Удаление шума 50 Гц от источника питания ЭКГ

В настоящее время мы работаем над биомедицинским проектом, который представляет собой аппарат ЭКГ. Существует проблема, которую мы не можем решить на стороне программного обеспечения, это удаление шума 50 Гц. Сейчас мы пытаемся удалить шум 50 Гц с помощью аналоговых фильтров. У кого-нибудь есть идеи по удалению шума 50 Гц с использованием аналоговых компонентов.

(оригинальное название гласило, что проблема была в сигнале - Стивен )

(примечание: вопрос сказал, что шум был в сигнале. Кажется, что это источник питания; см. мое редактирование далее.)

Режекторный фильтр с частотой 50 или 60 Гц обычно изготавливается как фильтр с двумя Т Пассивный близнец-T имеет плохой добротность, что означает, что соседние частоты также будут ослаблены, что может привести к искажению профиля ЭКГ.

Активный режекторный фильтр может выглядеть так:

Не забудьте пересчитать значения резисторов для 50 Гц; R1 будет 11,8 МОм. Подойдет любой операционный усилитель. Разница с пассивным фильтром показана на этом графике:

Может быть, не так ясно, но график активного фильтра - это вертикальная линия с частотой 60 Гц. Гораздо лучше, чем пассивный фильтр.

редактировать re your comment
Если 50 Гц на источнике питания, как вы говорите, он нуждается в разъединении. Сначала сам блок питания. Хороший регулятор не будет иметь пульсации 50 Гц на своем выходе, поэтому, возможно, сглаживающие конденсаторы на входах слишком малы. ( С другой стороны, считалось, что пульсация должна составлять 100 Гц. Неисправный диод в выпрямительном мосту может объяснить как 50 Гц, так и слишком высокую пульсацию. ) Если пульсация на входе слишком велика, она может опуститься ниже минимального входного напряжения регулятора. Можете ли вы опубликовать схему блока питания со значениями компонентов? Вы также можете разместить конденсатор 100 мкФ на выходе.

Также используйте 100 мкФ параллельно с 1 мкФ на входах питания микросхем. Если они маломощные, вы можете поместить резистор от 10 Ом до 100 Ом последовательно с линией питания, перед конденсаторами. Таким образом, конденсаторы находятся непосредственно на выводах микросхемы. Обратите внимание, что резисторы вызовут падение напряжения на 5 В, поэтому используйте только 100 Ом, если ток питания меньше 1 мА. До 10 мА вы можете использовать 10 Ом. Чем выше, тем лучше, вам придется посмотреть, что вы можете себе позволить. 10 мА через резистор 10 Ом вызовет падение напряжения 100 мВ, что составляет 2%, что, вероятно, приемлемо.

Будучи студентом, мы разработали и протестировали наш собственный дискретный инструментальный усилитель (IA), используя стандарт 3x Op. Amp. для лабораторных экспериментов по биомедицинской инженерии в 1974 году. Мы использовали его для контроля ЭКГ, сигнала ЭЭГ и протезирования. Также мы применили электроды к моему виску и использовали его для контроля движения глаз. Он создал пилообразную ленту с боковым движением глаз, которая захватила внимание, следя за проходящими мимо девушками, и некоторые остановились, чтобы добровольно сдать анализы ЭКГ. (с электродами, приложенными к груди). Как только мы поняли требования к дизайну CMRR, гул 50/60 Гц исчез.

Вот мой контрольный список отладки для вас;

• Ваш дизайн соответствует рекомендованным критериям 120 дБ или минимум 100 дБ?
• Используете ли вы один операционный усилитель или тройной дизайн операционного усилителя?
• Можете ли вы попробовать метод плавающего заднего привода или «защитную технику», известную в медицинской промышленности для ЭКГ как «правая нога»
• Есть ли у вас реакция на ошибку постоянного тока с высокой гальванической оболочкой, насыщающая усилитель с высоким коэффициентом усиления или ставящая под угрозу CMMR?
• Можете ли вы предоставить результаты некоторых тестовых измерений?

Когда входной сигнал 100-В электронного поля накладывается на сигнал 100 мкВ и если у вас хороший коэффициент подавления синфазного сигнала 120 дБ, вы получаете уровень шума 100 мкВ.

Способы улучшения шумов 50/60 Гц, связанных с CMMR:

1. Используйте высококачественный инструментальный усилитель (IA) (но очень дешевый)

2. Охранный сигнал с техникой «правая нога». (известная как аналоговый метод охранном) , где буфер синфазного сигнала , чтобы сделать низкий импеданс ссылку общего режима на ноге , что до сих пор плавающая , но подавляет высокое напряжение E поля 50/60 Гц с отношением импедансов.

3. Экранированные провода зонда

4. Используйте более высокий CMMR, разработанный инструментальный усилитель > 130 дБ

5. Используйте активный настраиваемый фильтр Notch с Q = 100 (такой, как сообщалось ранее)

6. Используйте дроссель CM Ferrite вокруг кабелей. (рукав с высокой проницаемостью)

7. Убедитесь, что источник питания V + не содержит шумов благодаря линейному регулятору, низкому значению ESR на входе и выходе. и используйте короткие провода между V + и усилителем.

Мои предпочтения выделены жирным шрифтом

Попытка отфильтровать шум 50 Гц должна быть только последним средством, отчасти потому, что ваш действительный диапазон частот сигнала включает 50 Гц. Все, что вы делаете для снижения частоты 50 Гц, также искажает ваш желаемый сигнал.

Лучший ответ заключается в том, чтобы спроектировать аналоговый интерфейс, чтобы в первую очередь минимизировать захват частоты линии. 50 Гц исходит от емкостной связи линии электропередачи, которая находится по всей комнате. Тем не менее, вы измеряете разницу между напряжениями на нескольких электродах на корпусе, и гуд в линии электропередачи 50 Гц будет в основном синфазным сигналом.

Передний конец ЭКГ должен быть очень скрипучим при устранении синфазного режима. Это означает полный дифференциал обработки хорошо мимо 50 Гц сигнал, убедившись, что каждый имеет ножку одинаковое сопротивление, используя инструментальные усилители с хорошим неприятия общего режима, абсолютно никаких заземление на одной стороне измерения и т.д. Линия электропередачи синфазного шума может во много раз превышайте амплитуду сигналов, которые вы пытаетесь уловить, поэтому вам действительно нужно проснуться и обратить внимание на эту проблему.

Еще одна вещь, которую делают большинство систем ЭКГ, - это положить электрод на ногу напротив сердца, которая обычно является правой ногой. Это используется исключительно для приема синфазного сигнала, усиленного, и затем оно становится своего рода опорным значением плавающего заземления для дифференциальных цепей первой ступени, пока дифференциальный сигнал не может быть усилен и его полное сопротивление не уменьшено.

Если вы все делаете правильно, и у вас все еще слишком много шума в линии электропередачи, то вы можете рассмотреть снижение частоты линии электропередачи в конечном сигнале. Тем не менее, это лучше всего делать в программном обеспечении, так что вы можете сделать фильтр плотным, не допуская аналоговых допусков компонентов. Это также позволяет измерить линию электропередачи и сделать фильтр синхронным с ней. Результирующая очень узкая выемка будет оказывать меньшее влияние на реальный сигнал, чем аналоговый фильтр с доступными деталями. Аналоговый фильтр должен быть шире из-за одних допусков на детали, чтобы гарантировать достаточное затухание 50 Гц, даже если центральная частота немного смещена.

Таким образом, в итоге, в порядке приоритета вы должны атаковать проблему с помощью

1. Тщательно спроектируйте аналоговый интерфейс для очень хорошего подавления синфазного шума.

2. Тщательно спроектируйте аналоговый интерфейс для очень хорошего подавления синфазного шума.

3. Тщательно спроектируйте аналоговый интерфейс для очень хорошего подавления синфазного шума.

4. Нет, этого недостаточно. Вернитесь и исправьте свой аналоговый интерфейс для лучшего подавления синфазного шума.

5. Используйте датчик синфазного сигнала на противоположной ножке, чтобы помочь устранить шум синфазного режима, затем повторите процедуру, начиная с шага 1.

6. Устраните оставшийся шум источника питания с помощью программного фильтра, синхронного с линией питания.