DE2253861A1 - Verfahren und anordnung zum kompensieren von sinusfoermigen wechselspannungsueberlagerungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zum Kompensieren von sinusförmigen Wechselspannungs-Überlagerungen.
• Die Erfindung bezeiht sich auf Verfahren und Anordnungen zum Kompensieren von Störsignalen in Form von sinusförmigen Wechelspannungen. Insbesondere bei der Verstärkung von physiologischen Signalen, wie EKG, EEG usw. tritt in Erscheinung, daß trotz hoher Gleichtaktunterdrückung des Eingangsverstärkers an dessen Ausgang das Nutzsignal vielfach von einem Störsignal überlagert istt die Ursache hierfür ist, daß das aus dem Stromversorgungsnetz ( 50 Hz ) kommende Störsignal nicht gleichmäßig an den Abnahmeelektroden und deren Zuleitungen kapazitiv und/oder induktiv wirksam wird, ao däß ein Differenzsignal entsteht, welches analog dem Nutzsignal verstärkt wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es, das dem Nutzsignal überlagerte Störsignal zu eliminieren.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Verstärker aus dem Nutz- Störsignalgemisch das Störsignal selektiv entnommen und phasen- und amplitudenrichtig derart wieder in den Vetstärkungsweg eingeführt wird, daß es am Ausgang des Verstärkers kompensiert erscheint, das Nutzsignal aber normal verstärkt auftritt. Diese Kompensation wird durch zwei Verfahren erreicht und zwar durch Differenzbildung zwischen dem Nutz- Störsignalgemisch und dem daraus reproduzierten Störsignal Vorwärtskompensation ), oder durch Rückführung des am Verstärkerausgang entstehenden Störsignales auf ein Bezugspotential der Eingangsschaltung nach Art einer Gegenkopplung ( Rückwärtskompensation ).
• Zur Durchführung dieser Verfahren bedarf es der Aus filterung des Störsignales aus dem Nutz- Störsignalgemisch, dies erfo durch einen sehr lose, ohmisch oder induktiv angekoppelten, auf die Störfrequenz abgestimmten L-C- Resonanzkreis (oder dessen elektronische Nachbildung ), in welchem sich zwar die Störfrequenz langsam aufschaukelt, worauf aber spontane Amplituden des Nutzsignales praktisch keinen Einfluß nehmen; der durch die lose Ankopplung bedingte Amplitudenverlust wird durch einen zugeschalteten Verstärker ausgeglichen, das Störsignal wird also phasen- und amplitudengetreu reproduziert.
• Ferner werden zur Durchführung dieser Verfahren unterschiedliche Anforderungen an die Selektionsgüte des lose angekoppelten L-C-Resonanzkreises gestellt; diese Anforderungen werden dadurch erfüllt, daß anstatt des linearen Verstärkers dem Resonanzkreis ein selektiver Verstärker ( bekannte Anordnungen wie aktives Filter oder Gyrator ) zugeschaltet wird, oder daß dieser in Verbindung mit ebenfalls bekannten Begrenzerschaltungen, welche spontane Amplituden des Nutzsignales über dem Pegel des Störsignales absorbieren, eine Ersatzschaltung hoher Selektionsgüte an Stelle des L-C- Resonanzkreises bildet.
• Nachstehend werden derartige Anordnungen oder Kombinationen mit einem L-C- Kreis als WResonatorZ bezeichnet.
• In Hinblick-auf Möglichkeiten der Ausgestaltung von Schaltungsanordnungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren wird auf die nachstehende Figurenbeschreibung hingewiesen; diese Ausführungsbeispiele beschränken jedochden Gegenstand vorlíegender Erfindung in keiner Weise.
• Die Figuren- 1-5 zeigen SchaItungsanordiubgen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Vorwärtskompensation und die Figuren 6-8 zeigen Ausführungsbeispiele für Schaltungsanordnungen nach dem Verfahren der Rückwärtskompensation.
• Mit E ist der Eingang des Nutz- Störsignaig-emisches bezeichnet.
• Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird dieses Nutz- Störsignal gemisch über den relativ hochohmigen Widerstand-R dem ailf die Störfrequenz ( 50 Hz ) abgestimmten L-C- Resonanzkreis züge-führt, wobei zur weiteren Verringerung der Kreisdämpfung die lose knkopplung an eine-Anzapfung der Induktivität L erfoFF sodaß sich das Störsignal innerhalb von ca. 0,3 Sekunden auf etwa 3% des ursprünglichen Wertes aufschaukelt. Üer Verstärker vi verstärkt diese somit erzielte Störfrequenzamplitüde auf die ursprüngliche Höhe, das nunmehr reproduzierte Störsignal wird an einen Eingang eines Differenzverstärkers V2 geleitet und das Nütz- Störsignalgemisch an dessen zweiten Eingang, wodurch im Rahmen der Gleichtaktunterdrückung dieses Differenzverstärkers das Störsignal am Verstärkerausgang kompensiert erscheint, das Nutzsignal jedoch normal verstärkt wird. Die ausgefilterte Störfrequenzamplitude wird durch Xnderung des Widerstandes R oder des Verstärkungsfaktors von Vl der ursprünglichen angeglichen, der Abgleich des Resonanzkreises auf die Störfrequenz erfolgt vorzugsweise durch Änderung der Induktivität L.
• Der besondere Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist darin zu seheX daß die Resonanzkreisgüte im Rahmen der Gleichtaktunterdrückungseigenschaften des Differenzverstärkers V2 dermaßen erhöht erscheint, daß selbst konstante-Amplituden des Nutzsignales, welche im Abstand von z.B. ca. 8% neben der Resonanzfrequenz des L-C- Kreises liegen, nicht mehr bedämpft bzw. kompensiert werden. Dies gilt auch für die Beschaibung nach Figur 2.
• Bei der AufGhrungsform nach Figur 2 ist der L-C- Resonanzkreis induktiv angekoppelt. Die Ausgangsamplitude des reproduzierten Störsignales wird wiederum durch Veränderung des Widerstandes R oder der Verstärkung von V1 eingestellt; der Verstärker V1 gleicht den durch die lose Ankopplung bedingten Amplitudenverlust vorab aus. Die Zuführung des reproduzierten Störsignales an den Differenzverstärker V2 erfolgt über den strichliert eingezeichneten Impedanzwandler I und/oder bei galvanischer Trennung durch Kondensatorkopplung C2. Dies gilt analog auch für die Ausführungsform nach Figur 1.
• Bei den weiteren Ausführungsformen werden hohe Anforderungen an die Selektionsmittel gestellt, welche durch die eingangs beschriebene Kombinationsanordnung im Resonator RES erfüllt wird. Im Falle der Figur 3 erfolgt die Differenzbildung zwischen dem Nutz-Störsignalgemisch und dem reproduzierten Störsignal in dem durch die Widerstände R1 und R2 gebildeten Spannungsteiler, dem die Kompensationsspannung gegenphasig zugeführt wird.
• Im Falle der Anordnung nach Figur 4 erfolgt die Vorwärtskompensation durch gegenphasige Transformation der reproduzierten Störspannung in die Sekundärwicklung W2, wobei die Primärwicklung W1 als Teil eines Resonanzkreises ausgebildet sein kann.
• Figur 5 zeigt eine symmetrische Anordnung in bezug auf Figur 4; hier wird das Störspannungsdifferenzsignal, welches aus dem Spannungsteiler Rl und R2 gewonnen wird, dem Resonator RES zugeführt und von dessen Ausgang so in die Sekundärwicklungen W2 und W3 transformiert, daß sich für den nachgeschalteten Differenzverstärker V das Störsignal als Differenzsignal anbietet und somit an dessen Ausgang kompensiert erscheint. Die Primärwicklung W1 kann in dieser Anordnung wiederum Teil eines Resonanzkreises sein.
• Bei der Rückwärtskompensation gemäß AuEührungsform nach Figur 6 wird die am Ausgang des Verstärkers V entstehende Störfrequenzamplitude durch den Resonator RES ausgefiltert, verstärkt und nach Art einer Gegenkopplung dergestalt in der jeweiligen Eingangsschaltung dem Bezugspotential überlagert, daß die Störfrequenzamplitude nicht mitverstärkt wird. Die Kompensationsspannung wird über. den Kondensator C zugeführt oder dadurch, daß der Ausgang des Resonators als Bezugspotential dient.
• Figur 7 zeigt eine Variante in bezug auf Figur 6; hierbei wird die Kompensationsspannung in das Bezugspotential der Eingangsschaltung transformiert, wobei die Primärwicklung W1 wiederum als Teil eines Resonanzkreises ausgebildet werden kann und die Sekundärwicklung W2 bei nicht erforderlicher galvanischer Trennung Teil der Primärwicklung sein kann.
• Bei der Ausführungsform der Rückwärtskompensation gemäß der Anordnung nach Figur 8 erfolgt die Kompensation dadurch8 daß die am Ausgang des Verstärkers V entstehende Störfrequenzamplitude nach Passieren des Resonators RES dergestalt im Transformator Tr in die Sekundärwicklungen W1 und W2 transformiert wird, daß dem Differenzverstärker möglichst ein Gleichtaktsignal der Störspannung angeboten wird und dieses somit weitgehend unterdrückt wird. Die Primärwicklung W1 kann widerum als Teil eines Rtsonanzkreises ausgebildet sein.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Kompensation von Störsignalen in Form von sinusförmigen Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Nutz- Störsignalgemisch das Störsignal selektiv ausgefilteR und anschließend phasen- und amplitudenrichtig zur Differenzbildung mit dem Nutz- Störsignalgemisch gelangt ( Vorwärtskompensation ).

2. Verfahren zur Kompensation von Störsignalen in Form von sinusförmigen Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß das am Verstärkerausgang auftretende Störsignal selektiv ausgefiltert wird und dem (den) Bezugspotential (en) der Eingangsschaltung derart überlagert wird, daß die Störspannungsarnplitude weitgehend am Passieren is Verstärkers gehindert wird ( RückwärtskompensatiQn ).

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf die Störfrequenz abgestinu[tten Resonanzkreis (LC), welcher über einen relativ hochohmigen Widerstand (R) sehr lose ohmisch oder induktiv angekoBelt wird, einen zugeschalteten Verstärker (V1), welcher den durch die lose Ankopplung entstehenden Amplitudenverlust ausgiicht, und einen Differenzverstärker (V2), an dessen einen Eingang das reproduzierte Störsignal und an dessen anderen Eingang das Nutz- Störsignalgfemisch gelegt wird ( Fig. 1 und 2

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, sowie nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Selektionsgüte ätzt Resonanzkreis (LC) ein selektiver Verstärker zugeschL;lte l 1S <der der Resonanzkreis elektronisch nachgebildet iw (RES in Fig 3 - 8).

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbildung in einem Spannungs teiler (R1, R2 ) erfolgt, dem die Kompensationsspannung gegenphasig zugeführt wird. ( Fig. 3 ).

6. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung gegenphasig durch einen Transformator (Tr) in das Nutz- Störsignalgeinisch transformiert wird (Fig. 4).

7. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Störspannungsdifferenz eines Differenzeinganges einem Spannungsteiler ( R1, R2 ) entnommen und das reproduzierte Störsignal symmetrisch durch den Transformator (Tr) in den Eingang des nachfolgenden Differeenzverstärker (V) transformiert wird und diesem somit ein Gleichtakt- Stör signal zugeführt wird ( Fig. 5 ).

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, sowie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ausgang des Verstärkers (V) entstehende Störsignal nach Passieren des Resonators (RES) durch den Kondensator (C) dem Bezugspotential überlagert wird, oder durch Transformation (Tr), oder aber daß der Ausgang des Resonators das Bezugspotential bildet ( Fig. 6 und 7 ).

9. Anordnung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ausgang des Verstärkers (V) entstehende Störsignal nach Passieren des Resonators (RES) symmetrisch durch den Transformator (Tr) in den Differenzeingang des Verstärkers transformiert wird.

10. Anordnung nach Anspruch 6,7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (W1) der Transformatoren (Tr) als Teil eines R.sonanzkreises ausgebildet ist.