KR101227413B1 - Electrical contactless bio-electrical signal measurement apparatus and the method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉식 생체 신호 측정 장치 및 그 측정 방법을 제공한다. 이 장치는 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제1 전극, 제1 전극과 이격되고 배치되어 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제2 전극, 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로, 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로, 및 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함한다.The present invention provides a non-contact biosignal measuring apparatus and its measuring method. The device includes a first electrode that is not in direct electrical contact with the human body, a second electrode that is spaced apart from the first electrode and is not in direct electrical contact with the human body, a first shear amplification circuit connected to the first electrode, and a second electrode. And a differential amplifier configured to extract the bioelectrical signal by using the connected second shear amplifier circuit, and the first output signal of the first shear amplifier circuit and the second output signal of the second shear amplifier circuit.
Description
본 발명은 전기적 비접촉으로 심전도(ECG, Electrocardiogram) 및/또는 호흡을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 피검자가 옷을 입은 상태로 앉아 전기적 비접촉으로 심전도 신호 및/또는 호흡 신호를 얻을 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for measuring electrocardiogram (ECG) and / or respiration by electrical non-contact, and more specifically, it is possible to obtain an electrocardiogram signal and / or respiration signal by electrical non-contact sitting on a subject's clothes. The present invention relates to a method and an apparatus.
본 발명은 교육과학기술부의 21세기프론티어연구개발사업인 뇌기능 활용 및 뇌질환치료 기술개발 연구사업단의 연구비 지원(과제번호-2010K000827)으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.The present invention is derived from the research conducted by the research fund support (project number-2010K000827) of the 21st century frontier R & D project of the Ministry of Education, Science and Technology.
심전도(ECG, Electrocardiogram) 신호는 심장 활동에 동반되는 인체 전기 신호이며, 호흡 신호는 폐 운동에 따른 신호이다. 이들 신호들은 심장 및 폐 관련 각종 질환을 진단하는 주요한 수단으로 활용되며, 기본적인 생명활동 감시를 위한 주요한 수단으로 활용되고 있다.Electrocardiogram (ECG) signals are human electrical signals associated with cardiac activity, and respiratory signals are signals of lung movement. These signals are used as a major means for diagnosing heart and lung diseases and as a key means for monitoring basic life activities.
심전도 신호는 그 신호 모양으로 다양한 진단에 활용된다. 하지만, 심박변이율(HRV, Heart Rate Variability)은 심전도 신호의 꼭지점 간격(R-R interval) 변화에 기인한다. 상기 심박변이율(HRV, Heart Rate Variability) 분석은 자율신경계 정보를 파악하는 용도로 활용될 수 있다.ECG signals are used for various diagnostics in the form of their signals. However, heart rate variability (HRV) is due to a change in the R-R interval of the ECG signal. The heart rate variability (HRV) analysis may be used to identify autonomic nervous system information.
통상적인 심전도 장치는 피검자 피부에 전도성 전극을 부착하여 계측하도록 구성된다. 복수의 전극들이 피검자 피부에 부착되고, 연결선들은 상기 전극들과 심전도 장치 사이를 연결한다. Conventional ECG devices are configured to attach and measure a conductive electrode to the subject's skin. A plurality of electrodes are attached to the subject's skin, and connecting lines connect between the electrodes and the ECG device.
본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 전기적 접촉 없이 피검자가 옷을 입은 상태에서 심전도 및/또는 호흡을 계측할 수 있는 측정 장치를 제공하는 것이다. One technical problem to be solved of the present invention is to provide a measuring device that can measure the electrocardiogram and / or breathing in a state in which the subject is dressed without electrical contact.
본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 전기적 접촉 없이 피검자가 옷을 입은 상태에서 심전도 및/또는 호흡을 계측할 수 있는 측정 방법을 제공하는 것이다. One technical problem to be solved of the present invention is to provide a measuring method that can measure the electrocardiogram and / or breath in a state in which the subject is dressed without electrical contact.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격되고 배치되어 상기 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제2 전극, 상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로, 상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로, 및 상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함한다.The biosignal measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a first electrode that is not in direct electrical contact with a human body, a second electrode that is spaced apart from the first electrode and is not in direct electrical contact with the human body, the first electrode Bioelectricity is achieved using a first shear amplification circuit connected to an electrode, a second shear amplification circuit connected to the second electrode, and a first output signal of the first shear amplification circuit and a second output signal of the second shear amplification circuit. It includes a differential amplifier for extracting the signal.
본 발명의 일 실시 예에 따른 측정 장치는 피검자가 옷을 입은 상태에서 전기적 접촉없이 심전도 신호 또는 호흡 신호를 계측할 수 있다. 전단 증폭 회로는 높은 임피던스 특성을 가지는 연산 증폭기(Op-amp)의 성능에 의해 전적으로 결정되지 않고, 별도의 부가 회로가 전단 증폭 회로의 성능을 개선한다. 따라서, 전단 증폭 회로 구현을 위한 연산 증폭기(Op-amp) 선택의 폭이 넓다.The measuring device according to an embodiment of the present invention may measure an ECG signal or a respiration signal without an electrical contact in a state where a subject wears clothes. The shear amplifier circuit is not entirely determined by the performance of the operational amplifier (Op-amp) having a high impedance characteristic, and a separate additional circuit improves the performance of the shear amplifier circuit. Therefore, op-amp selection for the implementation of the shear amplifier is wide.
상기 측정 장치는 전기적 비접촉식으로 방석, 시트, 의자, 차량 의자, 소파, 침대, 인큐베이터, 또는 밴드 형태로 구현될 수 있다. 상기 측정 장치는 일상 생활환경에서도 손쉽게 심전도(ECG), 심박 펄스 신호, 심박변이율(HRV) 신호, 및 호흡 신호 중에서 적어도 하나를 제공할 수 있다.The measuring device may be implemented in the form of a cushion, a seat, a chair, a vehicle chair, a sofa, a bed, an incubator, or a band in an electrical contactless manner. The measuring device may easily provide at least one of an electrocardiogram (ECG), a heart rate pulse signal, a heart rate variability (HRV) signal, and a breathing signal even in a daily living environment.
특히, 침대에서 구현될 경우, 상기 측정 장치는 신생아를 포함한 영유아용 환자 감시 장치로 활용할 수 있다. 신생아의 경우, 피부에 온갖 측정 전극을 부착해야 한다. 그러나, 상기 측정 장치는 의류를 착용한 환자가 침대에 누운 상태로 생명 유지 상태를 감시할 수 있게 된다.In particular, when implemented in a bed, the measuring device can be utilized as a patient monitoring device for infants and young children. In newborns, all kinds of measuring electrodes must be attached to the skin. However, the measuring device can monitor the life support state while the patient wearing the clothing is lying in the bed.
도 1은 접촉식 생체 신호 측정 장치의 등가회로 모델이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 비접촉식 신호 계측을 설명하는 등가 회로 모델을 나타낸다.
도 3은 도 2에서 설명한 등가 전기용량(Cs) 및 생체 신호(Vs)의 주파수에 따른 신호 크기 비(Vo/Vs)을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이어스 경로를 확보하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.
도 9 내지 12는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 센서 회로를 설명하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 증폭 회로(826)를 설명하는 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 측정 장치를 설명하는 도면들이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 설명하는 도면들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 19는 도 13의 측정 장치를 이용하여 측정한 시간 미분 심전도 신호(DVECG)와 그 심박 펄스 신호이다.
도 20a 내지 도 20d는 도 13의 측정 장치를 이용하여 측정한 가속도 센서의 z축 방향의 가속도 신호, 필터링된 가속도 신호, 시간 미분 심전도 신호, 및 대역 제거 필터를 통과한 신호이다.
도 21 내지 도 27은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 측정 장치를 설명하는 도면들이다.
도 28은 도 15의 생체 신호 측정 장치를 이용하여 측정한 호흡 신호(VRSP), 시간 미분 심전도 신호(DVECG), 및 심박 펄스 신호(VHBP)를 나타낸다.
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 이용하여 얻은 결과들이다.1 is an equivalent circuit model of a contact biosignal measuring apparatus.
2 shows an equivalent circuit model illustrating electrical non-contact signal measurement in accordance with an embodiment of the present invention.
3 illustrates a signal magnitude ratio Vo / Vs according to the equivalent capacitance Cs and the frequency of the biosignal Vs described with reference to FIG. 2.
4 is a view for explaining a method of securing a bias path according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a sensor circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 illustrates a sensor circuit according to another embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a sensor circuit according to another embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a sensor circuit according to another embodiment of the present invention.
9 to 12 are diagrams illustrating a sensor circuit according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a biosignal measuring apparatus according to an exemplary embodiment. Referring to FIG.
14 is a diagram illustrating a
15 and 16 are diagrams illustrating a measuring device according to other embodiments of the present invention.
17A and 17B are diagrams illustrating a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
18 is a view for explaining a measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a time differential ECG signal DV ECG and its heart rate pulse signal measured using the measuring apparatus of FIG. 13.
20A through 20D are signals passing through an acceleration signal in the z-axis direction, a filtered acceleration signal, a time differential ECG signal, and a band cancellation filter of the acceleration sensor measured using the measuring device of FIG. 13.
21 to 27 are diagrams illustrating a measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 28 illustrates a respiration signal V RSP , a time differential ECG signal DV ECG , and a heart rate pulse signal V HBP measured using the biosignal measuring apparatus of FIG. 15.
29A and 29B are results obtained using a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
접촉식 심전도 장치를 이용한 심전도 신호 계측에서, 피검자는 심전도 신호 계측을 위해 피부 표면에 해당 전극을 부착해야하며, 접촉식 심전도 장치에 구속되는 수고를 감내해야 한다. 접촉식 계측 방법은 도전성 전극을 인체 피부에 직접 부착하여 심전도 신호를 계측한다.In electrocardiogram measurement using a contact electrocardiogram device, the subject must attach the corresponding electrode to the surface of the skin for electrocardiogram signal measurement and endure the effort constrained by the contact electrocardiogram device. The contact measurement method directly attaches a conductive electrode to human skin to measure an ECG signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 계측 방법은 피검자의 인체 피부에 직접적인 전기적 접촉 없이 심전도 신호를 계측할 수 있는 방법이다. 따라서, 심전도 신호는 피검자가 옷을 입은 상태에서 계측될 수 있다. Non-contact measuring method according to an embodiment of the present invention is a method that can measure the ECG signal without direct electrical contact with the human skin of the subject. Thus, the ECG signal can be measured while the subject is dressed.
생체 전기 신호 계측에서는 신호원의 임피던스가 상당히 크다. 따라서, 전도성 전극이 직접적으로 인체에 부착되어, 생체 전기 신호가 측정되었다.In bioelectrical signal measurement, the impedance of the signal source is quite large. Therefore, the conductive electrode was directly attached to the human body, and the bioelectrical signal was measured.
하지만, 피검자가 옷을 입은 상태 또는 측정 센서와 피검자가 이격된 상태에서 생체 전기 신호를 얻을 수 있다면, 피검자의 심리적 제약은 제거될 수 있다. 또한, 비접촉식 측정 센서는 절연체를 개재하여 인체와 밀착되지 않은 환경에서도 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 상기 생체 전기 신호는 뇌파, 심전도, 안전도, 및 근전도, 또는 호흡일 수 있다. However, if the biometric signal can be obtained in a state where the subject is dressed or in a state where the measurement sensor and the subject are separated, the psychological constraint of the subject may be removed. In addition, the non-contact measuring sensor can measure the bioelectrical signal through an insulator even in an environment not in close contact with the human body. The bioelectrical signal may be brain wave, electrocardiogram, safety, and electromyogram, or breathing.
본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 계측 방법은 피검자의 피부에 직접적인 전기적 접촉 없이 피부 표면의 전위(electric potential)을 측정할 수 있다. 적어도 두 측정 전극들의 전위의 차이는 심전도 신호 또는 호흡 신호를 제공할 수 있다. 상기 심전도 신호의 측정을 실현하기 위한 핵심은 비접촉식으로 신호 계측을 제공하는 고입력 임피던스의 전단 증폭(Pre-amplifier) 회로와 차동 증폭 회로 기술이다.The non-contact metrology method according to an embodiment of the present invention can measure the electrical potential of the skin surface without direct electrical contact with the skin of the subject. The difference in the potentials of the at least two measuring electrodes can provide an ECG signal or a breathing signal. The key to realizing the measurement of the electrocardiogram signal is high input impedance pre-amplifier circuit and differential amplification circuit technology that provides signal measurement in a non-contact manner.
본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 계측 방법은 다음과 같은 문제점 해결을 제공한다. 전단 증폭 회로의 안정적 동작은 바이어스 회로에 의하여 해결될 수 있다. 또한, 용량성 전압 분배에 의한 신호 감쇠는 용량성 되먹임 회로에 의해 해결될 수 있다. 전단 증폭 회로의 등가 입력 저항(또는 유효 입력 저항)은 저항성 되먹임 회로에 의해 해결될 수 있다. Non-contact measuring method according to an embodiment of the present invention provides the following problem solving. Stable operation of the shear amplifier circuit can be solved by the bias circuit. In addition, signal attenuation by capacitive voltage distribution can be solved by the capacitive feedback circuit. The equivalent input resistance (or effective input resistance) of the shear amplifier circuit can be solved by the resistive feedback circuit.
이하, 전기적 비접촉식 계측을 실현하기 위한 센서를 설명한다.
Hereinafter, a sensor for realizing electrical non-contact measurement will be described.
[전통적 접촉 계측 방식과 비접촉 계측 방식의 차이][Difference between traditional contact measurement method and non-contact measurement method]
도 1은 접촉식 생체 신호 측정 장치의 간단한 등가회로 모델이다.1 is a simple equivalent circuit model of a contact biosignal measuring apparatus.
도 1을 참조하면, 상기 생체 신호 측정 장치는 전도성 전극을 사용하여 생체 신호를 측정한다. 인체에 형성되는 생체 전위(Vs)는 전극(미도시)과 피부 사이에 존재하는 신호원의 임피던스 또는 접촉 저항(Rs)을 통해 생체 신호 측정 장치의 입력으로 전달된다. 생체 신호 측정 장치는 전단 증폭기(10)를 포함한다. 상기 전단 증폭기(10)는 자체 입력저항(Ri) 및 자체 입력 전기용량(Ci)을 가진다. 상기 전단 증폭기(10)의 이득은 1일 수 있다. 이 경우, 상기 전단 증폭기의 출력 신호(Vo)는 다음과 같이 주어질 수 있다.Referring to FIG. 1, the biosignal measuring apparatus measures a biosignal using a conductive electrode. The biopotential (Vs) formed in the human body is transmitted to the input of the biosignal measuring apparatus through the impedance or contact resistance (Rs) of the signal source existing between the electrode (not shown) and the skin. The biosignal measuring apparatus includes a
여기서, j는 복소수를, ω는 상기 전단 증폭기의 입력 신호 또는 생체 전위(Vs)의 각주파수를 나타낸다. 상기 입력 신호의 주파수가 약 10 Hz이고, 신호원의 임피던스 또는 접촉 저항(Rs)이 10 kΩ이고, 상기 전단 증폭기의 입력 저항(Ri)이 10 TΩ이고, 상기 전단 증폭기의 입력 전기용량(Ci)이 10 pF인 경우, 수학식 1은 다음과 같이 근사화될 수 있다.Here, j represents a complex number and ω represents an angular frequency of the input signal or the biopotential (Vs) of the shear amplifier. The frequency of the input signal is about 10 Hz, the impedance or contact resistance (Rs) of the signal source is 10 kΩ, the input resistance (Ri) of the shear amplifier is 10 TΩ, and the input capacitance (Ci) of the shear amplifier. In the case of 10 pF,
전통적인 생체 전기 신호 측정 방식에서, 출력 신호(Vo)는 상기 생체 전위(Vs)와 거의 같다. 따라서, 생체 전위(Vs)는 거의 손실 없이 측정할 수 있다.In a traditional bioelectrical signal measuring scheme, the output signal Vo is approximately equal to the biopotential Vs. Therefore, the biopotential Vs can be measured with little loss.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 비접촉식 신호 계측을 설명하는 간단한 등가 회로 모델을 나타낸다.2 shows a simple equivalent circuit model illustrating electrical non-contact signal measurement in accordance with one embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 비접촉식 신호 측정에서는 인체와 생체 신호 측정 장치 사이에 배치된 접촉 저항(Rs) 대신에 인체와 비접촉식 전극(미도시) 사이에 형성되는 등가 축전기(전기용량(Cs))가 놓인다. 생체 신호 측정 장치는 전단 증폭기(20)를 포함할 수 있다. 상기 전단 증폭기(20)의 이득은 1일 수 있다. 상기 전단 증폭기(20)는 자체 입력저항(Ri) 및 자체 입력 전기용량(Ci)을 가진다. 이 등가 회로에서 생체 신호(Vs)에 대한 출력 신호(Vo)는 다음과 같이 표시될 수 있다.Referring to FIG. 2, in the non-contact signal measurement, an equivalent capacitor (capacitive Cs) formed between the human body and the non-contact electrode (not shown) is placed in place of the contact resistance Rs disposed between the human body and the biological signal measuring device. . The biosignal measuring apparatus may include a
인체와 상기 비접촉식 전극 사이에 형성되는 등가 전기용량(Cs)은 상황에 따라 다양한 값을 가질 수 있다.The equivalent capacitance Cs formed between the human body and the non-contact electrode may have various values depending on the situation.
도 3은 도 2에서 설명한 등가 전기용량(Cs) 및 생체 신호(Vs)의 주파수 변화에 따른 신호 크기 비(Vo/Vs)을 나타낸다.FIG. 3 illustrates the signal capacitance ratio Vo / Vs according to the frequency change of the equivalent capacitance Cs and the biosignal Vs described with reference to FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 등가 전기용량(Cs)과 전단 증폭기(20)의 자체 입력 저항(Ri)은 고주파 통과 필터(HPF)를 형성한다. 생체 신호(Vs)의 주파수가 10 Hz인 경우, 상기 고주파 통과 필터(HPF)의 차단 주파수(Cut-off frequency)는 상기 생체 신호(Vs)의 주파수보다 낮을 수 있다. 따라서, 상기 고주파 통과 필터(HPF)에 의한 신호 감쇠는 없다.2 and 3, the equivalent capacitance Cs and its own input resistance Ri of the
그러나, 출력 신호(Vo)의 크기는 등가 전기용량(Cs)의 크기에 따라 상당한 변화를 보인다. 생체 신호(Vs)의 주파수가 상기 고주파 통과 필터(HPF)에 의한 차단 주파수보다 상당히 큰 경우, 수학식 3에서 분모의 두 번째 항의 크기는 상대적으로 무시할 수 있다. 이 경우, 출력 신호(Vo)의 크기는 다음과 같이 주어진다.However, the magnitude of the output signal Vo varies considerably with the magnitude of the equivalent capacitance Cs. If the frequency of the biosignal Vs is significantly greater than the cutoff frequency by the high pass filter HPF, the magnitude of the second term of the denominator can be relatively neglected in
수학식 4와 수학식 2를 비교하면, 비접촉식 신호 계측은 출력 신호(Vo)의 상당한 감쇠를 발생시킬 수 있다. 따라서, 경우에 따라, 비접촉식 신호 계측은 불가능할 수 있다.Comparing equations (4) and (2), the non-contact signal measurement can cause significant attenuation of the output signal Vo. Thus, in some cases, contactless signal measurement may not be possible.
전단 증폭기(20)는 연산 증폭기(OP-AMP)를 사용할 수 있다. 상기 전단 증폭기(20)의 자체 입력 전기용량(Ci)의 크기가 작을수록, 출력신호(Vo)의 크기는 증가한다. 또한 비접촉 전극과 인체 사이의 등가 전기용량(Cs)이 클수록, 출력 신호(Vo)의 크기는 증가한다. The
수학식 2와 수학식 4는 접촉식 계측과 비접촉식 계측의 결정적 차이를 보여준다. 출력 신호(Vo)의 크기는 통상적으로 전단 증폭기(20)의 후단에 배치된 증폭기(미도시)를 사용하여 증폭될 수 있다. 그러나, 이 경우, 상기 증폭기는 잡음(Noise)도 함께 증폭한다. 따라서, 신호와 잡음의 판별이 어렵다.
수학식 4를 참조하면, 비접촉식 신호를 검출하기 위해서 전단 증폭기(20)의 자체 입력 전기용량(Ci)은 감소되고, 동시에 비접촉 전극과 인체 사이의 등가 전기용량(Cs)은 증가될 필요가 있다. 신호 크기 비(Vo/Vs)가 거의 1에 근접하도록, 전단 증폭기를(20) 포함하는 센서 회로가 필요하다. Referring to
접촉식 검출 방법과 비접촉식 검출 방법의 다른 차이는 전단 증폭기를 구동을 위한 바이어스 직류 전류(Ib)가 흐르는 경로의 존재 여부이다. 전단 증폭기(20)의 입력 바이어스 전류 경로는 전단 증폭기의 올바른 동작을 위해서 필요하다. Another difference between the contact detection method and the non-contact detection method is the presence or absence of a path through which the bias DC current Ib for driving the shear amplifier. The input bias current path of the
다시, 도 1을 참조하면, 접촉식 검출 방법에서는 전단 증폭기의 입력단에서 전극-피부의 접촉 저항(Rs)를 통해 인체 피부에 부착되는 접지 전극(미도시)을 거쳐 전단 증폭기(10)의 접지로 흐르는 바이어스 전류 경로가 존재한다.Referring back to FIG. 1, in the contact detection method, the input terminal of the front end amplifier is connected to the ground of the
다시, 도 2를 참조하면, 비접촉식 검출 방법에서는 바이어스 전류가 흐르는 별도의 전류 경로가 존재하지 않는다. 전단 증폭기(20)의 자체 입력 저항(Ri)을 통한 경로는 존재할 수 있다. 이 경로는 상기 전단 증폭기(20)의 안정적인 동작을 보장하지 못한다. 바이어스 전류(Ib)와 자체 입력 저항(Ri)에 의해 상기 전단 증폭기(20)의 출력이 포화될 수 있다. 따라서, 상기 전단 증폭기(20)의 정상적인 동작은 보장되지 않는다. 따라서, 비접촉식 검출 방법은 쉽게 달성되기 어렵다.
Referring again to FIG. 2, in the non-contact detection method, there is no separate current path through which the bias current flows. There may be a path through its input resistance Ri of the
[증폭기 안정적 동작을 위한 바이어스 회로][Bias Circuit for Stable Amplifier Operation]
비접촉식으로 신호를 계측하기 위해서는 상술한 문제점들(용량성 전압 분배에 의한 신호 감쇠와 바이어스 전류 경로 미확보로 인한 증폭기 동작 불능)을 해결해야 한다.In order to measure the signal in a non-contact manner, the above-mentioned problems (signal attenuation due to capacitive voltage distribution and amplifier inoperability due to inaccurate bias current paths) must be solved.
먼저, 전단 증폭기의 올바른 동작이 요구된다. 따라서, 바이어스 경로의 회로적 형성이 고려된다.First, correct operation of the shear amplifier is required. Thus, the circuit formation of the bias path is considered.
도 4는 바이어스 경로를 확보하는 가장 간단한 방법을 설명하는 도면이다.4 illustrates the simplest method of securing a bias path.
도 4를 참조하면, 전단 증폭기(30)의 입력단과 접지(GND) 사이에 바이어스 저항(32)이 삽입된다. 상기 전단 증폭기(30)의 입력단에 존재하는 바이어스 전류(Ib)는 상기 바이어스 저항(32)을 통해 접지로 흐른다. 따라서, 바이어스 전류 경로가 형성되어, 상기 전단 증폭기(30)는 정상 동작할 수 있다. Referring to FIG. 4, a bias resistor 32 is inserted between the input terminal of the front end amplifier 30 and the ground GND. The bias current Ib present at the input of the front end amplifier 30 flows to ground through the bias resistor 32. Thus, a bias current path is formed so that the front end amplifier 30 can operate normally.
다만, 이 경우, 바이어스 전류(Ib)와 상기 바이어스 저항(32)에 의한 전압 강하는 상기 전단 증폭기(30)의 구동 전압 및 입력 공통 모드 전압(input common mode voltage)보다 작아야 한다. 회로적으로 도입된 상기 바이어스 저항(32)은 상기 전단 증폭기(30)의 자체 입력 저항(Ri)과 병렬로 연결된다. 상기 바이어스 저항(32)의 저항값은 대개 상기 전단 증폭기(30)의 자체 입력 저항(Ri)보다 상당히 작다. 따라서, 수학식 3에서 상기 전단 증폭기(30)의 자체 입력 저항(Ri)은 상기 바이어스 저항(32)으로 대체될 수 있다.However, in this case, the voltage drop caused by the bias current Ib and the bias resistor 32 should be smaller than the driving voltage and the input common mode voltage of the front amplifier 30. The bias resistor 32 introduced in circuit is connected in parallel with its own input resistance Ri of the front end amplifier 30. The resistance value of the bias resistor 32 is usually significantly less than its own input resistance Ri of the shear amplifier 30. Therefore, in
그에 따른 수학식 3을 참조하면, 등가 전기용량(Cs)과 상기 바이어스 저항(32)에 의해 형성된 고주파 통과 필터(HPF) 특성은 신호 주파수 변화에 따른 출력 신호(Vo)의 크기에 변동을 제공할 수 있다. 즉, 출력 신호(Vo)는 상기 등가 전기용량(Cs)과 상기 전단 증폭기(30)의 자체 입력 전기용량(Ci)에 의한 용량성 전압 분배에 따른 신호 감쇠 및 상기 등가 전기용량(Cs)과 상기 바이어스 저항(32)에 의한 고주파 통과 필터(HPF)에 따른 신호 감쇠를 동반한다.Referring to
상기 바이어스 저항(32)에 의한 고주파통과필터(HPF)에 따른 신호 감쇠를 줄이기 위해서, 신호 회로와 바이어스 회로를 분리하는 것이 바람직하다. 즉, 직류(DC) 성분의 바이어스 회로는 낮은 임피던스를 갖는 회로로 구성되고, 교류(AC) 성분의 신호 회로는 높은 임피던스를 갖도록 구성된다.In order to reduce signal attenuation caused by the high frequency pass filter HPF by the bias resistor 32, it is preferable to separate the signal circuit and the bias circuit. That is, the bias circuit of the direct current (DC) component is composed of a circuit having a low impedance, and the signal circuit of the alternating current (AC) component is configured to have a high impedance.
도 5는 부트스트랩 센서 회로를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a bootstrap sensor circuit.
도 5를 참조하면, 상기 부트스트랩 센서 회로는 제1 증폭기(41) 및 바이어스 저항(42a,42b)을 포함할 수 있다. 제1 바이어스 저항(42a) 및 제2 바이어스 저항(42b)은 상기 제1 증폭기(41)의 양의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 증폭기(41)의 출력단은 상기 제1 증폭기(41)의 음의 입력단에 직접 연결될 수 있다. 바이어스 축전기(44)는 상기 전단 증폭기(41)의 출력단과 상기 제1 바이어스 저항(42a) 및 제2 바이어스 저항(42b)의 접촉점(N1) 사이에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 5, the bootstrap sensor circuit may include a
제1 바이어스 저항(42a)과 제2 바이어스 저항(42b)은 직류(DC) 바이어스 전류(Ib)가 흐르는 경로를 제공한다. 또한, 제1 바이어스 저항(42a)과 제2 바이어스 저항(42b)은 비교적 낮은 임피던스를 갖도록 설정할 수 있다. 교류(AC) 성분의 신호에 대해서 상기 바이어스 축전기(44)는 단락으로 작용한다. 따라서, 교류(AC) 성분의 신호에 대해서 상기 제1 바이어스 저항(42a)의 양단의 전위차는 거의 없고, 높은 임피던스 회로가 제공된다.The
도 4 및 도 5의 바이어스는 바이어스 전류가 바이어스 저항을 통해 접지(GND)로 직접 흐르는 접지 바이어스이다.4 and 5 are ground biases where the bias current flows directly through the bias resistor to ground (GND).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.6 is a diagram illustrating a sensor circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 센서 회로는 부동 바이어스를 사용한다. 상기 부동 바이어스는 제1 증폭기(51)의 출력에 존재하는 직류(DC) 성분의 크기에 따라 입력 바이어스의 크기를 능동적으로 조절할 수 있는 것이다. 바이어스 저항의 한쪽 끝이 접지(GND)가 아니라 부동 전위(Vb)에 연결된다.Referring to FIG. 6, the sensor circuit uses a floating bias. The floating bias can actively adjust the magnitude of the input bias according to the magnitude of the direct current (DC) component present at the output of the
비접촉식 신호 측정은 인체와 생체 신호 측정 장치 사이에 배치된 접촉 저항(Rs) 대신에 인체와 비접촉식 전극(미도시) 사이에 형성되는 등가 축전기(전기용량(Cs))가 놓인다.In the non-contact signal measurement, an equivalent capacitor (capacitive Cs) formed between the human body and the non-contact electrode (not shown) is placed in place of the contact resistance Rs disposed between the human body and the biological signal measuring device.
상기 센서 회로는 신호원의 측정신호(Vs)를 상기 등가 축전기를 통해 양의 입력단으로 입력받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(51) 및 상기 제1 증폭기(51)의 출력단과 상기 제1 증폭기(51)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(51)의 안정적인 동작으로 보장하는 바이어스 회로(53)를 포함한다. 상기 제1 증폭기(51)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(51)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(51)의 이득은 1되고, 상기 제1 증폭기(51)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다.The sensor circuit receives a measurement signal Vs of a signal source through the equivalent capacitor to a positive input terminal and transmits the measured signal Vs to an output terminal and an output terminal of the
상기 바이어스 회로(53)는 상기 제1 증폭기(51)의 출력을 제공받아 시간 적분을 수행하는 반전 증폭 회로(56), 상기 제1 증폭기(51)의 양의 입력단과 상기 반전 증폭회로(56) 출력 사이에 직렬 연결되는 제1 바이어스 저항(52a) 및 제2 바이어스 저항(52b), 및 상기 제1 바이어스 저항(52a)과 상기 제2 바이어스 저항(52b)의 접촉점(N1)과 상기 제1 증폭기(51)의 출력단 사이에 배치되는 바이어스 축전기(54)를 포함한다.The
상기 반전 적분 회로(56)는 바이어스 증폭기(55), 상기 바이어스 증폭기(55)의 양의 입력단에 연결된 기준 전압원(156), 상기 제1 증폭기(51)의 출력단과 상기 바이어스 증폭기(55)의 음의 입력단 사이에 배치된 적분 저항(58), 상기 바이어스 증폭기(55)의 출력단과 상기 바이어스 증폭기(55)의 음의 입력단 사이에 연결된 적분 축전기(57)를 포함한다. 상기 바이어스 증폭기(55)의 출력단은 상기 제2 바이어스 저항(52b)에 연결된다. The integrating integrating
상기 기준 전압원(156)의 전위(Vr)는 상기 제1 증폭기(51)가 ± V 구동 전압을 갖는 양극 전원으로 구동될 경우에는 0 V일 수 있다. 또는 상기 기준 전압원(156)의 전위는 상기 제1 증폭기(51)가 +V 구동 전압을 갖는 단극 전원으로 구동될 경우에는 V/2일 수 있다.The potential Vr of the
상기 제2 바이어스 저항(52b)의 일단은 상기 접촉점(N1)에 연결되고, 제2 바이어스 저항(Rb2)의 타단은 접지(GND)가 아니라 부동 전위(Vb)에 연결된다. 상기 부동 전위(Vb)는 상기 반전 적분 회로(56)의 출력단의 전위이다. One end of the
부동 바이어스 방식은 제1 증폭기(51) 출력의 직류 성분을 상기 반전 증폭 회로(56)의 기준 전압(Vr)과 같게 둘 수 있는 장점을 가진다. 제1 증폭기(51)의 출력 전압(Vo)이 상기 기준 전압(Vr) 수준이 되도록, 상기 반전 적분 회로(56)는 부동 전위(Vb)를 상기 제2 바이어스 저항(52b)에 제공한다. 제1, 제2 바이어스 저항(52a, 52b)과 바이어스 전류(Ib)에 의한 전위차와 상기 부동 전위(Vb)가 제1 증폭기(51)의 양의 입력단의 입력 전위(Vin)에 기여한다. 상기 입력 전위(Vin)는 상기 제1 증폭기(51)의 출력단에 출력 신호(Vo)로 나타난다. 따라서, 제1 증폭기(51)의 안정적인 바이어스 조건이 형성된다.The floating bias method has an advantage of allowing the DC component of the output of the
상기 바이어스 회로(53)는 상기 입력 전위(Vin)에 대해 고주파통과필터(HPF) 역할을 수행한다. 즉, 적분 저항(58)과 적분 축전기(57)는 상기 입력 전위(Vin)에 대해 고주파통과필터(HPF)의 차단 주파수를 결정한다.
The
[인체 피부와 측정 전극 사이의 상대적인 움직임에 의한 신호 잡음][Signal Noise Due to Relative Movement Between Human Skin and Measuring Electrode]
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining a sensor circuit according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 상기 센서 회로는 신호원의 측정신호를 직접 또는 간접적으로 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(251), 및 상기 제1 증폭기(251)의 출력단 및 접지 중에서 적어도 하나와 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로(253)를 포함한다. 상기 제1 증폭기(251)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(251)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(251)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기(251)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다.Referring to FIG. 7, the sensor circuit includes a
저항성 되먹임 회로(270)는 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기(251)의 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 증폭기(251)의 출력단의 출력 신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단으로 저항성 되먹임 전류를 제공하여, 상기 제1 증폭기(251)의 유효 입력 저항을 증가시킨다. The
용량성 되먹임 회로(280)는 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기(251)의 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 증폭기(251)의 출력단의 출력 신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단으로 용량성 되먹임 전류를 제공하여, 상기 제1 증폭기(251)의 유효 입력 전기용량을 감소시킨다.The
비접촉식 신호 측정에서 인체 피부(201)와 비접촉식 측정 전극(202) 사이에 형성되는 등가 전기용량(Cs)이 놓인다. 비접촉식 생체 신호 측정에서, 인체 피부(201)와 비접촉식 측정 전극(202) 사이의 상대적인 움직임에 의한 잡음에 대해 논의해 본다. 인체 피부(201)는 생체 신호(Vs)를 가진다.In the non-contact signal measurement, the equivalent capacitance Cs formed between the
수학식 4를 참조하면, 등가 전기용량(Cs)의 크기가 클수록, 상기 출력 신호(Vo)의 크기는 증가한다. 즉, 인체 피부(201)와 측정 전극(202)에 의한 등가 전기용량(Cs) 값의 변동은 제1 증폭기(251)의 출력 신호(Vo)에 잡음으로 나타난다. 상기 측정 전극(202)과 인체 피부(201) 사이의 거리 변화는 상기 출력 신호(Vo)보다 훨씬 크게 잡음으로 출력된다.Referring to
상기 측정 전극(202)과 인체 피부(201) 사이의 상대적 움직임에 의한 영향이 감소될 필요가 있다. 수학식 4를 참조하면, 상기 등가 전기용량(Cs)의 의존성을 줄이면, 상기 측정 전극(202)과 인체 피부(201) 사이의 상대적 움직임에 의한 영향은 감소될 수 있다. 이를 위하여, 상기 측정 전극(202)과 제1 증폭기(251)의 양의 입력단 사이에 결합 축전기(204)가 직렬로 연결된다. 상기 결합 축전기(204)는 결합 전기용량(Cc)을 가진다. 상기 등가 전기용량(Cs)과 상기 결합 전기용량(Cc)은 축전기의 직렬 연결을 형성한다. 따라서, 알짜 총 결합 전기용량(Ct)는 다음과 같이 표시될 수 있다.The influence of relative movement between the
알짜 결합 전기용량(Ct)은 항상 상기 결합 전기용량(Cc)보다 작거나 같다. 또한, 알짜 결합 전기용량(Ct)은 수학식 3 및 수학식 4에서 등가 전기용량(Cs) 대신에 사용될 수 있다. The net coupling capacitance Ct is always less than or equal to the coupling capacitance Cc. In addition, the net coupling capacitance Ct may be used in place of the equivalent capacitance Cs in the equations (3) and (4).
상기 등가 전기용량(Cs)을 결합 전기용량(Cc)의 10배 수준으로 설정한다면 알짜 결합 전기용량(Ct)은 거의 결합 전기용량(Cc)과 같게 된다. 이 경우, 등가 전기용량(Cs)의 변동은 알짜 결합 전기용량(Ct)의 변화에 거의 기여하지 못하게 된다. 결과적으로, 상기 측정 전극(202)과 인체 피부(201) 사이의 거리 변화에 기인한 등가 전기용량(Cs)의 변동은 상기 센서 출력(Vo)에 거의 나타나지 않는다. If the equivalent capacitance Cs is set at a
따라서, 인체 피부(201)와 측정 전극(202) 사이의 상대적 움직임에 의한 미미한 영향은 무시할 수 있다.
Therefore, the minor influence due to the relative movement between the
[용량성 전압 분배에 의한 신호 감쇠 문제 해결 방안][Solution of Signal Attenuation Problem by Capacitive Voltage Distribution]
다음으로, 인체 피부(201)와 측정 전극(202) 사이에 형성되는 등가 전기용량(Cs)과 제1 증폭기(251)의 자체 입력 전기용량(Ci)에 의한 신호 감쇠 문제가 고려된다. 수학식 4를 참조하면, 상기 등가 전기용량(Cs)은 클수록, 자체 입력 전기용량(Ci)은 작을수록, 센서 회로의 출력 신호(Vo) 크기는 증가한다.Next, the problem of signal attenuation due to the equivalent capacitance Cs formed between the
상기 등가 전기용량(Cs)을 증가시키기 위하여, 측정부위와 닿는 측정 전극(202)의 크기가 증가되거나, 인체 피부(201)와 측정 전극(202) 사이의 거리가 감소될 수 있다. 그러나, 인체 피부(201)와 측정 전극(202) 사이에는 피검자의 옷감이 놓일 수 있다. 따라서, 인체 피부(201)와 측정 전극(202) 사이의 거리의 감소는 한계가 있다.In order to increase the equivalent capacitance Cs, the size of the measuring
예를 들어, 직경 6 cm의 원형의 측정 전극(202)이 인체 피부와 1 mm 간격을 두고 축전기를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 축전기의 등가 전기용량(Cs)은 25 pF 수준이다. 제1 증폭기(251)의 자체 입력 전기용량(Ci)이 대략 10 pF인 것을 고려하면, 수학식 4에서 입력 신호(Vs)에 대한 출력 신호(Vo)의 비를 0.71 수준으로 얻는다. 상기 측정 전극(202)의 크기를 더 키우면, 상기 등가 전기용량(Cs)은 더 큰 값을 가질 수 있다. 그러나 상기 측정 전극(202)의 크기를 키우는데 한계가 있다. 따라서 제1 증폭기(251)의 자체 입력 전기용량(Ci)을 줄이는 노력이 더 필요하다.For example, a
상기 제1증폭기로 사용되는 연산 증폭기(OP-AMP)의 자체 입력 전기용량(Ci)이 작은 부품을 선정하는 것이 그 일차적인 일이다. 그러나 이것은 궁극적인 해결책이 되지 못한다. 어떠한 부품을 사용하든 상기 제1증폭기의 유효 입력 전기용량(Ce)을 줄이는 회로적 해결책이 필요하다. 상기 유효 입력 전기용량(Ce)은 상기 제1증폭기를 포함하는 센서 회로의 입력 전기용량(Ce)을 의미한다. 이 값은 수학식 4에서 증폭기의 자체 입력 전기용량(Ci)을 대신한다.The primary task is to select a component having a small self-input capacitance Ci of the operational amplifier OP-AMP used as the first amplifier. But this is not the ultimate solution. Whatever components are used, there is a need for a circuit solution to reduce the effective input capacitance Ce of the first amplifier. The effective input capacitance Ce refers to the input capacitance Ce of the sensor circuit including the first amplifier. This value replaces the amplifier's own input capacitance Ci in equation (4).
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.8 is a view for explaining a sensor circuit according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 상기 센서 회로는 측정신호(Vs)를 양의 입력단으로 입력받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(351),및 상기 제1 증폭기(351)의 출력단 및 접지 중에서 적어도 하나와 상기 제1 증폭기(351)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(351)의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함한다.Referring to FIG. 8, the sensor circuit may include at least one of a
상기 제1 증폭기(351)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(351)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(351)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기(351)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다. The negative input terminal of the
용량성 되먹임 회로(380)는 상기 제1 증폭기(351)의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기(351)의 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 증폭기(351)의 출력단의 출력 신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(351)의 입력단의 전위보다 큰 용량성 되먹임 전압(Vcf)을 되먹임 축전기(382)를 통하여 상기 제1 증폭기(351)의 양의 입력단으로 제공하여, 상기 제1 증폭기(351)의 유효 입력 전기용량(Ce)을 감소시킨다.The
상기 용량성 되먹임 회로(380)는 상기 제1 증폭기(351)의 출력을 입력받아 1 초과의 이득을 갖는 비반전 증폭회로(385), 및 상기 비반전 증폭회로(385)의 출력과 상기 제1 증폭기(351)의 양의 입력단 사이에 연결되는 되먹임 축전기(382)를 포함한다. The
상기 비반전 증폭회로(385)는 용량성 되먹임 증폭기(381), 상기 용량성 되먹임 증폭기(381)의 음의 입력단과 접지 사이에 연결된 제1 이득 저항(383) 및 상기 용량성 되먹임 증폭기(381)의 음의 입력단과 출력단 사이에 연결된 제2 이득 저항(384)을 포함한다. 상기 용량성 되먹임 증폭기(381)의 양의 입력단은 상기 제1 증폭기의 출력단에 연결되고, 상기 용량성 되먹임 증폭기(381)의 출력단은 상기 되먹임 축전기(382)의 일단에 연결된다. 상기 되먹임 축전기(382)의 타단은 상기 제1 증폭기(351)의 양의 입력단에 연결된다. The
상기 제1증폭기(351)의 양의 입력단 관점에서 보면, 상기 제1증폭기(351)의 자체 입력 전기용량(Ci, 미도시)과 되먹임 전기용량(382, Cf)은 서로 병렬 결합된 상태이다. 따라서 상기 제1증폭기(351)의 유효 입력 전기용량(Ce)은 상기 제1증폭기의 자체 입력 전기용량(Ci)과 상기 되먹임 전기용량(382, Cf)의 산술 합으로 표현될 수 있다. 상기 제1증폭기의 자체 입력 전기용량(Ci)은 상기 제1증폭기의 입력 전위(Vin)와 접지(GND) 사이에 형성되는 전기용량이다. 따라서 상기 자체 입력 전기용량(Ci)은 양의 값으로 기여한다. 반면, 상기 되먹임 전기용량(382, Cf)은 상기 제1증폭기(351)의 입력 전위(Vin)와 용량성 되먹임 전압(Vcf) 사이에 형성되는 전기용량이며 상기 용량성 되먹임 전압(Vcf)은 항상 상기 제1증폭기의 입력 전위(Vin) 보다 큰 값을 가지면서 동위상으로 존재하므로 상기 되먹임 전기용량(382,Cf)은 음의 값으로 기여한다. 그 기여 정도는 상기 용량성 되먹임 전압(Vcf)과 상기 입력 전위(Vin)의 차이 정도에 의존한다. 결과적으로, 상기 제1증폭기의 유효 입력 전기용량(Ce)은 항상 상기 제1증폭기의 자체 입력 전기용량(Ci) 보다 작은 값을 갖게 된다.In terms of the positive input stage of the
양의 되먹임 회로 방식을 이용한 제1 증폭기(351)를 포함한 센서회로의 유효 입력 전기용량(Ce)의 크기 제어는 상기 제1 증폭기(351)의 바이어스 조건과 독립적으로 적용될 수 있다. 따라서, 어떠한 바이어스 회로에 대해서도, 유효 입력 전기용량(Ce)은 양의 되먹임 방식으로 그 값을 줄일 수 있다.
The size control of the effective input capacitance Ce of the sensor circuit including the
[증폭기 등가 입력 저항 키우기][Improving Amplifier Equivalent Input Resistance]
다시, 도 4를 참조하면, 제1 증폭기(30)의 안정적인 동작을 위해 제1 증폭기(30)의 입력단에 연결된 바이어스 저항(32)의 값은 제1 증폭기(30)의 자체 입력 저항(Ri)에 비해 훨씬 작다. 따라서, 수학식 3에서 분모의 두 번째 항은 더 이상 무시될 수 없다.Referring again to FIG. 4, the value of the bias resistor 32 connected to the input terminal of the first amplifier 30 for the stable operation of the first amplifier 30 is the self input resistance Ri of the first amplifier 30. Much smaller than that. Thus, in
통상적으로, 상기 바이어스 저항(32)은 100 GΩ수준이다. 제1 증폭기(30)의 입력 저항(Ri)은 10 TΩ수준이다. 상기 제1 증폭기(30)의 자체 입력 저항(Ri)의 값은 바이어스 저항(32)의 100 배 크기이다.Typically, the bias resistor 32 is at the 100 GΩ level. The input resistance Ri of the first amplifier 30 is about 10 TΩ. The value of the self input resistance Ri of the first amplifier 30 is 100 times larger than the bias resistance 32.
상기 바이어스 저항(32)을 연결하되, 신호 관점에서 상기 바이어스 저항(32)을 임피던스로 인식하지 않게 하는 회로적인 보상 수단이 필요하다. 상기 보상 수단은 등가 전기용량(Cs)과 상기 바이어스 저항(Rb)에 의해 형성된 고주파통과필터(HPF) 작용에 기인한 신호 감쇠를 제거할 수 있다.There is a need for a circuit compensation means that connects the bias resistor 32 but does not recognize the bias resistor 32 as an impedance from a signal point of view. The compensation means may eliminate signal attenuation due to the action of the high frequency pass filter HPF formed by the equivalent capacitance Cs and the bias resistor Rb.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining a sensor circuit according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 센서 회로는 측정신호(Vs)를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(451),및 Referring to FIG. 9, the sensor circuit may include a
상기 제1 증폭기(451)의 출력단 및 접지 중에서 적어도 하나와 상기 제1 증폭기(451)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(451)의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로(453)를 포함한다.A
상기 제1 증폭기(451)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(451)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(451)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기(451)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다.The negative input terminal of the
저항성 되먹임 회로(470)는 상기 제1 증폭기(451)의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기(451)의 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 증폭기(451)의 출력단의 출력 신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(451)의 입력단의 전위보다 큰 저항성 되먹임 전압(Vrf)을 되먹임 저항(472)을 통하여 상기 제1 증폭기(451)의 양의 입력단으로 제공하여, 상기 제1증폭기(451)의 유효 입력 저항(Re)을 증가시킨다.The
상기 저항성 되먹임 회로(470)는 상기 제1 증폭기(451)의 출력을 입력받아 1 초과의 이득을 갖는 비반전 증폭회로(475), 및 상기 비반전 증폭회로(475)의 출력과 상기 제1 증폭기(451)의 양의 입력단 사이에 연결되는 되먹임 저항(472)을 포함한다.The
상기 비반전 증폭회로(475)는 저항성 되먹임 증폭기(471), 상기 저항성 되먹임 증폭기(471)의 음의 입력단과 접지 사이에 연결된 제1 이득 저항(473) 및 상기 저항성 되먹임 증폭기(471)의 음의 입력단과 출력단 사이에 연결된 제2 이득 저항(474)을 포함한다. 상기 저항성 되먹임 증폭기(471)의 양의 입력단은 상기 제1 증폭기(451)의 출력단에 연결되고, 상기 저항성 되먹임 증폭기(471)의 출력단은 상기 되먹임 저항(472)의 일단에 연결된다. 상기 되먹임 저항(472)의 타단은 상기 제1 증폭기(451)의 양의 입력단에 연결된다. The
상기 제1증폭기(451)의 양의 입력단 관점에서 보면 상기 제1증폭기의 자체 입력 저항(Ri, 미도시)과 상기 바이어스 회로(453)에 포함된 바이어스 저항(Rb, 미도시) 그리고 상기 되먹임 저항(472, Rf)은 서로 병렬 연결된 상태이다. 따라서 상기 제1증폭기(451)의 유효 입력 저항(Re)의 역수는 상기 제1증폭기(451)의 자체 입력 저항(Ri)의 역수와 상기 바이어스 저항(Rb)의 역수 그리고 상기 되먹임 저항(472, Rf)의 역수의 산술 합으로 표현될 수 있다. 상기 제1증폭기의 자체 입력 저항(Ri)은 상기 제1증폭기(451)의 입력 전위(Vin)와 접지(GND) 사이에 형성된 전기 저항이다. 따라서 상기 자체 입력 저항(Ri)은 양의 역수 값으로 기여한다. 그리고 상기 바이어스 저항(Rb)은 상기 제1증폭기(451)의 입력 전위(Vin)와 접지(GND) 또는 부동 전위(Vb, 미도시) 사이에 형성된 저항으로서 양의 역수 값으로 기여한다. 반면, 상기 되먹임 저항(472, Rf)은 상기 제1증폭기(451)의 입력 전위(Vin)와 저항성 되먹임 전압(Vcf) 사이에 형성되는 전기저항이며 상기 저항성 되먹임 전압(Vrf)은 항상 상기 제1증폭기의 입력 전위(Vin) 보다 큰 값을 가지면서 동위상으로 존재하므로 상기 되먹임 저항(472, Rf)은 음의 역수 값으로 기여한다. 그 기여 정도는 상기 저항성 되먹임 전압(Vrf)과 상기 입력 전위(Vin)의 차이 정도에 의존한다. 결과적으로, 상기 제1증폭기의 유효 입력 저항(Re)은 항상 상기 제1증폭기의 자체 입력 저항(Ri)과 상기 바이어스 저항(Rb)의 조화평균 보다 큰 값을 갖게 된다.In terms of the positive input stage of the
상술한 방식의 제1 증폭기(451)를 포함한 센서 회로의 유효 입력 저항(Re)의 크기 제어는 바이어스 회로, 용량성 되먹임 회로 등과는 독립적으로 적용할 수 있다. 바이어스 회로는 제1 증폭기의 안정적 동작을 위해서 필요하다. 유효 입력 저항(Re)을 늘이는 저항성 되먹임 회로 또는 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로는 선택적으로 센서회로에 제공될 수 있다.
The size control of the effective input resistance Re of the sensor circuit including the
[전기적 비접촉식 계측을 실현하기 위한 센서 회로들][Sensor Circuits for Realizing Electrical Non-Contact Measurements]
다시, 도 7을 참조하면, 전기적 비접촉 전위 센서를 구현하기 위한 센서 회로는 제1 증폭기(251) 및 바이어스 회로(253)를 포함한다. 그러나, 상기 제1 증폭기(251)의 유효 입력 저항(Re)을 증가시키는 저항성 되먹임 회로(270)나 유효 입력 전기용량을 감소시키는 용량성 되먹임 회로(280)는 선택적으로 도입할 수 있다.Referring back to FIG. 7, a sensor circuit for implementing an electrical non-contact potential sensor includes a
상기 바이어스 회로(253)는 접지 바이어스, 부트스트랩 접지 바이어스, 그리고 부동 바이어스 회로일 수 있다. 상기 센서 회로는 상기 저항성 되먹임 회로(270) 및/또는 용량성 되먹임 회로(280)를 포함할 수 있다.The
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.10 is a diagram illustrating a sensor circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 센서 회로는 신호원의 측정신호(Vs)를 직접 또는 간접적으로 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(551), 및 상기 제1 증폭기(551)의 출력단과 상기 제1 증폭기(551)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(551)의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로(553)를 포함한다.Referring to FIG. 10, the sensor circuit may include a
상기 제1 증폭기(551)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(551)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(551)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기(551)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다.The negative input terminal of the
측정 전극(502)은 상기 신호원에 전기적으로 비접촉하여 인접하게 배치된다. 상기 측정 전극(502)은 금속으로 구성될 수 있으며, 상기 측정 대상 또는 신호원에 대향하는 상기 측정 전극(502)의 일면은 절연체로 코팅될 수 있다. 상기 측정 전극(502)은 도전성 직물로 형성되거나 다양한 형태로 변형될 수 있다.The measuring
결합 축전기(504)는 상기 측정 전극(502)과 상기 제1 증폭기(551)의 양의 입력단 사이에 직렬 연결될 수 있다. 상기 결합 축전기(504)의 전기용량(Cc)은 상기 신호원과 상기 측정 전극(502) 사이에 형성되는 등가 전기용량(Cs)보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 상기 결합 축전기(504)의 전기용량(Cc)은 등가 전기용량(Cs)의 1/10배 정도일 수 있다.The
가드부(506)는 상기 측정 전극(502) 또는 상기 결합 축전기(504)의 전부 또는 일부를 감싼다. 상기 가드부(506)는 상기 결합 축전기(504)와 연결되는 상기 측정 전극(502)의 한쪽 면, 상기 결합 축전기(504)와 상기 측정 전극(502)을 연결하는 도선, 및 상기 결합 축전기(504) 중에서 적어도 하나의 주위를 감싸고 있을 수 있다. 상기 가드부(506)는 상기 제1 증폭기(551)의 출력단에 연결되어 그 출력 전압(Vo)과 같은 전압으로 유지될 수 있다. 상기 가드부(506)는 도전성 그물 또는 도전성 케이블일 수 있다.The
센서 회로는 제1 증폭기(551), 바이어스 회로(553), 되먹임 회로(570)를 포함한다. 바이어스 회로(553)는 부동 바이어스 회로일 수 있다.The sensor circuit includes a
상기 바이어스 회로(553)는 제2 증폭기(555), 바이어스 저항(552), 적분 축전기(557), 및 적분 저항(558)을 포함할 수 있다. 상기 제2 증폭기(555)는 상기 제1 증폭기(551)의 출력단의 출력신호를 제공받아 상기 제1 증폭기(551)의 양의 입력단에 바이어스 전류를 제공한다.The
상기 바이어스 저항(552)은 상기 제1 증폭기(551)의 양의 입력단과 제2 증폭기(555)의 출력단 사이에 연결된다. 상기 적분 축전기(557)는 상기 제2 증폭기(555)의 출력단과 상기 제2 증폭기(555)의 음의 입력단 사이에 연결된다. 적분 저항(558)은 상기 제2 증폭기(555)의 상기 음의 입력단과 상기 제1 증폭기(551)의 출력단 사이에 연결된다.The
상기 제2 증폭기(555)의 양의 입력단은 기준 전위(556, Vr)에 연결된다. 기준 전위는 상기 제1증폭기의 출력(Vo) 기준 전위가 된다. 상기 증폭기들의 구동 전원이 ± V 양전원이면, 상기 기준 전위는 0V(접지, GND)일 수 있다. 한편, 구동 전원이 +V의 단전원이면, 상기 기준 전위는 V/2일 수 있다.The positive input terminal of the
상기 되먹임 회로(570)는 제3 증폭기(571), 되먹임 축전기(572b), 되먹임 저항(572a), 제1 저항(573), 및 제2 저항(574)을 포함한다. 상기 제3 증폭기(571)는 상기 제1 증폭기(551)의 양의 입력단에 되먹임 전류를 제공한다. 상기 되먹임 축전기(572b)는 상기 제1 증폭기(551)의 양의 입력단과 제3 증폭기(571)의 출력단 사이에 연결된다. 상기 되먹임 저항(572a)은 상기 되먹임 축전기(572b)와 병렬로 연결된다. 상기 제1 저항(573)은 상기 제3 증폭기(571)의 음의 입력단과 기준 전위(575, Vr) 사이에 연결된다. 상기 기준 전위(575, Vr)는 상기 바이어스 회로(553)의 기준 전위(556, Vr)와 같은 값을 갖는다. 상기 제2 저항(574)은 상기 제3증폭기(571)의 출력단과 제3 증폭기(571)의 음의 입력단 사이에 연결된다. 상기 제3 증폭기(571)의 양의 입력단은 상기 제1 증폭기의 출력단에 연결된다.The
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.11 illustrates a sensor circuit according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 센서 회로는 신호원의 측정신호(Vs)를 직접 또는 간접적으로 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(651), 및 상기 제1 증폭기(651)의 양의 입력단과 접지(GND) 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(651)의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로(653)를 포함한다. 상기 제1 증폭기(651)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(651)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(651)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기(651)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다.Referring to FIG. 11, the sensor circuit receives a measurement signal Vs of a signal source, directly or indirectly, from a positive input terminal and delivers it to an output terminal, and a positive amount of the
측정 전극(602)은 상기 신호원에 전기적으로 비접촉하여 인접하게 배치된다. 상기 측정 전극(602)은 금속으로 구성될 수 있으며, 상기 측정 대상에 대향하는 측정 전극(602)의 일면은 절연체로 코팅될 수 있다. 상기 측정 전극(602)은 도전성 직물로 형성되거나 다양한 형태로 변형될 수 있다.The measuring
결합 축전기(604)는 상기 측정 전극(602)과 상기 제1 증폭기(651)의 양의 입력단 사이에 직렬 연결될 수 있다. 상기 결합 축전기(604)의 전기용량(Cc)은 상기 신호원과 상기 측정 전극(602) 사이에 형성되는 등가 전기용량(Cs)보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 상기 결합 축전기(604)의 전기용량(Cc)은 등가 전기용량(Cs)의 1/10배 정도일 수 있다.The
가드부(606)는 상기 측정 전극(602) 또는 상기 결합 축전기(604)의 전부 또는 일부를 감싼다. 상기 가드부(606)는 상기 결합 축전기(604)와 연결되는 상기 측정 전극(602)의 한쪽 면, 상기 결합 축전기(604)와 상기 측정 전극(602)을 연결하는 도선, 및 상기 결합 축전기(604) 중에서 적어도 하나의 주위를 감싸고 있을 수 있다. 상기 가드부(606)는 상기 제1 증폭기(651)의 출력단에 연결되어 그 출력 전압(Vo)과 같은 전압으로 유지될 수 있다. 상기 가드부(606)는 도전성 그물 또는 도전성 케이블일 수 있다.The
센서 회로는 제1 증폭기(651), 바이어스 회로(653), 되먹임 회로(670)를 포함한다. 바이어스 회로(653)는 접지 바이어스 회로일 수 있다. 되먹임 회로(670)는 저항성 되먹임 회로일 수 있다.The sensor circuit includes a
상기 바이어스 회로(653)는 상기 제1 증폭기(651)의 양의 입력단과 접지 사이에 연결되는 바이어스 저항(652)을 포함한다.The
상기 되먹임 회로(670)는 제3 증폭기(671), 되먹임 저항(672), 제1 저항(673), 및 제2 저항(674)을 포함한다. 상기 제3 증폭기(671)는 상기 제1 증폭기(651)의 입력단에 되먹임 전류를 제공한다. 상기 되먹임 저항(672)은 상기 제3 증폭기(671)의 출력단과 상기 제1 증폭기(651)의 양의 입력단 사이에 연결된다. 상기 제1 저항(673)은 상기 제3 증폭기(671)의 음의 입력단과 접지(GND) 사이에 연결된다. 상기 제2 저항(674)은 상기 제3 증폭기(671)의 출력단과 제3 증폭기(671)의 음의 입력단 사이에 연결된다. 상기 제3 증폭기(671)의 양의 입력단은 상기 제1 증폭기(651)의 출력단과 연결되고, 상기 센서 회로는 양극 전원으로 구동된다.The
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 회로를 설명하는 도면이다.12 illustrates a sensor circuit according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 센서 회로는 신호원의 측정신호(Vs)를 직접 또는 간접적으로 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(751), 및 상기 제1 증폭기(751)의 출력단과 상기 제1 증폭기(751)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(751)의 안정적인 동작으로 보장하는 바이어스 회로(753)를 포함한다. 상기 제1 증폭기(751)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(751)의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기(751)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기(751)는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된다.Referring to FIG. 12, the sensor circuit includes a
측정 전극(702)은 상기 신호원에 전기적으로 비접촉하여 인접하게 배치된다. 상기 측정 전극(702)은 금속으로 구성될 수 있으며, 상기 측정 대상에 대향하는 측정 전극(702)의 일면은 절연체로 코팅될 수 있다. 상기 측정 전극(702)은 도전성 직물로 형성되거나 다양한 형태로 변형될 수 있다.The measuring
결합 축전기(704)는 상기 측정 전극(702)과 상기 제1 증폭기(751)의 양의 입력단 사이에 직렬 연결될 수 있다. 상기 결합 축전기(704)의 전기용량(Cc)은 상기 신호원과 상기 측정 전극(702) 사이에 형성되는 등가 전기용량(Cs)보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 상기 결합 축전기(704)의 전기용량(Cc)은 등가 전기용량(Cs)의 1/10배 정도일 수 있다.The
가드부(706)는 상기 측정 전극(702) 또는 상기 결합 축전기(704)의 전부 또는 일부를 감싼다. 상기 가드부(706)는 상기 결합 축전기(704)와 연결되는 상기 측정 전극(702)의 한쪽 면, 상기 결합 축전기(704)와 상기 측정 전극(702)을 연결하는 도선, 및 상기 결합 축전기(704) 중에서 적어도 하나의 주위를 감싸고 있을 수 있다. 상기 가드부(706)는 상기 제1 증폭기(751)의 출력단에 연결되어 그 출력 전압(Vo)과 같은 전압으로 유지될 수 있다. 상기 가드부(706)는 도전성 그물 또는 도전성 케이블일 수 있다.The
센서 회로는 제1 증폭기(751), 바이어스 회로(753), 용량성 되먹임 회로(780)를 포함한다. 상기 바이어스 회로(753)는 부동 바이어스 회로일 수 있다.The sensor circuit includes a
상기 바이어스 회로(753)는 제2 증폭기(755), 제1 및 제2 바이어스 저항(752a,752b), 적분 축전기(757), 적분 저항(758), 및 축전기(754)를 포함한다. 상기 제2 증폭기(755)는 상기 제1 증폭기(751)의 출력단의 출력신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(751)의 양의 입력단에 바이어스 전류를 제공한다. 상기 제1 및 제2 바이어스 저항(752a,752b)은 상기 제1 증폭기(751)의 양의 입력단과 제2 증폭기(755)의 출력단 사이에 직렬로 연결된다. 상기 적분 축전기(757)는 상기 제2 증폭기(755)의 출력단과 상기 제2 증폭기(755)의 음의 입력단 사이에 연결된다. 상기 적분 저항(758)은 상기 제2 증폭기(755)의 음의 입력단과 상기 제1 증폭기(751)의 출력단 사이에 연결된다. 축전기(754)는 상기 제1 증폭기(751)의 출력단과 상기 제1 바이어스 저항(752a) 및 제2 바이어스 저항(752b)의 점촉점(N1) 사이에 연결된다.The
상기 제2 증폭기(755)의 양의 입력단은 기준 전위(756, Vr)에 연결된다. 기준 전위는 상기 제1증폭기의 출력(Vo) 기준 전위가 된다. 상기 증폭기들의 구동 전원이 ± V 양전원이면, 상기 기준 전위는 0V(접지, GND)일 수 있다. 한편, 구동 전원이 +V의 단전원이면, 상기 기준 전위는 V/2일 수 있다.The positive input terminal of the
용량성 되먹임 회로(780)는 제3 증폭기(781), 되먹임 축전기(782), 제1 저항(783), 및 제2 저항(784)을 포함한다. 상기 제3 증폭기(781)는 상기 제1 증폭기(751)의 입력단에 되먹임 전류를 제공한다. 상기 되먹임 축전기(782)는 상기 제1 증폭기(751)의 양의 입력단과 제3 증폭기(781)의 출력단 사이에 연결된다. 상기 제1 저항(783)은 상기 제3 증폭기(781)의 음의 입력단과 기준 전위(785, Vr) 사이에 연결된다. 상기 기준 전위(785, Vr)는 상기 바이어스 회로(753)의 기준 전위(756, Vr)와 같은 값을 갖는다. 상기 제2 저항(784)은 상기 제3 증폭기(781)의 출력단과 제3 증폭기(781)의 음의 입력단 사이에 연결된다. 상기 제3 증폭기(781)의 양의 입력단은 상기 제1 증폭기의 출력단에 연결된다.The
[전기적 비접촉식 생체 신호 계측 시스템의 구성][Configuration of Electrical Non-contact Biosignal Measurement System]
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치를 설명하는 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating a biosignal measuring apparatus according to an exemplary embodiment. Referring to FIG.
도 13을 참조하면, 측정 장치는 인체(801)에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고 상기 인체(801)에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제2 전극(814), 상기 제1 전극 및 제2 전극과 이격되어 배치되고 상기 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 접지 전극(816), 상기 제1 전극(812)에 연결된 제1 전단 증폭회로(822), 상기 제2 전극(814)에 연결된 제2 전단 증폭회로(824), 및 상기 제1 전단 증폭회로(822)의 제1 출력 신호(Vo1) 및 상기 제2 전단 증폭회로(824)의 제2 출력 신호(Vo2)를 이용하여 생체 전기 신호(VE)를 추출하는 차동 증폭부(826)를 포함한다.Referring to FIG. 13, the measuring device may be spaced apart from the
상기 제1 전극(812)은 연결선(821)을 통해서 상기 제1 전단 증폭회로(822)에 연결되고, 상기 제2 전극(814)은 연결선(821)을 통해서 상기 제2 전단 증폭회로(824)에 연결된다. 상기 각 연결선(821)은 가드 처리된 동축선일 수 있다.The
상기 제1 전극(812)은 연결선(821)을 통해서 상기 제1 전단 증폭회로(822)에 연결되고, 상기 제2 전극(814)은 연결선(821)을 통해서 상기 제2 전단 증폭회로(824)에 연결된다. 상기 각 연결선(821)은 가드 처리된 동축선일 수 있다. The
접지 전극(816)은 단일 도선을 통해 측정 장치의 접지(GND)로 연결될 수 있다. 상기 접지 전극(816)은 상기 제1 전극(812) 및 제2 전극(814)과 이격되어 배치되고 상기 인체(801)에 직접 전기적으로 접촉하지 않을 수 있다.The
상기 제1 전극(812), 제2 전극(814), 및 접지 전극(816)은 전기 절연체에 매설되어 상기 인체의 엉덩이 부위에 장착될 수 있다. The
또는, 상기 제1 전극(812), 제2 전극(814), 및 접지 전극(816)이 전기 절연체에 매설되고, 상기 인체의 등 부위에는 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)이 배치되고, 엉덩이 부위에는 상기 접지 전극(816)이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 생체전기 신호는 호흡 신호를 더 포함할 수 있다.Alternatively, the
상기 제1 및 제2 전단 증폭회로는 상기 인체의 생체 전위(Vs)를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기(251), 및 상기 제1 증폭기(251)의 출력단 및/또는 접지(GND)와 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기(251)의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로(253)를 포함한다. 상기 제1 증폭기(251)의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기(251)의 출력단에 직접 연결될 수 있다. 상기 제1 증폭기(251)의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성될 수 있다.The first and second shear amplifier circuits are provided with a
저항성 되먹임 회로(270)는 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기(251)의 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 증폭기(251)의 출력단의 출력 신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단으로 저항성 되먹임 전류를 제공하여, 상기 제1 증폭기(251)의 등가 입력 저항(Re)을 증가시킬 수 있다.The
용량성 되먹임 회로(280)는 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기(251)의 출력단 사이에 배치되고, 상기 제1 증폭기(251)의 출력단의 출력 신호를 입력받아 상기 제1 증폭기(251)의 양의 입력단으로 용량성 되먹임 전류를 제공하여, 상기 제1 증폭기(251)의 등가 입력 전기용량(Ce)을 감소시킬 수 있다.The
제1 결합 축전기(204a)는 상기 제1 전극(812)과 상기 제1 전단 증폭 회로(822) 사이에 배치될 수 있다. 제2 결합 축전기(204b)는 상기 제2 전극(814)과 상기 제2 전단 증폭 회로(824) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 결합 축전기(204a) 및 상기 제2 결합 축전기(204b)는 인체 피부와 제1 및 제2 전극들(812,814) 사이의 상대적인 움직임에 의한 신호 잡음을 감소시킬 수 있다.The
제1 가드부(206a)는 상기 제1 결합 축전기(204a)와 연결되는 상기 제1 전극(812)의 일면, 상기 제1 전극(812)과 상기 제1 결합 축전기(204a)를 연결하는 도선, 및 상기 제1 결합 축전기(204a)를 둘러쌀 수 있다.The first guard part 206a may be a surface of one surface of the
제2 가드부(206b)는 상기 제2 결합 축전기(204b)와 연결되는 상기 제2 전극(814)의 일면, 상기 제2 전극(814)과 상기 제2 결합 축전기(204b)를 연결하는 도선, 및 상기 제2 결합 축전기(204b)를 둘러쌀 수 있다. 상기 제1 가드부(206a) 및 상기 제2 가드부(206b)는 각각 상기 제1 증폭기의 출력에 연결되어 각 상기 제1 출력 신호(Vo1)와 제2 출력 신호(Vo2)와 같은 전위로 구동될 수 있다.The
상기 차동 증폭부(826)는 입력 직류 성분을 제거할 수 있도록 고주파 필터 기능을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 전단 증폭회로(822,824)의 출력(Vo1,Vo2)은 상기 차동 증폭부(826)에 입력으로 제공된다. 상기 차동 증폭부(826)는 제1 및 제2 전단 증폭회로의 출력(Vo1,Vo2)에 존재할 수 있는 직류 오프셋을 제거하기 위한 회로 요소를 포함할 수 있다. 상기 차동 증폭부(826)는 공통모드 전압이 억제된 생체 전기 신호(VE)를 출력할 수 있다.The
아날로그 신호 처리부(831)는 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)에서 잡음을 제거할 수 있다. 상기 아날로그 신호 처리부(831)는 상기 차동 증폭부(826)의 출력신호(VE)를 입력으로 제공받아 출력하는 대역 제거 필터(832), 상기 대역 제거 필터(832)의 출력 신호를 입력으로 제공받아 출력하는 고주파 통과 필터(834),상기 고주파 통과 필터(834)의 출력 신호를 입력으로 제공받아 출력하는 저주파 통과 필터(836), 및 상기 저주파 통과 필터(836)의 출력 신호 크기를 조절하여 출력하는 증폭기(838)를 포함할 수 있다. The
상기 대역 제거 필터(832)는 상용 전원 주파수 성분(60 또는 50Hz) 잡음을 제거할 수 있다. 상기 고주파 통과 필터(834)의 차단 주파수는 생체 전기 신호의 종류에 따라 다를 수 있으며, 심전도 신호의 경우 0.1 Hz 일 수 있다. 상기 저주파 통과 필터(836)의 차단 주파수는 생체 전기 신호의 종류에 따라 다를 수 있으며, 심전도 신호의 경우 150 Hz 일 수 있다.The band reject
대역 제거 필터(832)는 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)에 포함된 상용 전원 잡음을 줄일 수 있다. 고주파통과필터(834)는 출력 신호(VE)에 포함된 직류 성분이나 낮은 주파수의 요동 잡음을 제거할 수 있다. 저주파통과필터(836)는 출력 신호(VE)에 포함되는 높은 주파수 성분의 잡음을 제거할 수 있다. The
증폭부(838)는 아날로그-디지털 신호 변환을 위하여 충분히 신호의 크기를 증가시킬 수 있다. 상기 증폭부(838)는 디지털 변환을 위해 아날로그 신호 크기를 조절한다. 상기 증폭부의 출력 신호(VECG)는 완전한 생체 전기 신호(예를 들면, 심전도 신호) 형태를 가진다.The
디지털 처리부(872)는 상기 아날로그 신호 처리부(831)의 출력신호를 아날로그-디지털 변환하고, 디지털로 변환된 디지털 신호를 처리하고, 제어부(미도시)에 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다. 상기 제어부는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 디지털 처리부(872)는 상기 증폭부(838)의 출력 신호를 디지털 변환할 수 있다. 상기 제어부는 디지털 신호를 표시 및/또는 추가적인 연산을 수행할 수 있다.The
상기 디지털 처리부(872)의 출력 신호는 유선형의 USB 포트를 통하여 전송되거나, 블루투스 등의 무선형식으로 상기 제어부에 전송될 수 있다. USB 포트를 통하여 전송하는 경우, 상기 제어부의 내부 전력은 USB 포트를 통하여 상기 생체신호 측정 장치에 제공될 수 있다. 한편, 무선 전송의 경우, 상기 측정 장치는 축전지(battery) 또는 무선 전력 전송 수단을 포함할 수 있다.The output signal of the
상기 생체 전기 신호(VE)는 피검자가 상기 전극들(812,814)에 안정적으로 움직임 없이 밀착되어 있을 경우에 안정적으로 확보될 수 있다. 상기 측정 장치는 피검자 움직임에 의한 신호 변동을 줄이기 위한 결합 축전기들(204a,204b)을 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 피검자 요동은 상기 생체 전기 신호(VE)에 영향을 미칠 수 있다. 상기 피검자의 요동은 심전도 기반의 심박 신호 검출을 어렵게 한다. The bioelectrical signal V E may be stably secured when the subject is stably in close contact with the
따라서, 저주파수 대역의 신호 요동을 억제할 강력한 수단이 요구된다. 상기 생체 전기 신호(VE)에 포함된 낮은 주파수 성분은 상대적으로 강하게 억제하고, 높은 주파수 성분(심전도 R 피크)은 강화하는 수단이 요구된다. 그 기능을 수행하는 신호 처리 방식이 신호에 대한 시간 미분이다.Therefore, a powerful means for suppressing signal fluctuations in the low frequency band is required. Means for relatively low suppression of low frequency components contained in the bioelectrical signal V E and high frequency components (electrocardiogram R peaks) are required. The signal processing scheme that performs that function is the time derivative of the signal.
심전도 신호의 피크를 검출하기 위하여, 대역제거 필터(832)는 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)에서 전원 노이즈를 제거할 수 있다.In order to detect the peak of the ECG signal, the
미분회로부(842)는 상기 대역제거 필터(832)의 출력신호를 입력으로 제공받아 미분 처리할 수 있다. 저주파 통과필터(846)는 상기 미분회로부(842)의 출력 신호를 입력으로 제공받아 높은 주파수 성분의 잡음을 제거할 수 있다. 상기 저주파 통과필터(846)는 시간 미분 심전도 신호(DVECG)를 출력할 수 있다.The
상기 미분회로부(842)는 상기 대역제거필터(832)의 출력 신호에서 1차 이상의 시간 미분을 수행할 수 있다. 상기 미분회로(842)의 출력 신호는 저주파통과필터링될 수 있다. 상기 시간 미분 심전도 신호(DVECG)는 온전한 전통적인 심전도 신호와 다른 형태를 가진다. 상기 시간 미분 심전도 신호(DVECG)는 상기 디지털 처리부(872)를 통하여 디지털 신호로 변환되어 심전도 신호와 함께 표시 및/또는 활용될 수 있다.The
피크 검출부(848)는 상기 저주파 통과필터(846)의 출력 신호(DVECG)를 입력으로 제공받아 상기 시간 미분 심전도 신호(DVECG)의 피크를 검출할 수 있다. 상기 시간 미분 심전도 신호(DVECG)는 안정적인 특성을 보인다. 따라서, 심박 펄스 신호(VHBP)를 얻기 위한 신호원으로 활용할 수 있다. 상기 피크 검출부(848)는 상기 시간 미분 심전도 신호(DVECG)에서 심전도의 R 피크에 동기된 상승 또는 하강 모서리를 갖는 심박 펄스 신호(VHBP)를 생성할 수 있다. 상기 심박 펄스 신호(VHBP)는 그 간격으로 심박 변이율(HRV, Heart Rate Variability) 신호를 제공한다. 심박변이율(HRV) 신호의 분석을 통해 자율신경계 정보가 파악될 수 있다. 상기 심박 펄스 신호(VHBP)는 상기 디지털 처리부(872)에 제공될 수 있다. 상기 심박변이율(HRV) 신호의 생성 및 그 신호의 분석은 상기 디지털 처리부(872) 또는 상기 제어부에서 수행될 수 있다.The
한편, 상기 측정 장치는 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)의 주위에 배치된 가속도 센서(852)를 포함할 수 있다. 상기 가속도 센서(852)는 3축-가속도 센서일 수 있다. 상기 가속도 센서(852)는 피검자의 움직임을 검출할 수 있다. 상기 디지털 처리부(872) 또는 상기 제어부는 상기 가속도 센서(852)의 출력 신호를 제공받아 생체 전기 신호(VE, VECG)에 포함된 움직임 잡음을 제거할 수 있다. The measuring device may include an
상기 가속도 센서(852)는 피검자의 행동 방식 분석에 필요한 신호를 제공할 수 있다. 상기 가속도 센서(852)의 출력은 그 크기를 조절하는 신호 조절부(8654)를 거쳐 상기 디지털 처리부(872)에 전달될 수 있다.The
상기 가속도 센서(852)의 출력 신호 중 일부 및/또는 상기 차동 증폭부 출력신호(VE)는 부착 검출부(856)에 입력될 수 있다. 상기 부착 검출부(856)는 상기 가속도 센서(852)의 출력 신호 중 일부 및/또는 상기 차동 증폭부 출력신호(VE)의 각 진폭을 각각의 기준 값과 비교하여 각각 적합한 기준에 부합하면 상기 인체(801)가 상기 제1 전극(812), 제2 전극(814), 및 접지 전극(816)에 올바르게 안착되었음을 판정한다. Some of the output signals of the
상기 부착 검출부(856)는 착석 여부를 판단하여 착석 검출 신호를 상기 디지털 처리부(872)에 제공할 수 있다. 상기 착석 검출 신호는 생체신호 측정 장치를 활용하는 응용 프로그램의 속성을 제어하거나, 센서 고장 여부를 판정하는 용도 등으로 활용될 수 있다.The
진동 주파수 검출부(미도시)는 상기 가속도 센서의 출력 신호(VZ)의 진동 주파수를 검출할 수 있다. 대역 제거 필터는 상기 생체 전기 신호(VE,VECG)에서 상기 진동 주파수를 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 생체 전기 신호(VE,VECG)에 포함된 움직임 잡음이 제거될 수 있다. 상기 진동 주파수 검출부 및 상기 대역 제거 필터는 상기 디지털 처리부(872) 내부에 존재하도록 구성되거나, 상기 제어부 내부에 존재하도록 구성될 수 있다. 상기 진동 주파수의 제거는 생체신호 측정 장치가 이동 수단에 장착된 경우에 유용할 수 있다.The vibration frequency detector (not shown) may detect the vibration frequency of the output signal V Z of the acceleration sensor. The band elimination filter may remove the vibration frequency from the bioelectric signals V E and V ECG . Accordingly, motion noise included in the bioelectric signals V E and V ECG may be removed. The vibration frequency detector and the band elimination filter may be configured to exist inside the
상기 측정 장치는 전극에 안착한 피검자에게 직접적 자극을 제공하는 진동기(862)를 포함할 수 있다. 상기 자극을 제공하는 응용 프로그램은 상기 디지털 신호처리부 및/또는 상기 제어부 내에 탑재될 수 있다. 상기 진동기는 상기 전극의 주위에 배치되어 진동기 구동부(864)에 의해 구동될 수 있다.The measuring device may include a
상기 진동기(862)는 피검자에게 직접적인 역학적 자극을 제공할 수 있다. 자극의 세기, 주기, 패턴 등으로부터 피검자는 응용 프로그램이 제시하는 자극의 내용을 파악할 수 있다. 예를 들면, 상기 심박변이율(HRV) 신호의 분석으로부터 부교감 신경 활성도에 따른 이완의 정도를 알 수 있다. 상기 응용 프로그램은 높은 이완 상태인 졸음여부를 파악할 수 있다. 따라서, 상기 진동기(862)는 이때 졸음 방지를 위한 경고 수단으로 활용될 수 있다. 또한, 인체와 전극이 밀착되지 않은 경우, 상기 진동기(862)는 피검자에게 경고할 수 있다. 진동 구동부(864)는 상기 디지털 처리부(872)에서 제어신호를 제공받아 상기 진동기(862)를 구동할 수 있다.The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)는 바로 디지털 신호로 변환되어, 응용 프로그램에 의하여 필터링될 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the output signal V E of the
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 아날로그 신호 처리부는 상기 차동 증폭부의 출력 신호에 포함되는 상용 전원 주파수 성분의 잡음을 제거하는 대역제거필터, 상기 대역제거필터의 출력에 포함되는 직류 오프셋 및 낮은 주파수 성분의 요동 잡음을 제거하는 고주파통과필터, 상기 고주파통과필터에 포함된 높은 주파수 성분의 잡음을 제거하는 저주파통과필터, 및 상기 저주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함한다. 상기 생체신호 측정 장치는 상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 50Hz 이하로 설정되어 뇌전도 신호를 계측할 수 있다. 상기 제1 전극, 제2 전극, 및 접지 전극은 전기 절연체에 매설되어 상기 인체의 머리 부위에 장착된다.According to a modified embodiment of the present invention, the analog signal processor includes a band cancellation filter for removing noise of commercial power frequency components included in the output signal of the differential amplifier, a DC offset included in the output of the band removing filter and a low value. And a high frequency pass filter for removing fluctuation noise of frequency components, a low pass filter for removing noise of high frequency components included in the high frequency pass filter, and an amplifier for adjusting an output signal size of the low pass filter. The biosignal measuring apparatus may measure an electroencephalogram signal by setting a cutoff frequency of the low pass filter to 50 Hz or less. The first electrode, the second electrode, and the ground electrode are embedded in an electrical insulator and mounted on the head of the human body.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 아날로그 신호 처리부는 상기 차동 증폭부의 출력 신호에 포함되는 상용 전원 주파수 성분의 잡음을 제거하는 대역제거필터, 상기 대역제거필터의 출력에 포함되는 직류 오프셋 및 낮은 주파수 성분의 요동 잡음을 제거하는 고주파통과필터, 상기 고주파통과필터에 포함된 높은 주파수 성분의 잡음을 제거하는 저주파통과필터, 및 상기 저주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함한다. 상기 생체신호 측정 장치는 상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 500Hz 이하로 설정되어 근전도 신호를 계측한다. 상기 제1 전극, 제2 전극, 및 접지 전극은 전기 절연체에 매설되어 상기 인체의 근육 부위에 장착된다.According to a modified embodiment of the present invention, the analog signal processor includes a band cancellation filter for removing noise of commercial power frequency components included in the output signal of the differential amplifier, a DC offset included in the output of the band removing filter and a low value. And a high frequency pass filter for removing fluctuation noise of frequency components, a low pass filter for removing noise of high frequency components included in the high frequency pass filter, and an amplifier for adjusting an output signal size of the low pass filter. The biosignal measuring apparatus measures an EMG signal by setting a cutoff frequency of the low pass filter to 500 Hz or less. The first electrode, the second electrode, and the ground electrode are embedded in an electrical insulator and mounted on the muscle part of the human body.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 증폭 회로(826)를 설명하는 도면이다.14 is a diagram illustrating a
도 14를 참조하면, 차동 증폭 회로(826)는 회로의 CMRR(common mode rejection ratio)에는 영향을 주지 않으면서, 차동 신호 이득을 변경할 수 있다.Referring to FIG. 14, the
상기 차동 증폭 회로(826)는 제1 연산 증폭기(910), 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 양의 입력단(911)과 제1 신호(V1)를 연결하는 제1 저항(R1,922), 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 양의 입력단(911)에 연결된 제2 저항(R2,924), 상기 제2 저항(R2,924)과 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 출력단(913)에 사이에 연결되고 제1 기준 전압(Vr1)을 포함하는 이득변환부(900), 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 음의 입력단(912)과 제2 신호(V2)를 연결하는 제 3 저항(R3,926), 및 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 음의 입력단(912)과 제2 기준 전압(Vr2)을 연결하는 제4 저항(R4,228)을 포함한다. 상기 이득변환부(300)는 제2 연산 증폭기(930), 상기 제2 연산 증폭기(930)의 제2 음의 입력단(932)과 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 출력단(913)을 연결하는 제1 임피던스(Z1,950), 및 상기 제2 음의 입력단(932)과 상기 제2 연산 증폭기(930)의 제2 출력단(933)에 연결되는 제2 임피던스(Z2,940)를 포함한다. 상기 제2 연산 증폭기(930)의 제2 양의 입력단(931)은 상기 제1 기준전압(Vr1)에 연결되고, 상기 제2 저항(R2,924)은 상기 제2 연산 증폭기(930)의 제2 출력단(933)에 연결된다.The
상기 차동 증폭 회로(826)의 입출력 전달함수는 다음과 같다.The input / output transfer function of the
여기서, 제 3 저항(R3,826)과 제4 저항(R4,828)은 각각 제1 저항(R1,822) 과 제2 저항(R2,824)과 같다는 조건이 사용되었다. 이 조건이 성립할 경우, 상기 차동 증폭 회로(826)의 공통모드전압제거비 (CMRR)는 사용된 증폭기 소자의 자체 공통모드전압제거비(CMRR0)와 같다. Here, the conditions that the third resistor (R3, 826) and the fourth resistor (R4, 828) are the same as the first resistor (R1, 822) and the second resistor (R2, 824), respectively. When this condition is satisfied, the common mode voltage cancellation ratio CMRR of the
수학식 6을 참조하면, 차동 신호(V1-V2)의 이득은 제1 저항(822)에 대한 제2 저항(824)의 저항비(R2/R1), 및 제2 임피던스(840)에 대한 제1 임피던스(850)의 임피던스비(Z1/Z2)에 의존한다. 상기 임피던스비(Z1/Z2)를 조절하면, 상기 차동 증폭 회로(826)의 이득은 변경될 수 있고, 상기 차동 증폭 회로(826)의 공통모드전압제거비(CMRR)는 영향을 받지 않을 수 있다.Referring to
수학식 6을 참조하여, 상기 차동 신호(V1-V2)에 직류 오프셋이 포함된 경우를 설명한다. 이 경우, 제1 및 제2 기준 전압(Vr1, Vr2)의 조정(adjusting)에 따라 상기 제1 연산 증폭기(810)의 출력은 포화되지 않으면서 차동 증폭 동작을 수행할 수 있다.Referring to
출력(VOUT)에 직류를 포함한 임의 신호를 포함시켜야 할 필요가 있을 경우, 상기 제1,2 기준 전압(Vr1,Vr2)은 상기 임의 신호에 연결될 수 있다. 구체적으로, 단일 전원(single power supply)을 사용하는 상기 차동 증폭 회로(826)의 출력 신호(VOUT)에 직류 성분을 포함하도록 한다든지, 디지털 변환을 위해 직류 기준 전압으로 띄운다든지(floating) 하는 신호처리를 수행하는데 활용할 수 있다.When it is necessary to include an arbitrary signal including a direct current in the output V OUT , the first and second reference voltages Vr1 and Vr2 may be connected to the arbitrary signal. Specifically, the DC signal may be included in the output signal V OUT of the
상기 차동 증폭 회로(826)는 임피던스들(Z1, Z2)을 구성하는 방식에 따라 차동 증폭 회로 및/또는 필터회로로 사용될 수 있다. 즉, 상기 차동 증폭 회로(826)는 입력에 포함된 직류 성분의 영향을 효과적으로 억제하고 필요에 따라 출력에 직류 뿐만 아니라 임의 신호가 포함되도록 처리할 수 있다. 또한, 상기 차동 증폭 회로(826)는 CMRR에 영향없이 이득을 변경할 수 있다. 이와 동시에, 상기 차동 증폭 회로(826)는 입력 신호 필터의 역할을 수행할 수 있다.The
임피던스들(Z1, Z2)의 구성에 따라, 상기 차동 증폭 회로(826)의 필터 특성은 달라질 수 있다. 임피던스들(Z1, Z2)이 저항만으로 구성될 경우, 상기 차동 증폭 회로(826)는 단순한 증폭 기능만 수행한다. 하지만, 상기 임피던스들(Z1, Z2)이 저항과 커패시터의 조합으로 구성되면, 상기 차동 증폭 회로(826)는 고주파 통과 필터(HPF), 저주파 통과 피터(LPF), 대역 통과 필터(BPF), 또는 대역 제거 필터(BEF) 등으로 동작할 수 있다.Depending on the configuration of the impedances Z1 and Z2, the filter characteristic of the
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정 장치를 설명하는 도면이다. 도 13에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.15 is a view for explaining a measuring device according to another embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with those described in FIG. 13 will be omitted.
도 15를 참조하면, 오른다리 구동 회로부(driven-right-leg circuit;DRL, 890)의 출력은 상기 접지 전극에 연결될 수 있다. 제1 전단 증폭회로(822)의 제1 출력 신호 (Vo1) 및 제2 전단 증폭회로(824)의 제2 출력 신호(Vo2)는 상기 DRL 회로(890)의 입력으로 제공된다. 상기 DRL 회로(890)는 상기 제1 출력 신호(Vo1) 및 상기 제2 출력 신호(Vo2)를 입력으로 하는 가산 반전 증폭회로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 15, an output of a driven-right-
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 측정 장치를 설명하는 도면이다. 도 13에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.16 is a view for explaining a measuring device according to another embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with those described in FIG. 13 will be omitted.
도 16을 참조하면, 측정 장치는 인체(801)에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고 상기 인체(801)에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제2 전극(814), 상기 제1 전극(812) 및 제2 전극(814)과 이격되어 배치되고 상기 인체(801)에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 접지 전극(816), 상기 제1 전극(812)에 연결된 제1 전단 증폭회로(822), 상기 제2 전극(822)에 연결된 제2 전단 증폭회로(824), 및 상기 제1 전단 증폭회로(822)의 제1 출력 신호(Vo1) 및 상기 제2 전단 증폭회로(824)의 제2 출력 신호(Vo2)를 이용하여 생체 전기 신호(VE)를 추출하는 차동 증폭부(826)를 포함한다.Referring to FIG. 16, the measuring device may be spaced apart from the
호흡 추출부(881)는 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)를 입력 제공받아 호흡 신호(VRSP)를 출력한다. 호흡 신호(VRSP)를 추출하기 위하여, 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)은 인체의 가슴 또는 등 부위에 장착된다. 하지만, 접지전극(816)은 어떤 부위에도 장착될 수 있다.The
상기 호흡 추출부(881)는 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)를 입력 제공받아 저주파 성분을 추출하는 저주파 통과 필터(882), 상기 저주파 통과 필터(882)의 출력 신호를 입력으로 제공받아 직류 성분을 제거하는 고주파 통과필터(884), 및 상기 고주파 통과필터(884)의 출력 신호를 입력으로 제공받아 신호의 크기를 조절하는 증폭부(886)를 포함할 수 있다.The
호흡에 따른 가슴부분의 움직임으로 인해, 인체 피부와 전극들(812,814) 사이의 거리가 변한다. 따라서, 인체 피부와 전극(812,814)에 의하여 형성되는 등가 전기용량(Cs)의 변화가 발생한다. 따라서, 전극들(812,814)를 가슴 또는 등 부분에 위치시키면, 상기 호흡 신호(VRSP)가 검출될 수 있다. Due to the movement of the chest part due to breathing, the distance between the human skin and the
상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)에는 호흡 신호(VRSP)가 포함되어 있다. 호흡 신호는 비교적 낮은 주파수 성분(대략 0.24Hz 수준)을 가진다. 그 외 생체 신호(예들 들어, 심전도 신호(VECG))는 상대적으로 높은 주파수 성분(0.5Hz 이상, 150Hz 이하)을 가진다. 따라서, 상기 저주파통과필터(882)를 이용하여 호흡 신호가 추출될 수 있다. 상기 차동 증폭부(826)의 출력 신호(VE)에서 상기 저주파통과필터(882), 직류성분 제거용 고주파통과필터(884), 그리고 신호 크기 조절용 증폭기(886)를 통해 호흡 신호(VRSP)가 얻어진다. 상기 호흡 신호(VRSP)는 상기 디지털 처리부(872)에 제공되어, 디지털 신호로 변환되고, 활용될 수 있다.The output signal V E of the
호흡 신호(VRSP)는 인체 피부와 전극들(812,814) 사이의 상대적 움직임으로 검출된다. 따라서, 호흡 신호(VRSP)는 피검자 움직임에 특히 민감하다. 호흡 신호(VRSP)는 피검자가 수면 중이거나, 편안한 안정 상태에서 계측되는 것이 바람직하다.The breathing signal V RSP is detected as a relative movement between the human skin and the
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 설명하는 도면들이다. 도 17b는 도 17a의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.17A and 17B are diagrams illustrating a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 17B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 17A.
도 17a 및 도 17b를 참조하면, 전극 구조체(809)는 제1 절연층(811a), 상기 제1 절연층(811a) 상에 배치된 제2 절연층(811b), 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재된 제1 전극(812), 및 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고, 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재된 제2 전극(814)을 포함한다.17A and 17B, an
접지 전극(816)은 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 전극(812), 상기 제2 전극(814), 및 상기 접지 전극(816)은 동일한 재질일 수 있다. 상기 제1 전극(812)은 도전성 직물 또는 도전성 판재일 수 있다.The
상기 전극 구조체(809)는 방석, 시트, 또는 의사 커버 형태로 변형될 수 있다. 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814) 및 상기 접지 전극(816)은 방석, 의자, 침대, 및 인큐베이터, 밴드 등에 매설될 수 있다. The
상기 전극 구조체(809)는 코넥터(817)를 포함할 수 있다. 연결선들은 상기 전극들(812,814,816)과 상기 코넥터(817)를 연결할 수 있다.The
상기 전극들(812,814,816)은 처리부(803)에 연결될 수 있다. 상기 처리부(803)는 전단 증폭회로 및 차동 증폭부를 포함할 수 있다. 상기 처리부(803)와 상기 코넥터(817)는 도선들로 연결될 수 있다. 상기 처리부(803)는 입력 신호들을 처리하고, 처리된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 디지털 신호는 유/무선 통신을 통하여 제어부(805)에 전달될 수 있다. 상기 제어부(805)는 추가적인 신호 처리를 수행하고 그 처리 결과를 표시할 수 있다.The
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 설명하는 도면이다. 18 is a view for explaining a measuring device according to an embodiment of the present invention.
도 17a, 및 도 17b 및 도 18을 참조하면, 전극 구조체(809)는 제1 절연층(811a), 상기 제1 절연층(811a) 상에 배치된 제2 절연층(811b), 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재된 제1 전극(812), 및 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고, 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재된 제2 전극(814)을 포함한다. 접지 전극(816)은 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재될 수 있다.17A, 17B, and 18, the
상기 전극들(812,814,816)은 처리부(803)에 연결될 수 있다. 상기 처리부(803)는 상기 전극 구조체(809)에 직접 장착될 수 있다. 상기 처리부(803)는 전단 증폭회로, 차동 증폭부를 포함할 수 있다. 상기 처리부(803)는 입력 신호들을 처리하고, 처리된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 디지털 신호는 유/무선 통신을 통하여 제어부(805)에 전달될 수 있다. 상기 제어부(805)는 추가적인 신호 처리를 수행하고 그 처리 결과를 표시할 수 있다.The
도 19는 도 18의 전극 구조체(809)를 방석 형태로 구현하고, 처리부(803)를 도 13으로 실시한 측정 장치를 이용하여 사무실 환경에서 상기 방석 형태의 전극 구조체를 사무실 의자에 두고 그 위에 피검자가 옷을 입은 상태에서 측정한 시간 미분 심전도 신호(DVECG)와 그 심박 펄스 신호이다.19 illustrates the
시간 미분 심전도 신호(DVECG)는 안정적이다. 또한, 피크 검출부(848)는 상기 시간 미분 심전도 신호(DVECG)를 이용하여 심박 펄스 신호(VHBP)를 형성한다. 상기 심박 펄스 신호(VHBP)는 안정적으로 생성된다.The time differential ECG signal DV ECG is stable. In addition, the
도 20a 내지 도 20d는 상기 방석 형태의 전극 구조체를 자동차 운전석에 두고, 운전자가 그 위에 옷을 입은 상태로 앉아 자동차를 움직이면서 측정한 가속도 센서의 출력 신호(z축 출력 신호), 상기 가속도 센서 출력 신호의 중심 주파수로 대역제거 필터를 적용하여 얻은 신호, 시간 미분 심전도 신호 및 상기 가속도 센서 출력 신호의 중심 주파수로 대역제거 필터하여 얻은 시간 미분 심전도 신호이다. 20A to 20D illustrate the acceleration sensor output signal (z-axis output signal) and the acceleration sensor output signal measured while moving the vehicle while the driver is seated with clothes on the seat of the cushion-shaped electrode structure in the driver's seat. The signal obtained by applying the band elimination filter at the center frequency of the time differential ECG signal and the time differential ECG signal obtained by the band elimination filter at the center frequency of the acceleration sensor output signal.
도 13 및 도 20a를 참조하면, 신호들은 차량의 방석에 매설된 전극들을 이용하여 측정되었다.13 and 20A, signals were measured using electrodes embedded in a cushion of a vehicle.
가속도 센서(852)의 z축 방향의 가속도 신호(Vz)는 차량의 진동에 의하여 특정을 진동 주파수를 가지고 진동하고 있다. 차량의 진동 주파수는 심전도 신호에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 제어부(예를 들어, 컴퓨터)는 z축 방향의 가속도 신호에서 진동 주파수를 추출할 수 있다. 상기 제어부는 상기 진동 주파수를 제거하는 대역 제거필터를 포함할 수 있다.The acceleration signal Vz in the z-axis direction of the
시간 미분 심전도 신호(DVECG)는 자동차 시동을 걸고 대략 1600 rpm으로 엔진 가동 중에 운전석에 앉은 상태에서 얻었다. 자동차 엔진 가동에 따른 역학적 움직임은 검출 생체 신호에 그대로 잡음으로 유입된다. 가속도 센서(852)의 출력 신호에 진동 주파수를 추출하고, 상기 진동 주파수를 제거하는 대역 제거 필터를 통과한 시간 미분 심전도 신호는 안정적인 심박 펄스를 제공할 수 있다.The time differential ECG signal (DV ECG ) was obtained by starting the car and sitting in the driver's seat while the engine was running at approximately 1600 rpm. The mechanical movement caused by the operation of the automobile engine flows into the detection biosignal as noise. The time differential ECG signal passing through the band elimination filter extracting a vibration frequency to the output signal of the
상기 대역제거 필터는 시간 미분 심전도 신호(DVECG)를 입력받아 필터링된 출력신호를 출력할 수 있다. 상기 필터링된 시간 미분 심전도 신호는 안정적으로 심박 펄스를 제공할 수 있다. 따라서, 차량과 같이 진동이 심한 경우에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 장치는 안정적인 심전도 신호들을 제공할 수 있다.
The band pass filter may receive a time differential ECG signal DV ECG and output a filtered output signal. The filtered time differential ECG signal may stably provide a heartbeat pulse. Therefore, even when the vibration is severe, such as a vehicle, the electrocardiogram device according to an embodiment of the present invention can provide stable electrocardiogram signals.
[비접촉식 생체 신호 검출을 위한 구현 형태들][Embodiments for Contactless Biosignal Detection]
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 방석을 설명하는 도면이다.21 is a view illustrating a cushion for measuring a living body signal according to an embodiment of the present invention.
도 13, 도 21, 도 17a, 및 도 17b를 참조하면, 상기 방석(1001)은 제1 절연층(811a), 상기 제1 절연층(811a) 상에 배치된 제2 절연층(811b), 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재된 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극(814)을 포함한다. 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 상기 제1 절연층(811a)과 상기 제2 절연층(811b) 사이에 개재되어 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 접지 전극(816)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(812)은 제1 전단 증폭회로(822)에 연결되고, 상기 제2 전극(814)은 제2 전단 증폭회로(824)에 연결되고, 상기 제1 전단 증폭회로(822)의 제1 출력 신호(Vo1) 및 상기 제2 전단 증폭회로(822)의 제2 출력 신호(Vo2)를 이용하여 생체신호(심전도 신호, 심박수, 심박변이율)를 추출할 수 있다. 상기 방석(1001)은 의자(1002)에 배치될 수 있다. 상기 방석(1001)은 의자에 장착되는 것에 한하지 않는다. 처리부(803)는 상기 방석(1001)에 장착될 수 있다.13, 21, 17A, and 17B, the
전기적 비접촉식으로 방석형 심전도 신호를 얻기 위해 충분한 크기를 갖는 두 개의 측정 전극(812,814)이 각각 좌/우 허벅지 부분에 놓이도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 측정 전극(812,814)보다 더 큰 크기의 접지 전극(816)이 엉덩이 부분 또는 좌/우 허벅지 부분에 배치될 수 있다.Two measuring
상기 접지 전극(816)은 인체와 대지 접지 사이의 등가 전기용량을 증가시켜 전원 주파수 임피던스를 줄일 수 있다. 따라서, 상기 접지 전극(816)은 인체에 유기되는 전원 잡음의 크기를 줄이는 역할을 수행한다. 상기 접지 전극(816)은 가능한 크게 하여, 대지 접지와 인체 사이의 등가 전기용량을 키울 필요가 있다. The
도 13 및 도 15 내지 도 16을 참고하면, 제1 전극(812)과 제2 전극(814)은 동축선을 통해 각각 처리부(803)에 연결된다. 상기 동축선의 중심선은 상기 결합 축전기(204a,204b)에 연결된다. 상기 동축선의 쉴드부는 전단 증폭 회로의 출력에 연결되어 가드를 형성한다. 접지 전극(816)은 전단 증폭 회로(822,824)의 접지에 연결된다. 제1 전극(812) 및 제2 전극(814)에 연결된 각 전단 증폭 회로(822,824)의 출력은 차동 증폭부(826)에 연결된다. 상기 차동 증폭부(826)는 생체신호(심전도 신호, 호흡, 심박수, 심박변이율)를 제공한다.13 and 15 to 16, the
사용자는 방석센서 위에 앉아 일상적인 업무를 수행할 수 있다. 임상적인 심전도 신호는 매우 낮은 주파수 성분을 포함하기 때문에 깨끗한 신호를 얻기 위해서는 가능하면 움직이지 않고 센서가 놓인 의자에 가만히 앉아 있어야 한다. 임상적 심전도 신호를 얻는 경우는 병원 등 특별한 장소에서만 얻을 경우이고, 대부분의 일상적인 사무 내지 휴식 환경에서는 현실적으로 정확한 임상적 심전도 신호보다는 심박 펄스에 의한 심박 간격 변이도(HRV)가 훨씬 유용하다. 심박 펄스 신호는 미분-심전도 신호에서 얻는다.The user can sit on the cushion sensor and perform daily tasks. Clinical ECG signals contain very low frequency components, so to get a clear signal you should sit still in the chair where the sensor is placed, if possible. The clinical electrocardiogram signal is obtained only in a special place such as a hospital, and in most everyday office or rest environments, a heart rate interval variability (HRV) caused by a heartbeat pulse is much more useful than a realistic clinical electrocardiogram signal. The heart rate pulse signal is obtained from the differential-ECG signal.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 의자를 설명하는 도면이다.22 is a diagram illustrating a chair for measuring a living body signal according to an embodiment of the present invention.
도 22를 참조하면, 비접촉식 생체 신호 측정용 의자(1003)는 의자(1002), 상기 의자(1002)의 일부에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 의자(1002)에 매설되고 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극(8134)을 포함한다. 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 접지 전극(816)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(812)은 제1 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제2 전극(816)은 제2 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체신호(심전도 신호, 심박수, 심박변이율)를 추출한다. 처리부(803)는 상기 의자(1002)에 장착될 수 있다.Referring to FIG. 22, the
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 시트를 설명하는 도면이다.FIG. 23 is a diagram for explaining a biosignal measuring sheet according to an exemplary embodiment.
도 23을 참조하면, 시트(1001a)는 전극(812,814,186)을 포함할 수 있다. 상기 시트는 의자에 배치되어 있다. 제1 전극(812) 및 제2 전극(814)은 등받이 부위에 배치되어, 심전도 신호 및/또는 호흡 신호를 제공할 수 있다. 접지 전극(186)은 엉덩이에 인접하도록 안는 부위에 장착될 수 있다. 상기 시트(1001a)는 의자에 장착되는 것에 한하지 않는다. 처리부(803)는 상기 시트(1001a)에 장착될 수 있다.Referring to FIG. 23, the
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 도 22와 마찬가지로 전극들이 의자에 매설되도록 구성될 수 있다. 이때 측정 전극은 의자의 등받이 부분에, 접지전극은 의자의 앉는 부분에 매설된다. 이 구조에 대한 것도 동등하게 취급되어야 한다.According to a modified embodiment of the present invention, as in FIG. 22, the electrodes may be configured to be embedded in a chair. At this time, the measurement electrode is embedded in the back portion of the chair, the ground electrode is embedded in the sitting portion of the chair. This structure should be treated equally.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 차량 의자를 설명하는 도면이다.24 is a diagram illustrating a vehicle chair for measuring a living body signal, according to an exemplary embodiment.
도 24를 참조하면, 전극은 의자(2003)에 매설되어 있다. 차량 의자에 매설되는 방식 역시 두 가지가 존재한다. 하나는 전극들이 엉덩이 부분에만 배치되도록 하는 것이고, 다른 하나는 측정 전극은 등받이에 접지 전극은 엉덩이에 배치되도록 하는 것이다.Referring to FIG. 24, an electrode is embedded in the
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 침대를 설명하는 도면이다. 25 is a diagram illustrating a bed for measuring a living body signal according to an embodiment of the present invention.
도 25를 참조하면, 비접촉식 생체 신호 측정용 침대(3003)는 침대, 상기 침대(3002)에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 침대(3002)에 매설되고 상기 제1 전극(812)과 이격되고 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극(814)을 포함한다. 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 접지 전극(816)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 25, the non-contact
상기 제1 전극(812)은 제1 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제2 전극(814)은 제2 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체신호(심전도 신호, 호흡, 심박수, 심박변이율)를 추출한다. 처리부(803)는 상기 침대(3002)의 일측에 설치될 수 있다. 상기 전극들(812,814,816)은 처리부(803)에 연결될 수 있다. 상기 처리부(803)는 전단 증폭회로, 차동 증폭부를 포함할 수 있다. The
상기 처리부(803)는 입력 신호들을 처리하고, 처리된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 디지털 신호는 유/무선 통신을 통하여 제어부에 전달될 수 있다. 상기 제어부는 추가적인 신호 처리를 수행하고 그 처리 결과를 표시할 수 있다.The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치는 침대 커버의 형태로 변형될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the biosignal measuring apparatus may be modified in the form of a bed cover.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 인큐베이터를 설명하는 도면이다.FIG. 26 illustrates an incubator for measuring a living body signal, according to an exemplary embodiment.
도 26을 참조하면, 비접촉식 생체 신호 측정용 인큐베이터(4003)는 인큐베이터(4002), 상기 인큐베이터(4002)에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 인큐베이터(4002)에 매설되고 상기 제1 전극(812)과 이격되고 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극(814)을 포함한다. 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 접지 전극(816)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(812)은 제1 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제2 전극(814)은 제2 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 신호(심전도 신호, 호흡, 심박수, 심박변이율)를 추출한다. Referring to FIG. 26, an
상기 전극들(812,814,816)은 처리부(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 처리부는 상기 인큐베이터에 직접 장착될 수 있다. 상기 처리부는 전단 증폭회로, 차동 증폭부를 포함할 수 있다. 상기 처리부는 입력 신호들을 처리하고, 처리된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 디지털 신호는 유/무선 통신을 통하여 제어부에 전달될 수 있다. 상기 제어부는 추가적인 신호 처리를 수행하고 그 처리 결과를 표시할 수 있다.The
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정용 밴드를 설명하는 도면이다.FIG. 27 is a diagram illustrating a biosignal measurement band according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 27을 참조하면, 비접촉식 생체 신호 측정용 밴드(5003)는 밴드(5002), 상기 밴드(5002)에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극(812), 상기 밴드(5002)에 매설되고 상기 제1 전극(812)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 접촉하지 않는 제2 전극(814)을 포함한다. 상기 제1 전극(812) 및 상기 제2 전극(814)과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 접지 전극(816)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(812)은 제1 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제2 전극(814)은 제2 전단 증폭회로에 연결되고, 상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 신호를 추출한다. Referring to FIG. 27, the
상기 밴드(5002)는 일부 또는 전부가 신축성을 가질 수 있다. 상기 밴드(5002)는 원형 또는 띠형일 수 있다. 띠형의 경우, 상기 밴드는 양단을 결합하는 결합수단(5005a,500b)을 포함할 수 있다. 상기 결합 수단(5005a,500b)은 벨크로를 포함할 수 있다.The
상기 전극들(812,814,816)은 처리부(803)에 연결될 수 있다. 상기 처리부(803)는 상기 밴드에 직접 장착될 수 있다. 상기 처리부(803)는 전단 증폭회로, 차동 증폭부를 포함할 수 있다. 상기 처리부는 입력 신호들을 처리하고, 처리된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 디지털 신호는 유/무선 통신을 통하여 제어부에 전달될 수 있다. 상기 제어부는 추가적인 신호 처리를 수행하고 그 처리 결과를 표시할 수 있다.The
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명한다.Hereinafter, a biosignal measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.
다시 도 13을 참조하면, 생체 신호 측정 방법은 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극 및 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 상기 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격되어 배치되고 상기 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 접지 전극을 배치하는 단계, 상기 제1 전극의 측정 신호를 입력받아 제1 전단 증폭 신호를 생성하는 단계, 상기 제2 전극의 측정 신호를 입력받아 제2 전단 증폭 신호를 생성하는 단계, 및 상기 제1 전단 증폭 신호와 상기 제2 전단 증폭 신호의 차이를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 단계를 포함한다.Referring back to FIG. 13, the biosignal measuring method includes a first electrode that is not in direct electrical contact with a human body and a second electrode that is spaced apart from the first electrode and is not in direct electrical contact with the human body. And disposing a ground electrode spaced apart from the second electrode and not directly in electrical contact with the human body, receiving a measurement signal of the first electrode to generate a first shear amplification signal, and the second electrode. Generating a second shear amplified signal by receiving a measurement signal of the second signal; and extracting a bioelectrical signal by using a difference between the first shear amplified signal and the second shear amplified signal.
부착 검출 단계는 상기 생체 전기 신호를 입력으로 제공받아 그 진폭을 기준값과 비교하여 상기 제1 및 제2 전극과 상기 인체가 인접하게 부착되었는지를 판단한다. In the attachment detection step, the bioelectrical signal is received as an input and the amplitude is compared with a reference value to determine whether the first and second electrodes are adjacent to the human body.
생체 신호 측정 방법은 상기 생체 전기 신호에서 전원 주파수 대역을 제거하는 단계, 전원 주파수 대역이 제거된 상기 생체 전기 신호를 미분하여 미분 심전도 신호를 추출하는 단계, 및 상기 미분 신전도 신호를 이용하여 피크 위치를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The biosignal measuring method may include: removing a power frequency band from the bioelectrical signal, extracting a differential ECG signal by differentiating the bioelectrical signal from which the power frequency band has been removed, and using a differential extension signal; It may include the step of detecting.
생체 신호 측정 방법은 상기 생체 전기 신호에서 고주파 성분을 제거하도록 저주파 통과 필터를 적용하는 단계, 및 고주파 성분이 제거된 상기 생체 전기 신호에서 직류 성분을 제거하도록 고주파 통과 필터를 적용하여 호흡 신호를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The biosignal measuring method includes applying a low pass filter to remove a high frequency component from the bioelectrical signal, and extracting a respiration signal by applying a high pass filter to remove a direct current component from the bioelectric signal from which the high frequency component has been removed. It may include a step.
생체 신호 측정 방법은 상기 생체 전기 신호에서 노이즈를 제거하는 단계, 상기 생체 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 생체 전기 신호를 미분하여 미분 심전도 신호를 추출하는 단계, 가속도 센서를 이용하여 가속도 신호를 추출하는 단계, 상기 가속도 신호의 진동 주파수를 추출하는 단계, 상기 미분 심전도 신호에서 상기 진동 주파수를 제거하는 단계, 상기 진동 주파수가 제거된 상기 미분 심전도 신호를 이용하여 심박 변이율을 추출하는 단계, 상기 심박 변이율을 이용하여 졸음 여부를 판단하는 단계, 졸음으로 판단되면 진동 자극기를 구동하는 단계, 상기 가속도 센서를 이용하여 기울기 신호를 추출하는 단계, 상기 기울기 신호를 이용하여 인체와 상기 제1, 제2 전극의 부착 여부를 판단하는 단계, 및 상기 심전도 신호의 진폭을 이용하여 인체와 상기 제1, 제2 전극의 부착 여부를 판단하는 단계 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The biosignal measuring method may include removing noise from the bioelectrical signal, converting the bioelectrical signal into a digital signal, extracting a differential ECG signal by differentiating the bioelectrical signal, and using an acceleration sensor. Extracting, extracting a vibration frequency of the acceleration signal, removing the vibration frequency from the differential ECG signal, extracting a heart rate variation rate using the differential ECG signal from which the vibration frequency is removed, Determining whether to be drowsy using the heart rate variability; driving a vibration stimulator if it is determined to be drowsy; extracting a tilt signal using the acceleration sensor; using the tilt signal, the human body and the first, Determining whether the second electrode is attached, and determining the amplitude of the ECG signal. Use may further include at least one of the step of determining the first, whether or not attached to the second electrode and the human body.
도 28은 도 15의 생체 신호 측정 장치를 이용하여 측정한 호흡 신호(VRSP), 시간 미분 심전도 신호(DVECG), 및 심박 펄스 신호(VHBP)를 나타낸다.FIG. 28 illustrates a respiration signal V RSP , a time differential ECG signal DV ECG , and a heart rate pulse signal V HBP measured using the biosignal measuring apparatus of FIG. 15.
도 28을 참조하면, 정지된 상태에서 방석형 센서를 사용하여 측정하였다.Referring to FIG. 28, measurements were made using a cushioned sensor in a stationary state.
도 29a는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 이용하여 얻은 결과들이다.29A shows results obtained using a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 29a를 참조하면, 차량 운전 상태에서 도 15의 생체 신호 측정 장치를 이용하여 측정한 호흡 신호(VRSP), z축 가속도 신호(VZ), 시간 미분 심전도 신호(DVECG, 및 심박 펄스 신호(VHBP)를 나타낸다.Referring to FIG. 29A, a respiratory signal V RSP , a z-axis acceleration signal V Z , a time differential ECG signal DV ECG , and a heart rate pulse signal measured using the biosignal measuring apparatus of FIG. 15 in a vehicle driving state. (V HBP ).
도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치를 이용하여 얻은 결과들이다.29B shows results obtained using a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 29b를 참조하면, 도 29a의 차량의 진동 주파수를 대역 제거 필터를 이용하여 처리한 호흡 신호(VRSP), z축 가속도 신호(VZ), 시간 미분 심전도 신호(DVECG), 및 심박 펄스 신호(VHBP)를 나타낸다.Referring to FIG. 29B, a respiratory signal V RSP , a z-axis acceleration signal V Z , a time differential ECG signal DV ECG , and a heart rate pulse of the vibration frequency of the vehicle of FIG. 29A processed using a band elimination filter. Represents the signal V HBP .
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
201: 신호원
202: 측정 전극
204: 결합 축전기
251: 제1 증폭기
253: 바이어스 회로
270: 저항성 되먹임 회로
280: 용량성 되먹임 회로201: signal source
202: measuring electrode
204: coupling capacitor
251: first amplifier
253: bias circuit
270: resistive feedback circuit
280: capacitive feedback circuit
Claims (43)
상기 제1 전극과 이격되어 배치되어 상기 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 전단 증폭회로는:
상기 인체의 생체 전위를 각각 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 제1 증폭기;및
상기 제1 증폭기의 출력단 및 접지(GND) 중에서 적어도 하나와 상기 제1 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 제1 증폭기의 안전적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 제1 증폭기의 음의 입력단은 상기 제1 증폭기의 출력단에 직접 연결되어, 상기 제1 증폭기의 이득은 1이고, 상기 제1 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성된 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치. A first electrode which is not in direct electrical contact with the human body;
A second electrode disposed spaced apart from the first electrode and not directly in direct contact with the human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal by using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
The first and second shear amplifier circuits are:
A first amplifier configured to receive the biopotential of the human body through a first input and a second electrode, respectively, to a positive input terminal, and to transfer the biopotential to the output terminal; and
A bias circuit disposed between at least one of an output terminal and ground (GND) of the first amplifier and a positive input terminal of the first amplifier, to ensure safe operation of the first amplifier,
The negative input terminal of the first amplifier is directly connected to the output terminal of the first amplifier, the gain of the first amplifier is 1, the first amplifier is configured as a voltage follower (voltage follower) characterized in that the bio-signal measurement Device.
상기 제1 및 제2 전단 증폭회로는:
상기 제1 증폭기의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부;
상기 제1 증폭기의 양의 입력단과 상기 제1 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
The first and second shear amplifier circuits are:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the first amplifier and the output end of the first amplifier to reduce an effective input capacitance of the front end amplifier circuit;
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a arrangement between the positive input terminal of the first amplifier and the output terminal of the first amplifier.
상기 제1 전극과 상기 제1 전단 증폭 회로 사이에 배치되는 제1 결합 축전기;
상기 제2 전극과 상기 제2 전단 증폭 회로 사이에 배치되는 제2 결합 축전기;
상기 제1 전극과 상기 제1 결합 축전기를 연결하는 도선, 상기 제1 결합 축전기, 및 상기 제1 결합 축전기와 상기 제1 전단 증폭 회로를 연결하는 도선을 둘러싸는 제1 가드부; 및
상기 제2 전극과 상기 제2 결합 축전기를 연결하는 도선, 상기 제2 결합 축전기, 및 상기 제2 결합 축전기와 상기 제2 전단 증폭 회로를 연결하는 도선을 둘러싸는 제2 가드부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
A first coupling capacitor disposed between the first electrode and the first shear amplifier circuit ;
A second coupling capacitor disposed between the second electrode and the second shear amplifier circuit ;
A first guard part surrounding a wire connecting the first electrode and the first coupling capacitor, the first coupling capacitor, and a wire connecting the first coupling capacitor and the first shear amplifier circuit ; And
At least one of a second guard portion surrounding a conductive line connecting the second electrode and the second coupling capacitor, the second coupling capacitor, and a conductive line connecting the second coupling capacitor and the second shear amplifier circuit ; Biosignal measuring apparatus comprising a.
상기 제1 가드부는 상기 제1 전단 증폭 회로의 출력 전위와 같은 전위로 구동되고,
상기 제2 가드부는 상기 제2 전단 증폭 회로의 출력 전위와 같은 전위로 구동되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.5. The method of claim 4,
The first guard portion is driven at the same potential as the output potential of the first shear amplifier circuit ,
And the second guard portion is driven at the same potential as the output potential of the second shear amplifier circuit .
상기 차동 증폭부는 입력 직류 성분을 제거할 수 있도록 고주파 필터 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And the differential amplifier has a high frequency filter function to remove input DC components.
상기 차동 증폭부는:
제1 연산 증폭기(910);
상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 양의 입력단(911)과 제1 신호(V1)를 연결하는 제1 저항(R1,922);
상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 양의 입력단(911)에 연결된 제2 저항(R2,924);
상기 제2 저항(R2,924)과 상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 출력단(913)에 사이에 연결되고 제1 기준 전압(Vr1)을 포함하는 이득변환부(900);
상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 음의 입력단(912)과 제2 신호(V2)를 연결하는 제 3 저항(R3,926); 및
상기 제1 연산 증폭기(910)의 제1 음의 입력단(912)과 제2 기준 전압(Vr2)을 연결하는 제4 저항(R4,228)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치. The method of claim 6,
The differential amplifier unit:
A first operational amplifier 910;
First resistors R1 and 922 connecting the first positive input terminal 911 and the first signal V1 of the first operational amplifier 910;
Second resistors R2 and 924 connected to a first positive input terminal 911 of the first operational amplifier 910;
A gain converter 900 connected between the second resistor (R2, 924) and the first output terminal (913) of the first operational amplifier (910) and including a first reference voltage (Vr1);
Third resistors R3 and 926 connecting the first negative input terminal 912 and the second signal V2 of the first operational amplifier 910; And
And a fourth resistor (R4, 228) connecting the first negative input terminal (912) of the first operational amplifier (910) and the second reference voltage (Vr2).
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격되어 배치되고 상기 인체에 전기적으로 직접 접촉하지 않는 접지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And a ground electrode disposed to be spaced apart from the first electrode and the second electrode and not to be in direct electrical contact with the human body.
상기 접지 전극은 접지(GND)와 연결되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method of claim 8,
The ground electrode is a biological signal measuring device, characterized in that connected to the ground (GND).
오른다리 구동 회로(driven-right-leg circuit)를 더 포함하고,
상기 접지 전극은 상기 제1 전단 증폭기의 출력 및 상기 제2 전단 증폭기의 출력을 가산 반전 증폭하는 상기 오른다리 구동 회로(driven-right-leg circuit)의 출력에 연결되어 구동되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method of claim 8,
Further comprising a driven-right-leg circuit,
The ground electrode is driven in connection with an output of the driven right-leg circuit which adds, inverts and amplifies the output of the first shear amplifier and the output of the second shear amplifier. Measuring device.
상기 차동 증폭부의 출력 신호에서 잡음을 제거하고 신호 크기를 조절하는 아날로그 신호 처리부; 및
상기 아날로그 신호 처리부의 출력신호를 아날로그-디지털 변환하고 변환된 디지털 신호를 처리하여 유선 또는 무선으로 전송하는 디지털 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
An analog signal processor for removing noise from the output signal of the differential amplifier and adjusting a signal size; And
And a digital processor for analog-to-digital converting the output signal of the analog signal processor and processing the converted digital signal to transmit the wired or wirelessly.
상기 아날로그 신호 처리부는:
상기 차동 증폭부의 출력 신호에 포함되는 상용 전원 주파수 성분의 잡음을 제거하는 대역제거필터;
상기 대역제거필터의 출력에 포함되는 직류 오프셋 및 요동 잡음을 제거하는 고주파통과필터;
상기 고주파통과필터에 포함된 잡음을 제거하는 저주파통과필터; 및
상기 저주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함하고,
상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 150Hz 이하로 설정되어 심전도 신호를 계측하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.12. The method of claim 11,
The analog signal processing unit:
A band removing filter for removing noise of commercial power frequency components included in the output signal of the differential amplifier;
A high frequency pass filter for removing DC offset and rocking noise included in the output of the band pass filter;
A low frequency filter for removing noise included in the high frequency filter; And
It includes an amplifier for adjusting the output signal size of the low pass filter,
And a cutoff frequency of the low pass filter is set to 150 Hz or less to measure an electrocardiogram signal.
상기 아날로그 신호 처리부는:
상기 차동 증폭부의 출력 신호에 포함되는 상용 전원 주파수 성분의 잡음을 제거하는 대역제거필터;
상기 대역제거필터의 출력에 포함되는 직류 오프셋 및 요동 잡음을 제거하는 고주파통과필터;
상기 고주파통과필터에 포함된 잡음을 제거하는 저주파통과필터; 및
상기 저주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함하고,
상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 50Hz 이하로 설정되어 뇌전도 신호를 계측하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.12. The method of claim 11,
The analog signal processing unit:
A band removing filter for removing noise of commercial power frequency components included in the output signal of the differential amplifier;
A high frequency pass filter for removing DC offset and rocking noise included in the output of the band pass filter;
A low frequency filter for removing noise included in the high frequency filter; And
It includes an amplifier for adjusting the output signal size of the low pass filter,
And a cutoff frequency of the low pass filter is set to 50 Hz or less to measure an electroencephalogram signal.
상기 아날로그 신호 처리부는:
상기 차동 증폭부의 출력 신호에 포함되는 상용 전원 주파수 성분의 잡음을 제거하는 대역제거필터;
상기 대역제거필터의 출력에 포함되는 직류 오프셋 및 요동 잡음을 제거하는 고주파통과필터;
상기 고주파통과필터에 포함된 잡음을 제거하는 저주파통과필터; 및
상기 저주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함하고,
상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 500Hz 이하로 설정되어 근전도 신호를 계측하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.12. The method of claim 11,
The analog signal processing unit:
A band removing filter for removing noise of commercial power frequency components included in the output signal of the differential amplifier;
A high frequency pass filter for removing DC offset and rocking noise included in the output of the band pass filter;
A low frequency filter for removing noise included in the high frequency filter; And
It includes an amplifier for adjusting the output signal size of the low pass filter,
And a cutoff frequency of the low pass filter is set to 500 Hz or less to measure an EMG signal.
상기 아날로그 신호 처리부는:
상기 차동 증폭부의 출력 신호를 입력 받아 상용 전원 주파수 보다 낮은 주파수 성분의 신호를 제공하는 저주파통과필터;
상기 저주파통과필터에 포함되는 직류 오프셋 및 요동 잡음을 제거하는 고주파통과필터; 및
상기 고주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함하고,
상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 0.5Hz 이하로 설정되어 호흡 신호를 계측하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.12. The method of claim 11,
The analog signal processing unit:
A low pass filter which receives the output signal of the differential amplifier and provides a signal having a frequency component lower than a commercial power supply frequency;
A high frequency pass filter for removing direct current offset and rocking noise included in the low pass filter; And
It includes an amplifier for adjusting the output signal size of the high frequency filter,
The cut-off frequency of the low-pass filter is set to 0.5Hz or less to measure the respiratory signal.
상기 아날로그 신호 처리부는:
상기 차동 증폭부의 출력 신호에 포함되는 상용 전원 주파수 성분의 잡음을 제거하는 대역제거필터;
상기 대역제거필터의 출력을 입력받아 미분 연산을 수행하는 미분 회로부;
상기 미분 회로부의 출력 신호에 포함된 잡음을 제거하는 저주파통과필터; 및
상기 저주파통과필터의 출력 신호 크기를 조절하는 증폭부를 포함하고,
상기 저주파통과필터의 차단 주파수가 150Hz 이하로 설정되어 미분-심전도 신호를 계측하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.12. The method of claim 11,
The analog signal processing unit:
A band removing filter for removing noise of commercial power frequency components included in the output signal of the differential amplifier;
A differential circuit unit which receives an output of the band elimination filter and performs a derivative operation;
A low pass filter for removing noise included in an output signal of the differential circuit unit; And
It includes an amplifier for adjusting the output signal size of the low pass filter,
And a cutoff frequency of the low pass filter is set to 150 Hz or less to measure the differential ECG signal.
상기 미분 회로의 미분 차수는 1차 이상인 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.17. The method of claim 16,
The differential signal measuring unit of the differential circuit is characterized in that the first order or more.
상기 저주파통과필터의 출력 신호를 입력받아 신호의 꼭지점에 동기된 상승 또는 하강 모서리를 갖는 심박 펄스를 생성하는 피크 검출부를 더 포함하고,
상기 디지털 처리부는 상기 심박 펄스를 제공받는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.17. The method of claim 16,
And a peak detector configured to receive an output signal of the low pass filter and generate a heartbeat pulse having a rising or falling edge synchronized with a vertex of the signal.
And the digital processing unit receives the heartbeat pulse.
상기 생체 전기 신호는 심전도 신호, 호흡 신호, 미분 심전도 신호, 및 심박펄스 신호 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
The bio-electrical signal is a bio-signal measuring device, characterized in that it comprises at least one of an electrocardiogram signal, respiration signal, differential ECG signal, heart rate pulse signal.
상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 주위에 배치되는 가속도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And an acceleration sensor disposed around the first electrode or the second electrode.
상기 차동 증폭부의 출력 신호와 상기 가속도 센서의 출력 신호 중에서 적어도 하나를 입력받아 각 신호 진폭을 기준 값과 비교하여 상기 인체가 상기 제1 및 제2 및 접지 전극에 올바르게 안착되었음을 판정하는 부착 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치. 21. The method of claim 20,
An attachment detector configured to receive at least one of an output signal of the differential amplifier and an output signal of the acceleration sensor and compare each signal amplitude with a reference value to determine whether the human body is correctly seated on the first, second, and ground electrodes; Biosignal measuring apparatus comprising a.
상기 가속도 센서의 출력을 디지털 변환하는 디지털 처리부를 더 포함하고,
상기 디지털 처리부는 상기 가속도 센서의 출력 신호를 제공받아 상기 생체 전기 신호에 포함된 운동성 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.21. The method of claim 20,
Further comprising a digital processing unit for digitally converting the output of the acceleration sensor,
The digital processing unit receives the output signal of the acceleration sensor and removes kinetic noise included in the bioelectrical signal.
상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 주위에 배치되는 진동부;및
상기 진동부를 구동하는 진동 구동부를 더 포함하고,
상기 진동부는 전극들에 안착된 인체 피부에 진동 자극을 제공하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
A vibrator disposed around the first electrode or the second electrode; and
Further comprising a vibration drive unit for driving the vibration unit,
The vibrating unit is a biological signal measuring apparatus, characterized in that for providing a vibration stimulation to the human skin seated on the electrodes.
상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 절연체에 매설되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And the first electrode or the second electrode is embedded in an insulator.
상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 절연체에 매설되어 상기 인체의 머리 부위에 장착되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
The first electrode or the second electrode is embedded in an insulator, the biological signal measuring apparatus, characterized in that mounted on the head of the human body.
상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 절연체에 매설되어 상기 인체의 엉덩이 부위에 장착되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
The first electrode or the second electrode is embedded in an insulator, the biosignal measuring apparatus, characterized in that mounted on the hips of the human body.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 접지 전극이 절연체에 매설되고,
상기 인체의 등 부위에는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 배치되고, 엉덩이 부위에는 상기 접지 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method of claim 8,
The first electrode, the second electrode, and the ground electrode are embedded in an insulator,
The first and second electrodes are disposed on the back of the human body, and the ground electrode is disposed on the hip.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 접지 전극이 절연체에 매설되어 상기 인체의 근육 부위에 배치되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And the first electrode, the second electrode, and the ground electrode are embedded in an insulator and disposed on a muscle part of the human body.
상기 전극들에 각각 연결된 전단 증폭회로들을 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들의 출력신호들의 차이를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치. At least two electrodes that are not in direct electrical contact with the human body; And
Shear amplifier circuits connected to the electrodes, respectively;
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Extracting a bioelectrical signal using a difference between output signals of the front end amplification circuits,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a disposition between the positive input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier.
상기 전단 증폭회로들의 출력신호들의 차이를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치. Shear amplification circuits respectively connected to at least two electrodes that do not directly contact the human body; And
And a differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a difference between output signals of the front end amplifier circuits.
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a disposition between the positive input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier.
상기 전단 증폭회로들의 출력신호들의 차이를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 차동 증폭부;
상기 전극들 주위의 상기 인체에 부착된 가속도 센서부;및
상기 가속도 센서부의 출력 신호를 이용하여 상기 생체 전기 신호를 보정하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.Shear amplification circuits respectively connected to at least two electrodes that do not directly contact the human body;
A differential amplifier for extracting a bioelectrical signal using a difference between output signals of the front end amplifier circuits;
An acceleration sensor unit attached to the human body around the electrodes; and
And a processor configured to correct the bioelectrical signal by using the output signal of the acceleration sensor unit.
상기 전단 증폭회로들의 출력신호들의 차이를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 차동 증폭부;
상기 전극들 주위의 상기 인체에 부착된 진동부;및
상기 생체 전기 신호를 처리하는 처리부를 포함하고,
상기 처리부는 상기 생체 전기 신호의 처리 결과에 따라 상기 인체에 역학적인 자극을 인가하도록 상기 진동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.Shear amplification circuits respectively connected to at least two electrodes that do not directly contact the human body;
A differential amplifier for extracting a bioelectrical signal using a difference between output signals of the front end amplifier circuits;
A vibrator attached to the human body around the electrodes; and
It includes a processing unit for processing the bio-electrical signal,
And the processor drives the vibrator to apply a mechanical stimulus to the human body according to a processing result of the bioelectrical signal.
상기 제1 절연층 상에 배치된 제2 절연층;
상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 사이에 개재되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극;
상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 사이에 개재된 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정용 방석. A first insulating layer;
A second insulating layer disposed on the first insulating layer;
A first electrode interposed between the first insulating layer and the second insulating layer and not in direct electrical contact with a human body;
A second electrode spaced apart from the first electrode interposed between the first insulating layer and the second insulating layer and not directly in direct electrical contact with a human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a disposition between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier.
상기 의자의 입부에 매설된 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극;
상기 의자에 매설되고 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정용 의자. chair;
A first electrode which is not in direct electrical contact with the human body embedded in the mouth of the chair;
A second electrode embedded in the chair and spaced apart from the first electrode and not directly in electrical contact with the human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a disposition between the positive input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier.
상기 제1 절연층 상에 배치된 제2 절연층;
상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 사이에 개재되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극;
상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 사이에 개재된 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정용 시트.A first insulating layer;
A second insulating layer disposed on the first insulating layer;
A first electrode interposed between the first insulating layer and the second insulating layer and not in direct electrical contact with a human body;
A second electrode spaced apart from the first electrode interposed between the first insulating layer and the second insulating layer and not directly in direct electrical contact with a human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a arrangement between the positive input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier .
상기 침대에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극;
상기 침대에 매설되고 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정용 침대.bed;
A first electrode embedded in the bed and not directly in electrical contact with the human body;
A second electrode embedded in the bed and spaced apart from the first electrode and not directly in electrical contact with the human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuitry for increasing the effective input resistance of the shear amplifier circuitry in a disposition between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier .
상기 인큐베이터에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극;
상기 인큐베이터에 매설되고 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정용 인큐베이터.Incubators;
A first electrode embedded in the incubator and not directly in electrical contact with the human body;
A second electrode embedded in the incubator and spaced apart from the first electrode and not directly in electrical contact with the human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And an at least one of a resistive feedback circuit for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a disposition between the positive input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier .
상기 밴드에 매설되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제1 전극;
상기 밴드에 매설되고 상기 제1 전극과 이격되어 배치되고 인체에 직접 전기적으로 접촉하지 않는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결된 제1 전단 증폭회로;
상기 제2 전극에 연결된 제2 전단 증폭회로; 및
상기 제1 전단 증폭회로의 제1 출력 신호 및 상기 제2 전단 증폭회로의 제2 출력 신호를 이용하여 생체 전기신호를 추출하는 차동 증폭부를 포함하고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 인체의 생체 전위를 양의 입력단으로 제공받아 출력단에 전달하는 증폭기;및
상기 증폭기의 출력단과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 배치되어 상기 증폭기의 안정적인 동작을 보장하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 증폭기의 음의 입력단은 상기 증폭기의 출력단에 직접 연결되고, 상기 증폭기의 이득은 1이고, 상기 증폭기는 전압 팔로워(voltage follower)로 구성되고,
상기 전단 증폭회로들 각각은:
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치되어 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 전기용량을 줄이는 용량성 되먹임 회로부; 및
상기 증폭기의 양의 입력단과 상기 증폭기의 출력단 사이에 배치에 상기 전단 증폭회로의 유효 입력 저항을 늘이는 저항성 되먹임 회로부 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 생체 신호 측정용 밴드.band;
A first electrode embedded in the band and not directly in electrical contact with the human body;
A second electrode embedded in the band and spaced apart from the first electrode and not directly in electrical contact with the human body;
A first shear amplifier circuit connected to the first electrode;
A second shear amplifier circuit connected to the second electrode; And
A differential amplifier configured to extract a bioelectrical signal using a first output signal of the first front end amplifier circuit and a second output signal of the second front end amplifier circuit,
Each of the front end amplification circuits is:
An amplifier which receives the biopotential of the human body through a positive input terminal and delivers it to an output terminal; and
A bias circuit disposed between an output end of the amplifier and a positive input end of the amplifier, to ensure stable operation of the amplifier,
The negative input of the amplifier is directly connected to the output of the amplifier, the gain of the amplifier is 1, the amplifier consists of a voltage follower,
Each of the front end amplification circuits is:
A capacitive feedback circuit portion disposed between the positive input end of the amplifier and the output end of the amplifier to reduce the effective input capacitance of the front end amplification circuit; And
And at least one of a resistive feedback circuit portion for increasing an effective input resistance of the shear amplifier circuit in a disposition between the positive input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier .
상기 제1 전극의 측정 신호를 입력받아 제1 전단 증폭 신호를 생성하는 단계;
상기 제2 전극의 측정 신호를 입력받아 제2 전단 증폭 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제1 전단 증폭 신호와 상기 제2 전단 증폭 신호의 차이를 이용하여 생체 전기 신호를 추출하는 단계를 포함하고,
상기 생체 전기 신호에서 전원 주파수 대역을 제거하는 단계;
전원 주파수 대역이 제거된 상기 생체 전기 신호를 미분하여 미분 심전도 신호를 추출하는 단계; 및
상기 미분 신전도 신호를 이용하여 피크 위치를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 방법. Disposing a first electrode which is not in direct electrical contact with the human body and a second electrode which is spaced apart from the first electrode and which is not in direct electrical contact with the human body;
Receiving a measurement signal of the first electrode and generating a first shear amplification signal;
Receiving a measurement signal of the second electrode and generating a second shear amplification signal; And
Extracting a bioelectrical signal using a difference between the first shear amplified signal and the second shear amplified signal;
Removing a power frequency band from the bioelectrical signal;
Extracting a differential ECG signal by differentiating the bioelectrical signal from which a power frequency band has been removed; And
And detecting the peak position by using the differential extension signal.
상기 생체 전기 신호를 입력으로 제공받아 그 진폭을 기준값과 비교하여 상기 제1 및 제2 전극과 상기 인체가 인접하게 부착되었는지를 판단하는 부착 검출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 방법.The method of claim 39,
And an attachment detection step of receiving the bioelectrical signal as an input and comparing the amplitude with a reference value to determine whether the first and second electrodes and the human body are adjacent to each other.
상기 생체 전기 신호에서 고주파 성분을 제거하도록 저주파 통과 필터를 적용하는 단계; 및
고주파 성분이 제거된 상기 생체 전기 신호에서 직류 성분을 제거하도록 고주파 통과 필터를 적용하여 호흡 신호를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 방법.The method of claim 39,
Applying a low pass filter to remove high frequency components from the bioelectrical signal; And
And extracting a respiration signal by applying a high pass filter to remove the direct current component from the bioelectric signal from which the high frequency component has been removed.
상기 생체 전기 신호에서 잡음을 제거하는 단계;
상기 생체 전기 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 생체 전기 신호를 미분하여 미분 심전도 신호를 추출하는 단계;
가속도 센서를 이용하여 가속도 신호를 추출하는 단계;
상기 가속도 신호의 진동 주파수를 추출하는 단계;
상기 미분 심전도 신호에서 상기 진동 주파수를 제거하는 단계;
상기 진동 주파수가 제거된 상기 미분 심전도 신호를 이용하여 심박 변이율을 추출하는 단계;
상기 심박 변이율을 이용하여 졸음 여부를 판단하는 단계;
졸음으로 판단되면 진동기를 구동하는 단계;
상기 가속도 센서를 이용하여 상기 인체와 상기 제1, 제2 전극의 부착 여부를 판단하는 단계; 및
상기 생체 전기 신호의 진폭을 이용하여 상기 인체와 상기 제1, 제2 전극의 부착 여부를 판단하는 단계 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 방법.The method of claim 39,
Removing noise from the bioelectrical signal;
Converting the bioelectrical signal into a digital signal;
Extracting a differential ECG signal by differentiating the bioelectrical signal;
Extracting an acceleration signal using an acceleration sensor;
Extracting a vibration frequency of the acceleration signal;
Removing the vibration frequency from the differential electrocardiogram signal;
Extracting a heart rate variability using the differential electrocardiogram signal from which the vibration frequency is removed;
Determining sleepiness using the heart rate variability;
Driving the vibrator if it is determined to be drowsy;
Determining whether the human body and the first and second electrodes are attached by using the acceleration sensor; And
And determining at least one of attaching the human body and the first and second electrodes by using the amplitude of the bioelectrical signal.
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