心电信号检测放大电路的设计.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.33M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

论文说明：插图清单

独创性声明及学位论文版权使用授权书

致谢

第一章概述

1.1人体生物信息的基本特点

1.2心电信号的特征及临床测量基本要求

1.3心电测量电路的特殊性

1.4心电信号检测设备的种类及发展趋势

1.5论文结构

第二章心电信号检测放大电路设计及仿真

2.1电路设计思路及流程

2.2 Multisim仿真软件使用简介

2.3心电检测电路中前置级的设计与仿真

2.4心电检测电路中带通滤波器电路设计与仿真

2.5心电检测电路中带阻滤波器电路(陷波器)的设计与仿真

2.6心电检测电路总图

第三章硬件电路与实验结果

第四章设计内容总结与展望

参考文献

论文期间发表文章

分类号密级：单位代码：学号：夺肛工学夫警HefelUniVersityof_r_echnology10359硕士学位论文MASTERDISSERTATIoNo论文题目：心电信号检测放大电路的设计学位类别：同等学力学科专业：(工程领域)电力系统及其自动化作者姓名：导师姓名：完成时间：黄家兵李阁丽教授

心电信号检测放大电路的设计摘要心脏是人体循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。在人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。本文分析了体表心电信号的特征。心电信号的各种生理参数都是复杂生命体(人体)发出的强噪声条件下的弱信号(除体温等直接测量的参数外)，心电信号的幅度在lo肛V～4mV之问，频率范围为O．05一l00Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中，检测过程及方法较复杂。去除信号检测过程的干扰和噪声、进行心电信号的分析是心电仪器的重要功能之一，心电信号的放大质量直接影响着分析仪器的性能和对人体心脏疾病的诊断。本文设计了一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，·采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，并且利用Multisim软件对相应的电路进行仿真，仿真结果表明电路的放大滤波性能很好，硬件电路搭建后的实验结果也表明，电路能够很好地完成人体心电信号的检测放大。关键词：心电信号差动滤波放大

TheCheckingandAmplilIierCircuitDesignofEIectrocardiacSignalAbstractHeartisthecoreofthecyclicalsystemofhumanbody．TheactiVityoftheheartisthemechanicalcontractioncausedbythebiologicalelectrocardiacsignal．Inhumanbody，thethree—dimensionalspaceconductor，thebiologicalelectrocardiacsignalcanspreadtoeVerywhereandmakeregularelectricvariations．Electricpolesetoncertainplaceofahumanbody，thesignalisarnplifiedandfecordedbytime，WecangetacontinuouscurVeandthat’sElectrocardiograph．Thispaperanalysesthepropertiesofelectrocardiacsignal．Theelectrocardiacsignalistheweeksignalinthestrongnoisemadebyco-mplicatedorganism(humanbody)(eXceptthebodytemperature，whichisdirectlyexamined)．Theamplitudeoftheelectrocardia=csignalisfrom1O¨Vto4mV，Thefrequencychan99sfromO．05HztolOOHz．ItTheelectrocardiaesignalisinundatedwith50Hzelectficf}equencysignalandotherperson’ssignal．Theelectrocardiac。signal’scheckingprocedureandmethodarecomplex．Thea：mplif．yingqualityofelectfocardiacsignaldirectlyinfluencesthefunctionofthe．instrumentandthe．diagnosisoftheheartdiseases．’·’Anelectrocardiacsignalamplif．yingcircuitis．designedinthispaperandthef．ullattentionispaidtotheproperties40felectroca}diacsignal．Weusethemodelmadeupof．thefrontdifferentialamplifler．，bandpJassnlterandbandeliminationf1：ter，anduseMultisimtosimulatorrelevantcircuit，theresultofSimulatorshowsthatthef-unctionofamplif|yingcircuit‘andfilterareVerywell，theexperimentresultofhardwarecircuitalsoshowsthatitcan’accomplishthetaskoftheelectrocardiacsignalamplif-yingwell．Keywords：electrocardiacsignal，differentialampIify’行lter，amplify

插图清单图1．1典型的正常心电图………·……·……··……-…--……………·2图1．2心电模拟信号转换为数字化表示的示意图…………………………………··6图1．3排除工频干扰前后及排除基线漂移前后的心电图………………………r-7图1．4肌电干扰为高频干扰信号…………………………………．．．………··8图1．5心电信号检测系统原理框图……………………………………………·-8图l一6心电信号提取电路框图……………………………………………··9I割1—7心电信号放大其连接图……………………………………………··9网l一8INAl28构成的牵制放大电路……………………………………………-·10图1—9集成运放构成的牵制放大电路……………………………………………··ll图l一10种及放大器原理框图……………………………………………--12图2—1心电信号检测处理过程图……………………………………………·-15图2．2心电信号检测放大电路设计流程图……………………………………··16图2—3心电信号放大处理电路构成图…………………………………．．．……16图2．4简单晶体管放大电路………………………………………………--17陶2—5示波器显示的电路处于放大状态的波形…………………………………18图2．6静态工作点分析对话框………………………………………………18网2—7静态工作点运算结果显示…………………·…………………………-19图2—8简单RLC电路…一：．…………………………………………一．……-19图2—9AcAnalvsis对话框…………………………………………………·20图2．10Ac分析结果………………………………………………………-20罔2一ll简单的正弦交流电路…………………………………………………21图2．12TransjentAnalvsis对话框……………………………………………·21图2．13分析结果…………………………………………………………·-22图2—14方波激励RC电路…………………………………………………··22图2．15FourierAnalvsis对话框……………………………………………·-23图2—16分析结果…………………………………………………………··23图2．17失真电路分析………………………………………………………24闰2．18DistortionAnalvsis对话框…………………………………………-+24图2．19失真分析仿真结果…………………………………………………·-25图2．20简单的心电放大电路………………………………………………··26图2．2l心电放大电路传递函数仿真结果……………………………………··26陶2—22单运放同相比例放大电路……………………………………………27圈2．23单运放差模放人倍数仿真图…………………………………………-·28

2—24LF4llACH引脚图……………·……………………’‘…。’………一292．25单运放差模放大倍数仿真结果图………………………………………292—26单运放传递函数仿真结果……………………………………………‘302—27单运放共模放大倍数仿真图…………………………………………一312—28单运放共模放大倍数仿真结果图………………………………………322．29差动+比例放大电路………………………………………………·‘342．30差动+比例电路差模放大倍数仿真图…………………………………‘352—3l差动+比例电路差模放大倍数仿真结果图………………………………362—32差动+比例电路共模放大倍数仿真图…………………………………‘372—33差动+比例电路共模放大倍数仿真结果图………………………………382．34带通滤波器电路图…………………………………………………一392．35带通滤波器仿真与结果图…………………………………………·‘402．3650Hz带阻滤波器(陷波器)电路图…………………………………一412．37带阻滤波器幅频，相频响应图…………………………………………422．38带阻滤波器仿真图…………………………………………………·。422—39带阻滤波器仿真结果…………一…………………………………一432．40整体电路搭建与仿真图………………………………………………432．4l整体电路搭建与仿真结果图………………………………………～443．1心电信号检测整体电路系统框图………………………………………‘453—2原始心电信号．……………………………………………………‘463．3经过低通滤波器后的心电信号．……………………………………～463．4经过低通+50Hz陷波J舌的心电信号…………………………………～46冈图冈图图圜幽阿阿图图图图图图图图图图图图图

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金月巴王业盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。靴做作昔箨弱丢签字嘞&噼／／月如学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全r解金匿工、业盍堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权—金世王些盔堂可以将学位论文的今部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名壹毒c丢签字日期：0坡r年／7月≯妇学位论文作者毕业后太向：工作单位：通讯地址：导师签名南司瓦J签字日期：织r年，7月砭产电话：邮编：

致谢本论文是在李国丽老师、胡存刚老师的悉心指导和亲切关怀下完成的。李国丽老师渊博的学识，严谨的治学态度以及高尚的人格使我受益匪浅。在硕士毕业设计的这段时间当中，李老师给我提供了良好的学习环境，而且还对我进行了悉心的指导，帮助我分析和解决在设计上所遇到的困难。李老师不仅是在学习上给予我启迪和教诲，在乍活中也对我非常的关心，在此我向李老师表达衷心的谢意。，胡存刚老师在我硕士毕‘业设计这段时间内也给了我非常大的帮助，在这段时问里，每当我在学习中遇到闲难的时候，他都能及时给予我引导和帮助，让我克服困难，不断的提高。尤其是在学习Multisim软件这里，胡存刚老师帮我提供资料，耐心指导，给了我非常大的帮助。在这里，我向胡存刚老师表示由衷的感谢。另外，在硕士毕业设计这段时间里，我还得到了生物医学工程实验室姜耀胜、朱淳老师和师兄师姐以及同学的帮助，特别是史利杰同学，在此，‘对他们也表示由衷的感谢。作者：黄家兵2005年11月

第一章概述1．1人体生物信息的基本特点人体的生物信号测量的条件是很复杂的。在测量某～种生理参数的同时，存在着其它生理信号的噪声背景；此外，生物信号对来自测量系统(包括人体)之外的干扰十分敏感，这是因为：(1)被测生物医学信号的提取信号微弱：如心电信号幅度一般在10uV～4mV：要求测试系统具有较高的灵敏度。而灵敏度越高，对干扰也就越敏感，即极易把干扰信弓引入测试系统；(2)频率低：一般在o05Hz～200Hz，频带范围不宽；工频50Hz干扰和人体其它信号几乎落在所有生物电信号的频带范围内，而50Hz干扰又是普遍存在的；(3)生命体为发出不稳定自然信号的信号源：人体内阻、检测电极与皮肤的接触电阻等为信号源内阻，其阻值较大，一般为几十千欧；(4)人体相当于一个导体，将接受空间电磁场的各种干扰信号；除了外界环境对被测信号的干扰之外，微弱信号还常常被深埋在测试系统内部的噪声中。抗干扰和低噪声，构成生物信号测量的两个基本条件。本文的目的是在分析的基础上，得到生物信号测量系统的强抗干扰能力和低噪声电子设计方法，我们把抗干扰和低噪声作为人体测量盼基本条件，不只是由于人体电子测量是处于强电磁场环境中，成为无法回避的客观事实；而且还由于抗干扰和低噪声本来就是电子设计开始时必须予以考虑的环节。总之，人体生物医学信号的提取和处理，是自然科学领域中难度最大的。生物电信号，如心电、脑电，通过电极用一定导联方式提取出来；非电量参数，如心音、脉搏、体温、呼吸等，通过各种传感器，换能器变换成电信号后被提取。常见的有脉波换能器，心音换能器，绑带式流量换能器，张力换能器。，对于能够通过电极提取的体表生物电信号，其测量仪器的电路结构基本相同，不同的只是因信号的频率和幅度不同，对电路的性能要求不同。常见的生物电信号有心电(ECG)、脑电(EEG)、肌电(EMG)、视网膜电和眼电等。1．2心电信号的特征及临床测鹫基本要求1．2．1心电信号的特征

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