SU1147350A1 - Усилитель биопотенциалов - Google Patents

Abstract

УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ , содержащий последовательно соединенные блок усилени , модул тор, первый разделительный трансформатор, демодул тор и фильтр низкой частоты, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов , выход которого соединеи с вторым входом демодул тора, и второй разделительный трансформатор, вторична  обмотка которого подключена к второму входу модул тора , отличающийс  тем, что, с целью снижени  уровн  помех, в него введен блок задержки , включенный между выходом генератора тактовых импульсов и вторым входом демодул тора.

Description

3

Выход

iij

т т тЛ

NU со СП

фиг./ Изобретение относитс  к медицинской технике, а именно к усилител м биопотенциалов , используемых в устройствах регистрации биоэлектрической активности сердца при условии электрической изол ции пациента от заземлени  и от цепей питани . Известен усилитель биопотенциалов с гальванической разв зкой, вход щий в состав многоканального электрокардиографа и содержащий блок усилени , разделительные трансформаторы дл  передачи питани  в блок усилени  и передачи сигнала от блока усилени  на входную щину, модул тор на управл емом ключе, генератор тактовых импульсов и демодул тор 1. Однако в св зи с тем, что в этом устройстве применена асинхронна  демодул ци , используетс  только половина динамического выходного диапазона блока усилени  изолированной входной части усилител  биопотенциалов , а это существенно снижает допустимый уровень напр жени  пол ризации, возникающего на электродах электрокардиографа . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  усилитель биопотенциалов, содержащий последователь но соединенные блок усилени , модул тор, первый разделительный трансформатор, демодул тор и ,фильтр низкой частоты, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом демодул тора, и второй разделительный трансформатор, вторична  обмотка которого подключена к второму входу модул тора. Это устройство благодар  синхронному процессу модул ции - демодул ции позвол ет полностью использовать выходной динамический диапазон блока усилени  изолированиой части, обеспечивает рабо ту при значительно большем уровне пол ризации электродов 2. Недостатком известного усилител  биопотенциалов  вл етс  искажение полезного сигнала помехами, пропорциональными напр жению пол ризации на электродах электрокардиографа , что обусловлено несинфазностью работы модул тора и демодул тора. Цель изобретени  - снижение уровн  помех. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в усилитель биопотенциалов, содержащий пО следовательно соединенные блок усилени , модул тор, первый разделительный трансформатор , демодул тор и фильтр низкой частоты , и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом демодул тора, и второй разделительный трансформатор, вто рична  обмотка которого подключена к второму входу модул тора, введен блок задержки , включенный между выходом генератора тактовых импульсов и вторым входом демодул тора . На фиг. 1 представлена структурна  электрическа  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 принципиальна  электрическа  схема одного из вариантов блОка задержки; на фиг. 4 - временные эпюры напр жений в оцифрованных точках схемы, приведенной на фиг. 3. Усилитель биопотенциалов содержит последовательно соединенные блок 1 усилени , модул тор 2, первый разделительный трансформатор 3, демодул тор 4 и фильтр 5 низкой частоты, последовательно соединенные генератор 6 тактовых импульсов и второй разделительный трансформатор 7, вторична  обмотка которого подключена к второму (управл ющему ) входу модул тора 2, и блок 8 задержки, включенный между выходом генератора 6 тактовых импульсов и вторым (управл ющим ) входом демодул тора 4. Модул тор 2 и демодул тор 4 содержат чаще всего ключевую схему, выполненную на бипол рном или полевом транзисторе, и цепь управлени  ключевой схемы. Усилитель биопотенциалов работает следующим образом. Биосигнал, например электрокардиограмма , снимаема  с пациента при помощи электродов , совместно с напр жением пол ризации электродов усиливаетс  блоком 1 усилени  и подаетс  на вход модул тора 2 (напр жение Us на фиг. 2а - биосигнал, Un - напр жение пол ризации электродов). Ключева  схема модул тора 2 периодически коммутируетс  на первичную обмотку первого разделительного трансформатора 3. Период этой коммутации определ етс  последовательностью импульсов Us (фиг. 26), поступающих от генератора 6 тактовых импульсов . Однако импульсы тактового генератора 6, проход  через второй разделительный трансформатор 7, задерживаетс  на врем  tsi (напр жение Uz на фиг. 2 в). Прин в дл  определенности, что ключевые схемы модул тора 2 и демодул тора 4 замкнуты во врем  действи  положительных импульсов напр жений, управл ющих ключевыми схемами (Uj на фиг. 2в, U на фиг. 28 соответственно), можно представить напр жение Uj-, иа первичной обмотке первого разделительного трансформатора 3 так как это показано на фиг. 2г. Во врем , когда ключева  схема модул тора 2 замкнута, это напр жение повтор ет напр жение на выходе блока 1 усилени . Во врем  разомкнутого состо ни  в первом разделительном трансформаторе 3 идут переходные, процессы и величина выбросов напр жени  U- во врем  этих процессов пропорциональна напр жению пол ризации, а оно может на пор дки превышать напр жение биосигнала.

Дл  того, чтобы эти переходные процессы не передавать на выходную шину усилител  биопотенциалов через синхронно коммутирующийс  демодул тор 4, передний фронт импульсов и, (фиг. 2о), замыкающих ключевую схему демодул тора 4, быть задержан на врем  tjg, больщее, чем t,, что достигаетс  пропусканием импульсной последовательности U (фиг. 26) через блок 8 задержки, производ щий задержку переднего фронта тактовых импульсов. В результате на вход фнльтра 5 низкой частоты, осуществл ющего сглаживание выходного сигнала , поступает последовательность импульсов Uj (фиг. 2е), огибающа  которых пропорциональна только входному биосигналу.

Пример. Блок усилени  реализован на интегральной микросхеме К284УД1А, а в качестве ключевых схем модул тора 2 и демодул тора 4 применены МДП-полевые транзисторы типа КП304А. Первый и второй разделительные трансформаторы 3 и 7 выполнены на ферритовых кольцах 2000НМ1, причем первична  и вторична  обмотки трансформаторов намотаны кажда  на своем кольце, оба кольца соединены витком св зи, образу  трансформатор с повыщенной электрической прочностью между обмотками. Генератор 6 тактовых импульсов работает на частоте 50 кГц. Схема блока 8 задержки изображена на фиг. 3. Работа этого блока иллюстрируетс  диаграммами на фиг. 4.

Тактовый импульсы U( (фиг. 4а) подводитс  к точке 1 схемы (фиг. 3). Эпюра напр жени  Uj (фиг. 46) в точке 2 (фиг. 3) отражает тот факт, что зар д и разр д конденсатора С .производ тс  с разными посто нными времени. Посто нна  времени зар да определ етс , в основном, резистором R, в то врем , как разр д производитс  через диод Д почти мгновенно. Транзистор

Т благодар  этому открываетс  не с момента по влени  тактового импульса, а в тот момент, когда измен ющеес  по экспоненте напр жение на базе транзистора U, (фиг. 4в не достигает порогового напр жени  отпирани  кремниевого транзистора Т, (Unop

0,76). Поэтому передний фронт выходного напр жени  U (фиг. 4г) оказываетс  задержанным на врем  tjj, определ емое емкостью С и резисторами базовой цепи транзистора Т.

В данном варианте усилител  биопотенциалов задержка тактовых импульсов во втором разделительном трансформаторе 7 составл ет ,7 МКС.

Блок 8 задержки переднего фронта тактовых импульсов спроектирован на врем 

задержки ,5 мкс. (С, 680 пФ, R 0,15 кОм, кОм, Ri 3,3 кОм).

Предлагаемый усилитель биопотенциалов использован в электрокардиографе ЭК1К, что расшир ет допустимый диапазон напр жени  пол ризации электродов до 300 мВ по сравнению с напр жением 150 мВ у прототипа при погрешности измерени  напр жени  . Электрокардиограф может быть использован непосредственно после акта дефибрилл ции, вызывающего большую пол ризацик ) электродов, что дает возможность более оперативного врачебного вмешательства в экстренных случа х. Кроме того, вместо серебросодержащих электродов могут быть использованы электроды из нержавеющей стали.

Уэ (

Vn

П. р п п п п п п

l.tjT

Vz

П|ит пш

у.

iElL.

n Л

l/лор

п п

г

(риг.

Claims (1)

1. УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ, содержащий последовательно соединенные блок усиления, модулятор, первый разделительный трансформатор, демодулятор и фильтр низкой частоты, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом демодулятора, и второй разделительный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к второму входу модулятора, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня помех, в него введен блок задержки, включенный между выходом генератора тактовых импульсов и вторым входом демодулятора.

   Фиг.1