信号采样装置，其特征在于，所述共模抑制电路还包括第六电阻、第七电阻和第二电容，所述第六电阻与所述第一电容并联，所述第三运算放大器的输出端通过第七电阻与第二电极相连，所述第二电容与所述第七电阻并联。

8.根据权利要求5到7所述的任一脑电信号采样装置，其特征在于，还包括隔离电路，所述AD转换电路与所述控制器连接具体为：

所述AD转换电路连接所述隔离电路，所述隔离电路与所述控制器连接。

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