FI80201B - Kabel foer maetning. - Google Patents

Description

1 80201

MITTAUSKAAPELI

Keksinnön kohteena on mittauskaapeii, erityisesti biosähköisten signaalien mittaamiseksi, johon mittauskaapeliin kuuluu kaapeli ja sen päähän liitetyt mittausanturit signaalien havaitsemiseksi.

5

Mitattaessa biosähköisiä signaaleja kuten EMG-, EKG- ja EEG-signaaleja kytketään mittausanturit tutkittavaan henkilöön tai mahdollisesti eläimeen ja sähköiset signaalit johdetaan mittauskaapelia pitkin mittauslaitteeseen, jossa 10 signaaleja vahvistetaan ja käsitellään tarkoitukseen soveltuvalla tavalla. Täi. Iäiseen mittaukseen liitty laitteistosta aiheutuvia epäkohtia, joista aiheutuu mittaustulokseen vaikuttavia häiriötekijöitä. Sähköverkon synnyttämä sähkömagneettinen kenttä häiritsee mittauksia ja häiriö 15 voi kytkeytyä kapasitiivisesti ja/tai induktiivisesti sekä tutkittavaan että suoraan mittajohtoihin ja laitteeseen. Tällöin häiriön kapasitiivisella kytkeytymisellä on suurin merkitys. Mittauslaite havaitsee tutkittavaan kytkeytyvän kapasitiivisen häiriön yhteismuotoisena jännitteenä, josta 20 aiheutuu vahvistimen sisäänmenoon häiriöjännite ts. virhe seuraavan kaavan mukaisesti: UH = Ucm( ^ + —-- ), missä

Zcm CMRR1 25 UH = häiriöjännite

Ucm = yhteismuotoinen jännite ΔΖ = elektrodi-impedanssien ero

Zcm = vahvistimen yhteismuotoinen sisäänmenoimpedanssi CMRRj = kokonaisjärjestelmän yhteismuotoisen jännitteen vai- 30 . . diff .vahvistus mennussuhde = —r—-r-r— yht.muot.vahv.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin mittauskaapeii, jolla poistetaan nykyisiin mittauslaitteisiin liittyviä 35 epäkohtia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda 2 80201 esille mittauskaapeli, jonka avulla saadaan häiriö jännitettä pienennetyksi huomattavassa määrin. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin mittauskaapeli, joka on yksinkertainen valmistaa ja käyttää.

5

Keksinnön tarkoitus saavutetaan mittauskaapelilla, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

10 Keksinnön mukaisessa mittauskaapelissa on kaapelin päähän sijoitettu liitäntäosa, johon mittausanturit on liitetty, ja johon liitäntäosaan on sijoitettu laitteet mittausantureilta tulevien signaalien vahvistamiseksi. Tässä mittaus-kaapelissa on vahvistinlaite tuotu mahdollisimman lähelle 15 tutkittavaa henkilöä tai eläintä, jolloin häiritsevä yh-teismuotoinen jännite pienenee, sillä yhteismuotoinen jännite tutkittavassa ja vahvistimen maatasossa on lähes yhtä suuri. Sijoittamalla vahvistin liitäntäosaan, joka on sijoitettu iholle tai sen välittömään läheisyyteen 20 eliminoidaan tehokkaasti mittauselektrodien resistanssien ja kaapelin kapasitanssien heikentävää vaikutusta yhteis-muotoisen jännitteen valmennussuhteeseen. Kokonais-CMRR kasvaa kun kapasitanssien vaikutus sisäänmenossa eliminoituu.Mittauskaapelin kapasitansseista ja elektrodi-impedans-25 sien epäbalanssista aiheutuu yhteismuotoisen jännitteen vaimennussuhde kaavan /-.«on 1 mukaan . .. , „ . CMRR2 = ειτΚΚΜ; 4- CAR) missä f = taajuus R = elektrodien resistanssi AR * elektrodien resistanssien epäbalanssi 30 C = mittauskaapelin kapasitanssi AC = mittauskaapelin kapasitanssien epäbalanssi Mittauskaapeli eliminoi suoraan mittajohtoihin kytkeytyviä häiriöitä (sekä kapasitiivista että induktiivista kytkeytymistä), sillä vahvistin sijaitsee iholla tai sen välittö-35 massa läheisyydessä, elektrodijohdot ovat lyhyet, ne ovat kehon muodostamassa suojassa ja elektrodijohtojen väliin jäävä pinta-ala on pieni. Lisäksi yhteismuotoinen häiriö- ti 3 80201 virta mittauskohteen ja vahvistimen maatason välillä pienenee, koska lähellä kehoa lp = lv ja Zpm s Zvm eli kehossa oleva häiriövirta on yhtä kuin vahvistimessa oleva häiriö-virta ja impedanssit kehosta maahan ja vahvistimesta 5 maahan ovat pääasiassa yhtä suuret. Tästä seuraa yhteis-muotoisen häiriöjännitteen pieneneminen mittauskohteen ja vahvistimen maatason välillä.

Keksinnön edullisessa sovelluksessa käytetään yhteismuotoi-10 sen häiriön takaisinkytkentää, minkä avulla pienennetään ko. häiriötä maadoitusta parantamalla. Tällöin kokonais-CMRR suurenee.

Seuraavaksi keksintöä selvitetään tarkemmin viittamalla 15 oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää erästä sovellusta keksinnön mukaisesta mittauskaapelista sivulta katsottuna, kuva 2 esittää erästä sovellusta kuvan 1 mukaisen mittaus- / kaapelin elektroniikasta, 20 kuva 3 esittää erästä sovellusta mittausjärjestelyistä käytettäessä hyväksi keksinnön mukaista mittauskaapelia, ja kuva A esittää yksinkertaistettua kaaviota kuvan 3 mittausjärjestelyistä.

25 Kuvan 1 mukaisessa sovellutuksessa aktiiviseen biosignaa-lien mittauskaapeliin kuuluu kaapeli 1, sen toiseen päähän 2 kiinnitetty liitäntäosa 5, liitäntäosaa irroitettavasti tai kiinteästi kiinnitetyt mittausanturit 3, A ja mittaus-kaapelin toiseen päähän kiinnitetty liitin 6 mittauskaape-30 Iin kiinnittämiseksi varsinaiseen mittalaitteeseen. Mittausantureihin kuuluu elektrodit ja mittausjohdot. Liitän-täosaan on sijoitettu laitteet signaalien suodattamiseksi sekä offset-jännitteen eliminoimiseksi. Mittauskaapeli sisältää jännitesyöttöjohdot, signaali johdon ja maadoitus-35 johdon. Suojavaippa voi edullisesti toimia maadoitusjohtona.

τ- 4 80201

Eräässä edullisessa sovelluksessa maadoituselektrodi on sijoitettu kiiinteästi 1iitäntaosaan, jolloin ei tarvita erillistä, johdolla liitäntäosaan kiinnitettyä maadoitus-elektrodia 4.

5

Kuvassa 2 esitetyssä sovelluksessa muodostavat vahvistimet AI, A2 ja A4 ns. instrumentointivahvistimen. Vahvistimina AI ja A2 käytetään operaatiovahvistimia, joiden sisäänmeno-impedanssi on ΙΟ^Ω. Vahvistin A3 kääntää yhteismuotoisen 10 signaalin vaihetta 180° ja on maaelektrodin kautta kytketty potilaaseen. Menettely pienentää elektrodin impedanssia ts. maadoitus paranee. Vahvistin A5 eliminoi elektrodien of f set-jännitteen (DC) ryöminnän. Vahvistimen A5 kytkentä määrää samalla alarajataajuuden 3 dB pisteen. Ylärajataa-15 juuden 3 dB pisteen määräävät vastusten R2 ja R3 ja konden-saattoreiden Cl ja C2 arvot. Vahvistimen yhteismuotoisen signaalin vaimennuksen virittäminen tehdään trimmereillä R14 (DC) ja Rll (AC). Vahvistimen jännitesyötöt (+Vs ja -Vs) ja signaali johto ovat kaapelin sisällä suojavaipan 20 toimiessa maajohtona.

Kuvassa 3 Csp = kapasitanssi sähköverkosta potilaaseen Csv = kapasitanssi sähköverkosta vahvistimeen Cpm = kapasitanssi potilaasta maahan 25 Cvm = kapasitanssi vahvistimesta maahan

Ze^, Ze2> Ze^ = elektrodi-impedansseja Zin^, Zin2 = vahvistimen yhteismuotoisia sisään-menoimpedansseja B1 = kuvan 2 vahvistimet AI, A2 ja A3 30 B2 = kuvan 2 vahvistin A3

Kuvassa 3 on esitetty mittaustilanne, jossa vahvistimena käytetään kuvan 1 mukaista aktiivista mittauskaapelia. Kuvan 3 vahvistin voidaan liittää kannettavaan ja muistiin-tallentavaan biosähköisten signaalien mittauslaitteeseen 35 tai esi vahvistimena esim. suurempaan mittausjärjestelmään. Kuvan 3 vahvistinta on myös mahdollista muuttaa niin, että takaisinkytkentävahvistin B2 jätetään pois ja maadoi- 5 80201 tus tehdään suoraan tai kuten kuvassa 1 on vaihtoehtoisesti esitetty.

Kuva 4 selittää kuvan 3 mittaustilannetta ja kaaviossa 5 on kuvassa 3 esitettyjen lisäksi: lp = häiriövirta verkosta tutkittavaan lv = häiriövirta verkosta vahvistimeen Zpm = impedanssi potilaasta maahan Zvm = impedanssi vahvistimesta maahan 10 IH = yhteismuotoinen häiriövirta IHrlle voidaan johtaa kaava: t„ _ _IpZpm - IvZvm IpZpm - IvZvm

Zpm + Zvm + Ze3/Zin3 Zpm + Zvm 15 ja yhteismuotoinen häiriöjännite UcM = IHZe3

Integroimalla vahvistinosa mittauskaapeliin voidaan mittauslaitteiden kokoa pienentää, jolloin saadaan aikaan 20 kannettava laite. Aktiivinen mittauskaapeli voidaan liittää esim. erilliseen kannettavaan mittauslaitteeseen, jolloin ko. laite voi sisältää muistiintallennuskyvyn ja liitännän ulos esim. tietokoneeseen. Se voidaan liittää telemetriseen lähettimeen tai esivahvistinosana suurempaan 25 mittausjärjestelmään.

Keksintöä ei rajata esitettyihin sovelluksiin vaan se voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

6 80201

1. Mittauskaapeli, erityisesti biosähköisten signaalien mittaamiseksi, johon mittauskaapeliin kuuluu kaapeli (1) ja sen päähän (2) liitetyt mittausanturit (3, A) signaa lien havaitsemiseksi, tunnettu siitä, että kaape-

5 Iin päähän on sijoitettu liitäntäosa (5), johon mittaus- antureiden (3, 4) mittausjohdot on kiinnitetty erilleen toisistaan ja josta ne on johdettu suoraan mittauskohtee-seen ja, että liitäntäosa on mittausantureiden elektrodien läheisyydessä, ja johon liitäntäosaan on sijoitettu lait-10 teet mittausantureilta tulevien signaalien vahvistami seksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauskaapeli, t u n -n e t t u siitä, että liitäntäosaan on sijoitettu laitteet 15 mittausantureilta tulevien signaalien suodattamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mittauskaapeli, t u n -n e t t u siitä, että liitäntäosaan on sijoitettu laitteet mittausantureiden offset-jännitteen eliminoimiseksi. 20

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen mittauskaapeli, tunnettu siitä, että maadoituselektrodi on sijoitettu liitäntäosaan. 7 80201