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1、二、生物信息测量中的噪声和干扰医疗仪器设计 原理设计 测量方案 样机设计 试验考虑信号因素、环境的因素、医学因素生理信号测量中问题 为什么生理信号测量要考虑干扰问题 实例： 心电测量有哪些干扰？ 分析并估算这些干扰大小(5条以上) 如何这些消除这些干扰？心电机ABGZ1Z2ZG心电测量中有哪些干扰？ 形成原因？ 如何消除?电源 被测信号微弱 人体是良导体，目标大,易受电磁干扰 人体系统的复杂性，易受其他系统干扰 仪器内部干扰和噪声为什么生理信号测量要考虑干扰问题第一节、人体电子测量中的干扰干扰源耦合通道敏感电路干扰形成条件能产生一定电磁能量影响周围电路正常工作的物体或设备干扰源一、干扰引入 电
2、场干扰：工频（50Hz）电场的干扰（周围电源）。 磁场干扰：变压器、电动机和荧光灯的镇流器周围产生的交流磁场（线圈） 高频电磁场干扰：空中的电磁波, 通过测量系统与人体连接的导线引入。 人体内部信号干扰EMG等干扰源(a)50Hz工频电场干扰(b)磁场干扰胎儿心电（uv级）传导耦合二、干扰途径公共阻抗干扰电场、磁场、电磁场耦合大功率的高频电气设备，广播、电视、通 信发射台等，不断地向外发射电磁波。智能仪 器若置于这种发射场中就会感应到与发射电磁 场成正比的感应电势，这种感应电势进入电路 就形成干扰 远场辐射电磁场耦合 电场耦合（容性）当R很大当R很小克服方法-减小分布电容,增大距离，避免平行，
3、减小长度-加静电屏蔽层,接地露出来的短, C很小，则U2s小vA-vB = id1Z1- id2Z2 = id1(Z1 - Z2)导联线及电源线 形成容性耦合心电机A电源线220 VBGC3C1Z1Z2ZGC2Id1Id2Id1+ Id2电源线的电场干扰 = (6 nA) (5 K W)= 30 V（差模电压）解决方法： 引线屏蔽,将屏蔽罩接地（1）Z1,Z2意义（2）Id1,Id2为什么不流入放大器流入人体接触电阻问题RAB接触电阻减小长度、避免平行220 VCbCb1人体很高的共模电压Ucm=220.Cb/(Cb1+Cb)Cb1CbCb1=10CbUcm=20v右腿接地消除共模电压，但问题
4、？不安全,接地电间形成干扰电压,加接地电阻限流如何消除干扰电压?电源线与人体耦合通过高共模抑制比运算放大器消除由接地电阻产生共模电压Vcm= iabZG= (0.2 A) (50 K W) = 10 mV如何消除?位移电流通过人体产生电压Vab=0.2*400*2=160uv （与前面共模电压的区别？如何消除）心电机AZinZ1idbZGZ2ucmBGZinucmucmidbPower line220 VCb电源与人体表面容性耦合减小电极距离，如胸部导联克服方法：远离干扰源，绞线，减小回路面积及角度磁场干扰干扰电流产生的磁通随时间变换在闭合回路产生干扰电压假设感应侧与被感应侧位置水平对应假设感
5、应侧产生的磁场变大，反之右手定则电流反向 图1为假设每个环路的感生电动势方向， 则相邻的抵消 图2为假设的每个小段的感生电动势方向 ，则相邻的抵消。磁场感性干扰无twisting有 twisting 绞线绞合方法 减小环路面积解决方法：二、合理接地与屏蔽保护接地工作接地一、合理接地1、工作接地接地是指：各种信号地与电源地的连接电源地高频信号导致阻抗增加，要多点接地，线要短，地线大面积铜皮高频电路特点 分布参数明显，导线成为电感，导线间分 布电容明显 元件的分布参数也明显 晶体管的放大倍数下降，要用的固定中频电源地2、输入敏感回路接地 2、输入敏感回路接地 信号小，对干扰敏感输入存在回路，易有电
6、磁干扰输入端导联线长，易有电场干扰导联线较长，信号端接地线(人)与仪器电路地有较大电阻，地电位不等，形成干扰电压，直接作用在输入级(二)合理屏蔽抑制磁场耦合干扰的好办法应该是屏蔽干扰源大电机、电抗器、大电流载流导线等等都是很强的磁场干扰源 克服电场耦合干扰最有效的方法是屏蔽物体(放置在空心导体或者金属网内的物体不受外电场的影响)磁场耦合的抑制技术电场耦合的屏蔽和抑制技术屏蔽体材料选择高频电磁波频率或电场，高电导率金属材料反射损耗及涡流损耗 低频磁场，采用高导磁率的材料，磁力线限制在屏蔽体内部，高电导率材料，铜、铝、钢高导磁率材料，磁钢、铁、锰合金三、其他抗干扰措施前级的地悬浮,与电源地不通系统
7、内部干扰抑制防止电压过高的辐射；导致电路击穿，引起电流冲击吸收电路的作用二极管保证电流减小时正向导通断开后电感产生高压，接通与E抵消 三级管为控制电路,提供电感电流 2-26中,根据感应定律,接通和断开时电动势方向 不同, 在(e),(d)中要保证断开时二极管正向导通 (f),(g)导通时R大一些,减小导通时间断开时R小些,减小电压. 电源接通瞬间，电感上+，下-，低效+Ec保持电流不变 电源断开瞬间，电感上-，下+，保持电 流不变，因此，断开瞬间问题大，高压 全加载三极管上，容易击穿电机绕组为电感RC为能量吸收断开部分为触点高压造成火花短路开关能量吸收平时合适的RC使电路不开J为继电器电磁开
8、关，有线圈防止烧坏触点，保护VTn电场耦合干扰：加屏蔽层 n磁场感应干扰：减小环路面积 n电磁波干扰：滤波电路，屏蔽，能量释放回路 n其他生理电干扰,加滤波电路 n电源内阻干扰,地线阻抗干扰，加去耦电容， 减小地电阻，布局合理，如并联形式 n本仪器内其他电路模块干扰，隔离电路，光耦 n电极接触不好，人体运动，加滤波电路干扰的消除1、噪声一般性质2、主要噪声类型3：描述放大器的噪声性能4：低噪声放大器设计第二节 噪 声(了解 )噪声：系统内部固有的干扰信号, 来自系统本身,器件本身的材料物理因素引起扰动噪声的一般性质随机信号，服从统计规律，如高斯分布无法用频谱描述,功率谱S(f)描述 统计量表示
9、:均方值U2表示噪声种类1/f，热噪声，散粒噪声1/f 噪声半导体、金属薄膜、电解液中1/f 噪声是由晶体结构中杂质的缺陷及接触不良引起低频噪声平均功率热 噪 声电阻中电子的随机热运动，相对与定向移动而言与温度、阻值、频带宽度成正比热噪声等效成电压源或电流源散粒噪声半导体器件中，载流子波动q 为电子电荷ID 为正向结电流f 是测量带宽电容器，介质漏电产生的噪声变压器，磁性材料磁化不连续场效应管，沟道热噪声，栅极散粒噪声，1/f晶体管, Ib,Ic散粒噪声，基区电阻热噪声，1/f运算放大器，晶体管噪声，双输入噪声大3、放大器噪声性能指标噪声系数： F=总的噪声功率/源电阻热噪声功率，小好信噪比（
10、S/N）：系统中的信号功率对噪声的比值 放大器噪声：来自每个元件、Un,In ,Uns等效噪声源表示Uns为电阻热噪声 多级放大器噪声系数主要由第一级噪声系数决定F1,F2,F3为各级单独噪声,Ap1,Ap2为功率增益 以输入短路放大器输出噪声为指标，选低噪声器件 噪声匹配,等效输入噪声与源电阻Rs大小有关-调整静态工作点选择最小噪声系数 -调整Rs,选择合适的输入电路形式(不同的Rs)使传感器输出阻抗与输 入放大器噪声匹配,低源电阻用变压器耦合到输入级,三极管, 节型场效应管 负反馈，增益分配,第一级噪声是主要的,增益尽可能高,以降低噪声(2-57)4、低噪声放大器不同输入级阻抗不同，信号源阻抗应与输入阻抗匹配当信号源不匹配时候，可通过变压器阻抗变换总结作业 1-5
