某医疗设备中放大器低频信号的测试

2015-05-12 11:06:30   来源:ednchina   

关键字: 医疗设备  放大器  低频信号

总述

人体内有很多的生物电信号,如心电、肌电和脑电等,精确测量该类信号,使得医生能够正确掌握患者的病情,可以对症下药。该类信号主要具有如下特点:频率低(一般几百Hz以下) 、幅值小、易受环境干扰。在测量此类信号时,如果受到干扰,就有可能得到错误的结果,进而导致医生误判病情,甚至造成严重的后果。因此,本文就如何消除干扰,提高测量的精准度,进行了一系列探索。

 

正文

某种放大设备,可以对生物电信号进行放大,然后进行相关测量。为了验证产品性能,进行如下试验:在放大器的输入端加一个已知的三角波信号,然后用示波器测试放大器的输出, 这样计算得到放大器对三角波的增益,最后就可以判断该放大器的性能。测试仪器为R&S公司的RTE示波器,带宽为1GHz,每通道为5GSa/S的采样率,每通道最大存储深度为40M,可以满足本次测试的应用。

 

由于输入的三角波为已知信号,因此我们主要观察放大器的输出信号。测试环境中存在环境噪声、工频干扰以及电路固有噪声的影响,本应该平滑的输出波形上有明显的毛刺(如图1所示),毛刺的峰峰值最高会超过20mV,这对测试结果有较大的影响,这样就无法正确评估该医疗放大器的性能了。如果按照这样的结果来设置产品参数,医生在使用该产品时就有可能误判病人的病情。
 

pic_01.jpg

图1 原始波形

 

如何来消除噪声的影响,提高测试的精准度呢?根据信号本身的特性,以及RTE示波器的功能。我们进行如下探索:

 

1 选择合适的带宽

测试低频信号时,示波器的带宽太大,就会从环境中引入跟多的高频噪声。示波器为1G带宽,对带宽不加限制,直接测量该几百赫兹的信号,会发现很多噪声毛刺,见图1。这样可以考虑把示波器带宽设为20MHz,再去测量波形上的毛刺明显减少,见图2。    

pic_02.jpg

图2 限制带宽测量信号

 

限制带宽,相当于直接滤出高频噪声的干扰。如下示意图所示:

pic_02_1.jpg
 
2 选择合适的波形去噪算法

RTE具有各种波形去噪算法,并且单个通道可以显示三种波形的功能。这样我们在不限制示波器带宽的情况下,可以选择合适的波形算法,以减小高频噪声的干扰。分别选择Average算法和Highres算法,进行测试:

[1] [2]

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编辑:什么鱼
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