从 ECG 电源中去除 50hz 噪声

电器工程 噪音 生物电势
2022-01-05 16:17:49

我们目前正在做一个心电图机的生物医学项目。有一个我们无法在软件方面解决的问题是去除 50 Hz 噪声。现在我们正在尝试使用模拟滤波器去除 50 Hz 噪声。有没有人有使用模拟组件消除 50 Hz 噪声的想法。

(原标题说问题出在信号上——Steven

3个回答

(注意:问题说噪声存在于信号中。似乎是电源;请参阅我的编辑。)

50 或 60 Hz 陷波滤波器通常用作双 T 滤波器。然而,无源双 T 的 Q 因子较差,这意味着相邻频率也会被衰减,这可能导致 ECG 曲线失真。

有源陷波滤波器可能如下所示:

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不要忘记重新计算 50 Hz 的电阻值;R1 将为 11.8 MΩ。任何运算放大器都可以。与无源滤波器的区别如下图所示:

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也许不是很清楚,但有源滤波器的图表是 60 Hz 处的垂直线。无源滤波器好很多。

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如果 50 Hz 像您所说的那样在电源上,它需要去耦。首先是电源本身。一个好的稳压器在其输出上不会有 50 Hz 的纹波,因此输入上的平滑电容器可能太小了。第二个想法,纹波应该是 100 Hz。整流桥中有缺陷的二极管可以解释 50 Hz 和太高的纹波。)如果输入纹波太大,它可能会低于稳压器的最小输入电压。您可以发布带有组件值的电源原理图吗?您还可以在输出端放置一个 100 µF 电容。

还在 IC 的电源输入上使用 100 µF 与 1 µF 并联。如果它们是低功率的,您可以在电容器之前将一个 10 Ω 至 100 Ω 的电阻器与电源线串联。因此电容器直接连接到 IC 的引脚。请注意,电阻器会导致 5 V 电压下降,因此如果电源电流小于 1 mA,则仅使用 100 Ω。高达 10 mA,您可以使用 10 Ω。越高越好,你必须看看你能买得起什么。通过 10 Ω 电阻器的 10 mA 将导致 100 mV 压降,即 2%,这可能是可以接受的。

作为一名学生,我们使用标准的 3x Op. 设计并测试了我们自己的分立式仪器放大器 (IA)。放大器。1974 年用于生物医学工程实验室实验。我们将其用于心电图、脑电图信号和假肢控制。我们还将电极应用到我的太阳穴并用它来监测眼球运动。它创造了一个带有横向眼球运动的锯齿,吸引了路过的监视女孩的注意力,一些女孩停下来自愿进行心电图测试。(将电极应用于胸部)一旦我们了解了 CMRR 的设计要求,50/60Hz 的嗡嗡声就消失了。

这是我的调试清单;

  • 您的设计是否满足推荐的 120dB 标准或仅满足最低 100dB 标准?
  • 您使用单运放还是三运放设计?
  • 可以试试医学界对心电图称为“右腿驱动”的浮动后驱法或“防护技术”吗?
  • 您是否有高电流皮肤 DC 误差响应使您的高增益放大器饱和或损害 CMMR?
  • 你能提供一些测试测量结果吗?

当 100V 电场进入叠加在 100uV 信号上时,如果您有 120dB 的良好共模抑制比,您将获得 100uV 的噪声电平。

改善 CMMR 相关 50/60 HZ 嗡嗡声的方法是:

1.使用高质量设计的仪器放大器(IA)(但成本非常低)

2. 用“右腿驱动”技术保护信号。(称为模拟保护方法)您缓冲共模信号以在仍然浮动但通过阻抗比抑制 50/60Hz 的高 E 场电压的腿上形成低阻抗共模参考。

  1. 屏蔽探头线

  2. 使用更高 CMMR 设计的仪表放大器>130dB

  3. 使用 Q=100 的有源可调陷波滤波器(如之前报道的)

  4. 在电缆周围使用 CM 铁氧体扼流圈。(高透型套筒)

  5. 使用线性稳压器确保 V+ 电源无噪声,输入和输出具有低 ESR 电容。并在 V+ 和 amp 之间使用短引线。

我的偏好以粗体显示

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尝试滤除 50 Hz 噪声应该是最后的手段,部分原因是您的有效信号频率范围包括 50 Hz。您为降低 50 Hz 所做的任何事情也会使您想要的信号失真。

最好的答案是首先设计模拟前端以最小化线路频率拾取。50 Hz 来自房间周围的电源线的电容耦合。但是,您正在测量身体多个电极上的电压,而 50 Hz 电源线嗡嗡声将主要是共模信号。

心电图前端需要对共模消除特别干净。这意味着完全可以处理超过 50 Hz 的差分信号,确保每条腿具有相同的阻抗,使用具有良好共模抑制的仪表放大器,测量一侧绝对没有接地参考等。电源线共模噪声可以是你试图接收的信号幅度的许多倍,所以你真的必须醒来并注意这个问题。

大多数心电图系统所做的另一件事是将电极放在心脏对面的腿上,通常是右腿。这纯粹用于拾取共模信号,放大,然后它成为第一级差分电路的浮动接地参考,直到可以放大差分信号并降低其阻抗。

如果你都做对了,但仍然有太多的电源线噪声,那么你可以考虑降低最终信号的电源线频率。但是,这最好在软件中完成,这样您就可以使滤波器紧密,而不会遇到模拟组件的容差。这还允许您测量电源线并使其同步滤波器。与具有可负担部件的模拟滤波器相比,由此产生的非常紧的陷波对实际信号的影响较小。仅由于零件公差,模拟滤波器必须更宽,以保证足够的 50 Hz 衰减,即使中心频率有点偏离。

因此,总而言之,按照优先顺序,您应该通过以下方式解决问题

  1. 仔细设计模拟前端以获得更好的共模噪声抑制。

  2. 仔细设计模拟前端以获得更好的共模噪声抑制。

  3. 仔细设计模拟前端以获得更好的共模噪声抑制。

  4. 不,这还不够好。返回并修复您的模拟前端以获得更好的共模噪声抑制。

  5. 在另一条腿上使用共模拾音器来帮助消除共模噪声,然后从步骤 1 开始重复。

  6. 使用与电源线同步的软件滤波器消除剩余的电源噪声