SU1666062A1

SU1666062A1 - Amplifier of bioelectrical signals

Info

Publication number: SU1666062A1
Application number: SU894652244A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Альбертович Карпов
Original assignee: Институт Физиологии Им.И.П.Павлова
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1991-07-30

Abstract

Усилитель биоэлектрических сигналов содержит два электрода 1, два дифференциальных усилител 2, 3, предварительный дифференциальный усилитель 4, интегратор 5 и фазоинвертор 6. Цель изобретени - повышение помехозащищенности путем подавлени стационарной и квазистационарной составл ющей биопотенциалов на электродах. 1 ил.The amplifier of bioelectric signals contains two electrodes 1, two differential amplifiers 2, 3, a preliminary differential amplifier 4, an integrator 5 and a phase inverter 6. The purpose of the invention is to increase the noise immunity by suppressing the stationary and quasistationary component of biopotentials on the electrodes. 1 il.

Description

Изобретение относится к медицинской Технике, а именно к усилителям биоэлектрических сигналов, и может быть использовано в приборах, предназначенных для регистрации биоэлектрических потенциалов.The invention relates to medical equipment, namely to amplifiers of bioelectric signals, and can be used in devices designed to register bioelectric potentials.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности путем подавления ётационарной и квазистационарной составляющей биопотенциалов на электродах.The purpose of the invention is to increase noise immunity by suppressing the stationary and quasistationary component of the biopotentials on the electrodes.

На чертеже представлена структурная схема усилителя биоэлектрических сигналов.The drawing shows a structural diagram of an amplifier bioelectric signals.

Устройство содержит два электрода 1, Соединенных с неинвертирующими входами двух дифференциальных усилителей 2 и 3, выход первого из которых соединен с неинвертирующим входом, а выход другого - с инвертирующим входом предварительного дифференциального усилителя 4, выход которого является выходом устройства Sсвязан через интегратор 5 и фазоинвертор с инвертирующим входом второго из диференциальных усилителей 3, а инвертиру>щий вход первого дифференциального силителя 2 соединен с выходом интегратоа 5.The device contains two electrodes 1 connected to the non-inverting inputs of two differential amplifiers 2 and 3, the output of the first of which is connected to the non-inverting input, and the output of the other to the inverting input of the preliminary differential amplifier 4, the output of which is the output of the device S connected through integrator 5 and a phase inverter with the inverting input of the second of the differential amplifiers 3, and the inverting input of the first differential amplifier 2 is connected to the output of integrato 5.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Биоэлектрические сигналы, снимаемые Ври помощи электродов 1, поступают на неЙнвертирующие входы дифференциальных усилителей 2 и 3 и далее на входы предварительного усилителя 4. На инвертирующие Ьходы дифференциальных усилителей в случае, если биоэлектрический сигнал содержит стационарную или хвазистационарную составляющую, поступает компенсирующее напряжение обратной связи, которое вырабатывается из выходного напряжения предварительного усилителя 4 интегратором 5 и фазоинвертором 6, причем на инвертирующий вход первого из дифференциальных усилителей 2 компенсирующее напряжение подается с выхода интегратора 5, а на инвертирующий вход второго из дифференциальных усилителей 3 компенсирующее напряжение подается с выхода фазоинвертора 6. Возникающая при этом следящая обратная связь действует так, что при появлении на электродах 1 наряду с полезным сигналом напряжения стационарной или квазистационарной разницы биопотенциалов на инвертирующих входах усилителей 2 и 3 устанавливается (с соответствующим знаком) напряжение обратной связи, равное по величине напряжению стационарной или квазистационарной помехи, в результате чего на выходе предваритель ного усилителя 4 происходит компенсация этой помехи. Постоянная времени интегратора 5 выбирается существенно больше периода низшей частоты спектра полезного сигнала.,В противном случае происходит искажение полезного сигнала за счет ослабления низкочастотных составляющих его спектра, Для предотвращения насыщения выходов дифференциальных усилителей 2 и 3 с учетом того, что реально существующая стационарная или квазистационарная составляющая биологических потенциалов на электродах не превышает 100-150 мВ, целесообразно выбирать коэффициент усиления дифференциальных усилителей 2 и 3 не более 50.The bioelectric signals recorded using the electrodes 1 are fed to the non-inverting inputs of the differential amplifiers 2 and 3 and then to the inputs of the pre-amplifier 4. The inverting inputs of the differential amplifiers, if the bioelectric signal contains a stationary or quasi-stationary component, receives a compensating feedback voltage, which is generated from the output voltage of the pre-amplifier 4 by an integrator 5 and a phase inverter 6, and the inverting input of the first of the differential of amplifiers 2, the compensating voltage is supplied from the output of the integrator 5, and to the inverting input of the second of the differential amplifiers 3, the compensating voltage is supplied from the output of the phase inverter 6. The resulting tracking feedback acts so that when the voltage appears on the electrodes 1 along with a useful signal the quasi-stationary difference of the biopotentials on the inverting inputs of amplifiers 2 and 3 sets (with the corresponding sign) feedback voltage equal to the voltage -stationary or quasi-stationary noise, resulting in the output of the amplifier 4 Nogo preliminary compensation of this interference occurs. The time constant of the integrator 5 is chosen significantly longer than the period of the lowest frequency of the spectrum of the useful signal., Otherwise, the useful signal is distorted by attenuating the low-frequency components of its spectrum, To prevent saturation of the outputs of the differential amplifiers 2 and 3, taking into account the fact that a real-time stationary or quasistationary component biological potentials on the electrodes does not exceed 100-150 mV, it is advisable to choose the gain of differential amplifiers 2 and 3 not more e 50.

Для наглядного пояснения работы компенсирующей обратной связи рассматривают случай, когда на один из электродов 1 подан стационарный потенциал 200 мВ, а на второй электрод 0 мВ. Считают, что коэффициенты усиления усилителей 2 и 3 равны К1, а предварительного усилителя К2. Через некоторое время, определяемое характеристиками интегратора 5, устанавливается стационарное распределение потенциалов. Полезный биопотенциал усиливается усилителем в целом в К=К1хК2 раз, а стационарная помеха (0,2 В) уменьшается на выходе усилителя по сравнению с его входом в 2 раза (0,1 В), При этом соотношение сигнал/стационарная помеха увеличивается в 2хК1хК2 раз.To illustrate the operation of compensating feedback, consider the case when a stationary potential of 200 mV is applied to one of the electrodes 1, and 0 mV to the second electrode. It is believed that the amplification factors of amplifiers 2 and 3 are equal to K1, and that of the preliminary amplifier K2. After some time, determined by the characteristics of the integrator 5, a stationary distribution of potentials is established. The useful biopotential is amplified by the amplifier as a whole by K = K1xK2 times, and the stationary noise (0.2 V) decreases at the output of the amplifier by 2 times (0.1 V), while the signal / stationary interference ratio increases by 2xK1xK2 time.

Особое внимание следует уделить реализации предварительного дифференциального усилителя 4. Предпочтительно его реализовать по схеме стандартного измерительного усилителя на трех ОУ или на монолитной интегральной схеме измерительного усилителя. Это обеспечивает необходимые характеристики всего усилителя в целом, в частности коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСС не менее 100 дБ.Particular attention should be paid to the implementation of the preliminary differential amplifier 4. It is preferable to implement it according to the scheme of a standard measuring amplifier on three op amps or on a monolithic integrated circuit of a measuring amplifier. This provides the necessary characteristics of the entire amplifier as a whole, in particular, the attenuation coefficient of the common-mode signal KOSS is at least 100 dB.

Таким образом, применение усилителя улучшает условия отведения, позволяет отказаться от входных разделительных конденсаторов, использование которых во входных целях приводит к существенному ослаблению КОСС и возрастанию наводок, но ранее было необходимо для устранения стационарных и квазистационарных биопотенциалов.Thus, the use of an amplifier improves the conditions of the tap, eliminates the input isolation capacitors, the use of which for input purposes leads to a significant weakening of the KOSS and an increase in pickups, but previously it was necessary to eliminate stationary and quasi-stationary biopotentials.

Claims

Claim

A bioelectric signal amplifier containing two electrodes connected to non-inverting inputs of the first and second differential amplifiers, the output of one of which is connected to a non-inverting input, and the output of the other to the inverting input of a preliminary differential amplifier, the output of which is the output of the device and connected through an integrator and a phase inverter with an inverting input of a second differential amplifier, characterized in that in order to increase the noise immunity by suppressing Nia stationary and quasistationary part of the electrode biopotentials, the inverting input of the first differential amplifier connected to the output of the integrator.