SU1237167A1

SU1237167A1 - Amplifier of biopotentials with optical isolation

Info

Publication number: SU1237167A1
Application number: SU843832112A
Authority: SU
Inventors: Владимир Владимирович Илларионов; Александр Александрович Демидов; Юрий Васильевич Кочура; Виктор Николаевич Малафеев; Виктор Иванович Тимофеев
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина)
Priority date: 1984-12-30
Filing date: 1984-12-30
Publication date: 1986-06-15

Description

Изобретение относитс к мёди) ской технике и может быть использовано в электрокардиографах, электроэнцефалографах и других приборах дл регистрации и исследовани биопотенциалов .The invention relates to a medical technique and can be used in electrocardiographs, electroencephalographs and other devices for recording and studying biopotentials.

Цель изобретени - повышение температурной стабильности коэффициента усилени усилител по напр жению.The purpose of the invention is to increase the temperature stability of the gain of the voltage amplifier.

На чертежа изображена структурна схема усилител биопотениэналов с оптической разв зкой.The drawing shows a structural diagram of an amplifier of biopotenienals with optical isolation.

Усилитель биопотенциалов содержит мостовой модул тор 1, генератор 2 опорного напр жени , дифференциальный усилитель 3, транзистор 4, резистор 5 светодиод 6 первого оптрона 7, фотодиод 8 первого оптрона 7, фоторезистор 9 второго оптрона 10, выходной усилитель 11, интегратор 12, светодиод 13 второго оптрона 10, синхронный детектор 14 и источник 15 питани The biopotential amplifier contains a bridge modulator 1, a reference voltage generator 2, a differential amplifier 3, a transistor 4, a resistor 5, a LED 6 of the first optocoupler 7, a photodiode 8 of the first optocoupler 7, a photoresistor 9 of the second optocoupler 10, an output amplifier 11, an integrator 12, a LED 13 the second optocoupler 10, the synchronous detector 14 and the power source 15

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Усиливаемый сигнал поступает на входы мостового модул тора 1, который под воздействием напр жени , по- ступак дего с выхода генератора 2 опорного напр жени , попеременно подключает входы устройства к входам дифференциального усилител 3, на выходе которого образуетс модулированный сигнал, не имекмций посто нной составл ющей . Дл обеспечени необходимой полосы пропускани устройства частота опорного напр жени выбираетс в несколько раз большей верхней частоты в спектре входного сигнала. В дифференциальном усилителе 3 осуществл ютс подавление синфазной помехи и предварительное усиление модулированного полезного сигнала.The amplified signal is fed to the inputs of the bridge modulator 1, which, under the influence of voltage, coming from the output of the generator 2 of the reference voltage, alternately connects the device inputs to the inputs of the differential amplifier 3, the output of which produces a modulated signal . To provide the necessary bandwidth of the device, the frequency of the reference voltage is chosen several times higher than the upper frequency in the spectrum of the input signal. In differential amplifier 3, common mode rejection and preamplification of the modulated wanted signal are performed.

Выходное напр жение дифференциального усилител 3 преобразуетс транзистором 4 с включенным .в цепь его эмиттера резистором 5 в ток светодио- да 6, вход щего в состав оптрона 7, Излучение светодиода 6 попадает на фотодиод 8 оптрона 7 и измен ет протекающий через него ток. Нагрузкой фотодиода 8 вл етс фоторезистор 9, вход щий в состав оптрона 10. На фоторезисторе 9 вьщел етс сигнал, который поступает на входы выходного усилител 11 и интегратора 12, нагруженThe output voltage of the differential amplifier 3 is converted by the transistor 4 with the resistor 5 connected to its emitter circuit to the current of the LED 6, which is part of the optocoupler 7, and the emission of the LED 6 enters the photodiode 8 of the optocoupler 7 and changes the current flowing through it. The load of the photodiode 8 is a photoresistor 9, which is part of the optocoupler 10. On the photoresistor 9 there is a signal that is fed to the inputs of the output amplifier 11 and the integrator 12, loaded

ss

00

Г.G.

00

него на светодиод 13 оптрона 10. Посто нна времени интегратора 12 выбираетс намного большей низшей частоты в спектре усиливаемого сигнала. Наличие указанным образом включенных ин- тегратора 12, фоторезистора 9 и светодиода 13 приводит к по влению отрицательной обратной св зи по посто н- HONfy току, в результате действи которой посто нна составл юща напр жени на входах интегратора 12 и выходного усилител 11 автоматически устанавливаетс равной нулю, при этом переменна составл юща напр жени на этик входах, пропорциональна модулированному полезному сигналу, усиливаетс выходным усилителем 11 и детектируетс синхронным детектором 14, на который поступает опорное напр жение с генератора 2 опорного напр жени . Выходное напр жение синхронного детектора 14, пропорциональное входному сигналу, вл етс выходным напр жением усилител биопотенциалов.it is on the LED 13 of the optocoupler 10. The time constant of the integrator 12 is chosen to be much higher than the lower frequency in the spectrum of the amplified signal. The presence of the integrated 12, the photoresistor 9, and the LED 13 in the indicated manner leads to the appearance of negative feedback on the constant-current, as a result of which the constant component at the inputs of the integrator 12 and the output amplifier 11 is automatically set to zero, with the variable component of the voltage on these inputs, proportional to the modulated useful signal, amplified by the output amplifier 11 and detected by a synchronous detector 14, which receives the reference voltage generator from the reference voltage generator 2. The output voltage of the synchronous detector 14, proportional to the input signal, is the output voltage of the biopotential amplifier.

Коэффициент передачи по напр жению предлагаемого усилител биопотенциалов с оптической разв зкой определ етс выражением:The transmission coefficient of the proposed biopotential amplifier with optical isolation is defined by the expression:

,,

Cjj - лсCjj - hp

где Е, и Е эе напр жени источника 15where E, and E ee voltage source 15

питани ;nutrition;

иand

Э6E6

напр жение между эмиттером и базой транзистора 4;the voltage between the emitter and the base of the transistor 4;

К - произведение коэффициентов передачи дифференциального усилител 3 , выходного усилител 11 и синхронного детектора 14.K - the product of the transmission coefficients of the differential amplifier 3, the output amplifier 11 and the synchronous detector 14.

Из приведенного соотношени следует , что коэффициент передачи по напр жению устройства не зависит от параметров оптронов 7 и 10, что и определ ет его высокую температурную стабильность , так как параметры остальных узлов в незначительной степени завис т от температуры.From the above relation, it follows that the transmission coefficient over the voltage of the device does not depend on the parameters of the optocouplers 7 and 10, which determines its high temperature stability, since the parameters of the other nodes are slightly dependent on temperature.

Экспериментальные исследовани зависимости коэффициента передачи предлагаемого усилител от температуры при использовании оптрона АОД-130 показали, что нестабильность коэффициента передачи в диапазоне температур 10-40 С не превышает 0,5%.Experimental studies of the dependence of the transfer coefficient of the proposed amplifier on the temperature when using the AOD-130 optocoupler showed that the instability of the transfer coefficient in the temperature range of 10-40 C does not exceed 0.5%.

Claims

Optically isolated biopotential amplifier, comprising a differential amplifier, a transistor with a resistor in the emitter circuit, the base of which is connected to the output of the differential amplifier, an output amplifier, a first optocoupler, the LED of which is connected in series to the collector circuit of the transistor, and a power source, characterized in that, in order to increase the temperature stability of the amplifier gain over voltage, a bridge modulator is added to it, the inputs of which are the input of the biopotent amplifier Ialov, and the outputs are connected to the inputs of a differential amplifier, a second optocoupler, an integrator, a synchronous detector and a reference voltage generator, while an integrator input, a photoconductor of the second optocoupler and a photodiode of the first optocoupler are connected to the input of the output amplifier, the integrator output is connected to the LED of the second optocoupler, the output is the output the amplifier is connected to the input of a synchronous detector, the output of which is the output of the biopotentials amplifier, the output of the reference voltage generator is connected to the control inputs of the bridge module and a synchronous detector, the second terminals of the first LED and a photodiode of the optocoupler, a second optocoupler photoresistor and a resistor connected to the corresponding power supply terminals and the second terminal of the second LED of the optocoupler is connected to the common bus.

AS>