生物电放大电路的50 Hz干扰分析与电路设计(英文)

背景:在某些临床应用场合或特殊工作环境中,存在特别强烈的50Hz干扰,放大器的输出已经达到或接近饱和状态,一般的抗干扰电路和软件算法难以有效抑制。因此必须通过改进硬件电路抑制干扰以得到满意的信号。目的:介绍一种生物电放大器可以有效抑制50 Hz交流电干扰对微弱电生理信号检测的影响。设计:采用先进行理论分析,建立电路模型,再以软件仿真,最后设计实现实际应用电路。单位:解放军第三○五医院,空军航空医学研究所。材料:设计50 Hz交流电干扰的等效模型电路及电路仿真软件TINA RPO6.0均由空军航空医学研究所提供,高压电场实验环境由解放军第三○五医院提供的高压电场治疗仪制造。方法:首先在空军航空医学研究所进行理论分析,建立50 Hz干扰模型。提出下列三点抗干扰的措施,并应用在电路模型中:①提高整体电路共模输入阻抗以消除皮肤接触阻抗匹配失衡。②共模电压源控制恒流源降低仪表放大器等效共模输入阻抗。③右腿驱动电路减小共模电压。并且通过应用电路仿真软件TINA PRO对上述电路模型进行仿真分析。通过不断改进电路模型,获得正确的仿真结果。根据电路模型,设计实现了能够在强烈干扰环境下有效抑制50 Hz干扰的心电放大器。并在解放军第三○五医院高压电场治疗仪制造的强烈干扰环境下进行了实际使用,有效抑制了50 Hz干扰,获得高质量的心电信号。主要观察指标:通过电路共模抑制比和在强烈干扰环境下获得信号的频谱来评价抗50Hz交流干扰的能力。结果:为输入回路串接一个100 Ω和200 kΩ电阻以建立皮肤接触阻抗匹配失衡的状态。皮肤接触阻抗匹配失衡为100Ω时放大器在共模电压源的作用下,输出幅度为1.69mV峰峰值。根据计算,共模抑制比为125.8dB。皮肤接触阻抗匹配失衡为200 k Ω时放大器在共模电压源的作用下,输出幅度为1.78mV峰峰值。根据计算,共模抑制比为125.3dB。由频率为20Hz,幅度为50μV峰峰值,相位相反的两个电压源构成差模信号。1000倍的放大倍数。在电路的输入回路中,串接一个200 kΩ电阻以建立皮肤接触阻抗匹配失衡的状态。放大器的输出结果为50mV峰峰值;输出波形的快速傅立叶变换频谱中没有50 Hz谱线。结论:仿真实验和实际应用都表明该放大器在强烈50Hz交流电干扰和皮肤接触阻抗匹配严重失衡的条件下具有良好的干扰抑制能力和微弱信号放大能力。

有效抑制50Hz干扰的生物电放大器

目的介绍一种生物电放大器可以有效抑制50Hz交流电干扰对微弱电生理信号检测的影响。方法①提高整体电路共模输入阻抗以消除皮肤接触阻抗匹配失衡;②共模电压源控制恒流源降低仪表放大器等效共模输入阻抗;③右腿驱动电路减小共模电压。结果仿真实验和实际应用都表明该放大器在强烈50Hz交流电干扰和皮肤接触阻抗匹配严重失衡的条件下具有良好的干扰抑制能力和微弱信号放大能力。