CN212729811U - 弱电信号采集电路及具有弱电信号采集电路的座圈 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种弱电信号采集电路及具有弱电信号采集电路的座圈，所述弱电信号采集电路使用两个信号采集单元作为放大电路的前置输入电极，采用同相差分输入方式，使得送到后级运算放大器的差模信号与共模信号的幅值之比得到提高，达到提高所述信号采集单元提取到的弱电信号信噪比的目的。当人们使用安装有所述弱电信号采集电路的座圈时，大腿与设于座圈上的信号采集单元接触，使所述弱电信号采集电路可以更有效地采集人体的心电信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及马桶盖技术领域，具体涉及一种弱电信号采集电路及具有弱电信号采集电路的座圈。
背景技术
坐便器又称为马桶，是人们日常生活中必备的器具，具有医疗和保健作用的马桶盖更加受到人们的欢迎。目前，智能马桶盖可以采集人体的生物特征信号，如心电信号、人体电阻抗等，以达到监测人体健康状况的目的，但是在干燥的冬季，大腿部位的皮肤表面的阻值非常高，造成通过大腿部位采集心电信号异常困难，且采集到的心电信号微弱，影响对心电信号的后续处理。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种提高共模抑制比和采集信号信噪比的弱电信号采集电路及具有弱电信号采集电路的座圈。
一种弱电信号采集电路，包括两个信号采集单元，两个所述信号采集单元包括两个信号接收电极片和两个运算放大器，两个所述运算放大器形成差分电路，所述差分电路还包括第一反馈电阻R3、第二反馈电阻R3'和设于所述第一反馈电阻R3和所述第二反馈电阻R3'之间的负反馈电阻R4；所述负反馈电阻R4为负反馈电路，所述负反馈电路用于对所述信号接收电极片接收到的差模信号进行滤波处理。
进一步地，两个所述信号接收电极片包括第一信号接收电极片和第二信号接收电极片，两个所述运算放大器包括第一运算放大器A和第二运算放大器A’，两个所述信号采集单元包括第一信号采集单元和第二信号采集单元。
进一步地，所述第一信号接收电极片和所述第一运算放大器A组成所述第一信号采集单元，所述第一信号接收电极片连接至所述第一运算放大器A的同向输入端，所述第一反馈电阻R3设于所述第一运算放大器A的反向输入端和输出端之间。
进一步地，所述第二信号接收电极片和所述第二运算放大器A’组成所述第二信号采集单元，所述第二信号接收电极片连接至所述第二运算放大器A’的同相输入端，所述第二反馈电阻R3'设于所述第二运算放大器A’的反向输入端和输出端之间。
进一步地，两个所述信号接收电极片采用有源电极片。
进一步地，所述负反馈电路采用单个电阻或多个电子元件组成的具有频率特性的网络组件构成；或者，所述负反馈电路由具有全通、低通、高通、带通或者带阻频率特性的网络组件构成。
以及，一种具有弱电信号采集电路的座圈，所述座圈安装有如上所述的弱电信号采集电路。
进一步地，所述座圈的左右两侧的上表面的近顶端分别设有一个安装孔，每个所述安装孔内设有一个所述信号采集单元；
两个运算放大器包括第一运算放大器A和第二运算放大器A’，所述信号接收电极片盖设于所述安装孔的开口处，两个所述安装孔内分别安装有所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’。
进一步地，所述座圈的左右两侧边内分别设有一个导线通孔，两个所述导线通孔的一端分别设于所述安装孔的底部，两个所述导线通孔的另一端分别设于所述座圈与座盖的连接处；
两个所述导线通孔内分别设有一根信号传送线，两根所述信号传送线的一端分别连接至所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’的输出端，两个所述信号传送线的另一端分别连接至次级差分放大电路；
所述信号传送线采用屏蔽电缆。
有益技术效果：
1.本专利文件中，所述信号采集单元采用有源电极片，并将两个所述有源电极片接入通过所述负反馈电阻R4互连的差分放大器的反向输入端，不会放大共模信号的差分增益，避免电路出现共模饱和，同时提高整个电路的共模抑制比，从而提高系统的信噪比。
2.本专利文件中，流经所述负反馈电阻R4的共模电路为0，即对于共模信号来说，所述负反馈电阻R4相当于开路，因此所述负反馈电阻R4的特性与共模信号无关，即所述负反馈电阻R4可以使用具有全通、低通、高通、带通或者带阻等频率特性的网络组件替换。
3.本专利文件中，具有弱电信号采集电路的座圈，具有非常高的灵敏度，从而可以有效采集人体的心电信号，使人们可以随时了解自身的健康状况，克服了现有技术中的电路因皮肤干燥、或者外部造影较大而导致无法采集到微弱的心电信号灯生理特征参数。
附图说明
图1是本实用新型实施例的弱电信号采集电路的结构示意图一。
图2是本实用新型实施例的弱电信号采集电路的结构示意图二。
图3是本实用新型实施例的弱电信号采集电路的结构示意图三。
图4是本实用新型实施例的具有弱电信号采集电路的座圈的结构示意图。
图5是本实用新型实施例的具有弱电信号采集电路的座圈的弱电信号采集电路中信号传送线的第一种连接方法的结构示意图。
图6是本实用新型实施例的具有弱电信号采集电路的座圈的弱电信号采集电路中信号传送线的第二种连接方法的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。
实施例1
请参阅图1、图2和图3，示出本实用新型实施例提供的一种弱电信号采集电路，包括两个信号采集单元，两个所述信号采集单元包括两个信号接收电极片和两个运算放大器，两个所述运算放大器形成差分电路，所述差分电路还包括第一反馈电阻R3、第二反馈电阻R3'和设于所述第一反馈电阻R3和所述第二反馈电阻R3'之间的负反馈电阻R4；所述负反馈电阻R4为负反馈电路，所述负反馈电路用于对所述信号接收电极片接收到的差模信号进行滤波处理。
进一步地，两个所述信号接收电极片包括第一信号接收电极片111和第二信号接收电极片112，两个所述运算放大器包括第一运算放大器A和第二运算放大器A’，两个所述信号采集单元包括第一信号采集单元和第二信号采集单元；
所述第一信号接收电极片111和所述第一运算放大器A组成所述第一信号采集单元，所述第一信号接收电极片111连接至所述第一运算放大器A的同向输入端，所述第一反馈电阻 R3设于所述第一运算放大器A的反向输入端和输出端之间；
所述第二信号接收电极片112和所述第二运算放大器A’组成所述第二信号采集单元，所述第二信号接收电极片112连接至所述第二运算放大器A’的同相输入端，所述第二反馈电阻 R3'设于所述第二运算放大器A’的反向输入端和输出端之间。
进一步地，两个所述信号接收电极片采用有源电极片，两个所述信号接收电极片用于接收共模信号和差模信号。
具体地，请参阅图1和图2，所述负反馈电阻R4为所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’的反相输入端的共用电阻。
两个所述有源电极同时输入共模信号Vcm，在所述负反馈电阻R4两端产生的电位差为0，共模信号Vcm在所述负反馈电阻R4上产生的共模电流Icm为0，由所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’形成差分电路对共模信号Vcm无放大作用，即共模增益为：
Gc＝1
两个所述有源电极输入差模信号Vd，流过所述负反馈电阻R4的差模电流为：
Id＝(Vd+-Vd-)/R4
差分增益为：
Gd＝(2R3+R4)/R4
由上述分析可知，所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’的反相输入端共用所述负反馈电阻R4，可以在不放大共模信号的同时提高差分增益，避免电路出现共模饱和，改善电路的信噪比。同时可知电路的共模抑制比为CMRR＝Gd/Gc＝Gd。
具体地，请参阅图3，由于流经所述负反馈电阻R4的共模电流Icm为0，对于共模信号来说相当于开路，因此所述负反馈电阻R4的频率特性与共模信号无关，所述负反馈电阻R4可以使用具有频率特性的网络组件替代，所述网络组件对共模信号显示纯电阻性，所述网络组件为具有对差模信号实现滤波功能的网络组件。
进一步地，所述负反馈电路采用单个电阻或多个电子元件组成的具有频率特性的网络组件构成；或者，所述负反馈电路由具有全通、低通、高通、带通或者带阻频率特性的网络组件构成。
在本实施例中，两个所述信号采集单元作为放大电路的前置输入电极，采用同相差分输入方式，使得送到后级运算放大器的差模信号与共模信号的幅值之比得到提高，达到提高所述信号采集单元提取到的弱电信号信噪比的目的。
实施例2
以及，请参阅图4，示出本实用新型实施例提供的一种具有弱电信号采集电路的座圈10，所述座圈10安装有如上所述的弱电信号采集电路。
进一步地，所述座圈10的左右两侧的上表面的近顶端分别设有一个安装孔11，每个所述安装孔11内设有一个所述信号采集单元，所述信号接收电极片盖设于所述安装孔11的开口处，两个所述安装孔11内分别安装有所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’。
进一步地，请参阅图5和图6，所述座圈10的左右两侧边内分别设有一个导线通孔，两个所述导线通孔的一端分别设于所述安装孔11的底部，两个所述导线通孔的另一侧分别设于所述座圈10与座盖的连接处，两个所述导线通孔内分别设有一根信号传送线，两根所述信号传送线的一端分别连接至所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’的输出端，两个所述信号传送线的另一端分别连接至次级差分放大电路。所述信号传送线采用屏蔽电缆。
具体地，本实施例中的安装有所述弱电信号采集电路的座圈，既可以安装于不带加热和冲洗功能的普通的马桶盖，也可以安装于具有加热和冲洗功能、人体生理特征参数检测等功能的智能马桶盖。
具体地，所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’为前置放大器，放置于所述座圈10内，用于采集人体的心电信号，所述第二级运算放大器A2用于放大所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’传送来的差分信号，将两级放大器电路分离后以所述信号传送线连接，将负反馈电阻R4使用两个电阻R4和R4’代替，并分别设置于所述座圈10左右两侧的所述信号采集单元内。
具体地，请参阅图5，所述座圈10左右两侧的所述导线通孔内各设置有一条信号反馈线，负反馈电阻R4和R4’由两段所述屏蔽电缆连接在一起，即负反馈电路由负反馈电阻R4和R4’及两段屏蔽电缆组成。请参阅图6，在另一实施例中，使用一根所述信号反馈线连接负反馈电阻R4和R4’，即负反馈电路由负反馈电阻R4和R4’及一段屏蔽电缆组成。
上述设置方式中，负反馈电阻R4和R4’之间，通过一段或者两段屏蔽电缆连接，使两个物理上间隔10厘米以上的采用有源电极的运算放大器的反向输入端采用屏蔽电缆相连，降低外界电信号对所述信号采集单元的干扰，提高系统对人体心电信号采集的准确度。
本实施例中，所述弱电信号采集电路可以应用于任意品种的马桶盖，可以在人们使用马桶时采集人体腿部的心电信号，即使是干燥的冬季，也能够有效地提取人体的心电信号。
需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种弱电信号采集电路，其特征在于，包括两个信号采集单元，两个所述信号采集单元包括两个信号接收电极片和两个运算放大器，两个所述运算放大器形成差分电路，所述差分电路还包括第一反馈电阻R3、第二反馈电阻R3'和设于所述第一反馈电阻R3和所述第二反馈电阻R3'之间的负反馈电阻R4；所述负反馈电阻R4为负反馈电路，所述负反馈电路用于对所述信号接收电极片接收到的差模信号进行滤波处理。
2.如权利要求1所述的弱电信号采集电路，其特征在于，两个所述信号接收电极片包括第一信号接收电极片和第二信号接收电极片，两个所述运算放大器包括第一运算放大器A和第二运算放大器A’，两个所述信号采集单元包括第一信号采集单元和第二信号采集单元。
3.如权利要求2所述的弱电信号采集电路，其特征在于，所述第一信号接收电极片和所述第一运算放大器A组成所述第一信号采集单元，所述第一信号接收电极片连接至所述第一运算放大器A的同向输入端，所述第一反馈电阻R3设于所述第一运算放大器A的反向输入端和输出端之间。
4.如权利要求2所述的弱电信号采集电路，其特征在于，所述第二信号接收电极片和所述第二运算放大器A’组成所述第二信号采集单元，所述第二信号接收电极片连接至所述第二运算放大器A’的同相输入端，所述第二反馈电阻R3'设于所述第二运算放大器A’的反向输入端和输出端之间。
5.如权利要求1所述的弱电信号采集电路，其特征在于，两个所述信号接收电极片采用有源电极片。
6.如权利要求1所述的弱电信号采集电路，其特征在于，所述负反馈电路采用单个电阻或多个电子元件组成的具有频率特性的网络组件构成；或者，所述负反馈电路由具有全通、低通、高通、带通或者带阻频率特性的网络组件构成。
7.一种具有弱电信号采集电路的座圈，其特征在于，所述座圈安装有如权利要求1-6中任一项所述的弱电信号采集电路。
8.如权利要求7所述的座圈，其特征在于，所述座圈的左右两侧的上表面的近顶端分别设有一个安装孔，每个所述安装孔内设有一个所述信号采集单元；
两个运算放大器包括第一运算放大器A和第二运算放大器A’，所述信号接收电极片盖设于所述安装孔的开口处，两个所述安装孔内分别安装有所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’。
9.如权利要求8所述的座圈，其特征在于，所述座圈的左右两侧边内分别设有一个导线通孔，两个所述导线通孔的一端分别设于所述安装孔的底部，两个所述导线通孔的另一端分别设于所述座圈与座盖的连接处；
两个所述导线通孔内分别设有一根信号传送线，两根所述信号传送线的一端分别连接至所述第一运算放大器A和所述第二运算放大器A’的输出端，两个所述信号传送线的另一端分别连接至次级差分放大电路；
所述信号传送线采用屏蔽电缆。
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| WO2021213150A1 (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-28 | 广州易风健康科技股份有限公司 | 弱电信号采集电路及具有该采集电路的座圈及马桶盖 |
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