информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

Недавно присоединились

  • Олег Матвеевич
  • вусенко алена ива...
  • Краснозобов Жигер...
  • Корсаков Александ...
  • Пирогов Дмитрий В...
аватар: Plastinin Egor
Усилитель биопотенциалов(УБП)— электрофизиологический прибор, одна из разновидностей измерительного усилителя. Служит для усиления и регистрации электрической активности живых объектов. Может быть самостоятельным прибором, или являться блоком других устройств, таких, как электрокардиограф, холтеровский монитор(Суточное мониторирование ЭКГ). УБП, выполненный как отдельный прибор, может быть моноблочным, а может иметь выносной предусилитель, располагающийся максимально близко к электродам.

Типы усилителей биопотенциалов

Различные виды УБП предназначены для внутриклеточной и внеклеточной регистрации.
Усилители биопотенциалов, обычно обладают высоким входным сопротивлением (для некоторых типов — более 1 ГОм) и высоким коэффициентом усиления. При их разработке предпринимаются разнообразные меры для борьбы с помехами— активное экранирование, RL-контроллер.
Часто в состав усилителя биопотенцилов входят дополнительные блоки — электростимуляторы, генераторы командного потенциала, источники калибровочных сигналов, блоки визуализации сигнала, АЦП.
Существуют универсальные усилители биопотенциалов, позволяющие использовать их для работы с различными объектами.

Конструкция

Универсальный усилитель биопотенциалов.

 
Рис.1 Блок-схема усилителя биопотенциалов электроэнцефалографа ModularEEG
Современные УБП строятся, как правило, на основе специализированных интегральных микросхем, таких, как AD620, INA118. Типичный усилитель биопотенциалов включает следующие блоки:

  • блок защиты входных цепей. Служит для предотвращения выхода прибора из строя при случайном перенапряжении или разрядах статического электричества. Также не допускает возникновение на входных зажимах усилителя напряжения, которое через электроды может быть подведено к объекту исследования.
  • предварительный усилитель. Строится на основе специализированной микросхемы инструментального усилителя. Служит для выделения полезного сигнала из помех. Может включать в себя контроллер активного экранирования входа усилителя. Может содержать схему компенсации входной емкости .
  • контроллер активного заземления (RL-контроллер, подавляющий усилитель).
  • блок контроля сопротивления электродов.
  • фильтры высоких и низких частот.
  • заградительный фильтр50 Гц
  • схему определения перегрузки.
  • оконечный усилитель.
  • схему гальванической развязки выхода.

В целях обеспечения электробезопасности и защиты от помех, питание даже стационарных усилителей часто бывает батарейным.
Усилители биопотенциалов могут быть сложными аналогово-цифровыми приборами, использующими ПЛИС(Программируемая логическая интегральная схема ), сигнальные процессоры и работающие под управлением микроконтроллеров.
Широкополосный усилитель биопотенциалов

Широкополосный усилитель биопотенциалов содержит две группы 1 и 2 усилительных элементов, выходы которых объединены и подключены к соответствующим входам блоков 3 и 4 суммирования токов, токоотводящие резисторы 5 и 6, источник 7 опорного напряжения, блок 8 выделения синфазного сигнала, выходом соединенный с первым входом операционного усилителя 9, выход которого через резисторы 10 и 11 связки подключен к соответствующим входам блоков 12 и 13 нейтрализации емкости кабеля и вторым входам соответствующих групп 1 и 2 усилительных элементов. Выходы блоков 12 и 13 нейтрализации емкости кабеля подключены к соответствующим экранирующим оплеткам 14 и 15 жил кабеля Блоки 3 и4 суммирования токов выходами соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя 16 и блока 8 выделения синфазного сигнала. Масштабный резистор 17 включен между выходом дифференциального усилителя 16 и вторым входом первой группы 1 усилительных элементов, а симметрирующий резистор 18 - между вторым входом второй группы 2 усилительных элементов и общей шиной широкополосного усилителя биопотенциалов. Источник 7 опорного напряжения выходами соответственно подключен: первым -к второму входу операционного усилителя 9, вторым - через токоотводящие резисторы 5 и 6 к первым входам блоков 3
и 4 суммирования токов, третьим - к входу установки режима блоков 3 и 4 суммирования токов. Токоотводящие резисторы 5 и 6 служат для уменьшения режимных токов, протекающих через соответствующие блоки 3 и 4 суммирования токов, обеспечивая их работу в режиме малых токов при любом числе параллельно включенных каскадов (и).
Операционный усилитель 9 обеспечивает введение глубокойотрицательной обратной связи (ООС) по синфазному сигналу, что позволяет получить высокий коэффициент синфазной режекции без использования генераторов тока в истоковых цепях, а также установку суммарного режимного тока усилительных элементов. путем стабилизации напряжения на выходах блоков 3 и 4 суммирования токов
Данный широкополосный усилитель биопотенциалов позволяет повысить разрешающую способность биоиэмерительной системы, ограниченную внутренними шумами предусилителя, до 12 мкВ междупиковое значение ) в полосе рабочих частот 0 5 Гц.
Усилитель биопотенциалов с оптической развязкой

Усилитель биопотенциалов содержит мостовой модулятор 1, генератор 2  опорного напряжения, дифференциальный усилитель 3, транзистор 4, резистор 5, светодиод б первого оптрона 7, фотодиод 8, фоторезистор 9 второго оптрона 10, выходной  усилитель 11, интегратор 12, светодиод 13, синхронный детектор 14  и источник 15 питания.
Устройство работает следующим образом.
Усиливаемый сигнал поступает на входы мостового модулятора 1, который под воздействием напряжения, поступающего с выхода генератора 2 опорного напряжения, попеременно подклюЗО чает входы устройства к входам дифференциального усилителя 3, на вьгходе которого образуется модулированный сигнал, не имеющий постоянной составляющей. Для обеспечения необходимой полосы процускания устройства частота опорного напряжения выбирается в несколько раз большей верхней частоты в спектре входного сигнала. В дифФеренциальном усилителе 3 осуществлящ ются подавление синфазной помехи и предварительное усиление модулированного полезного сигнала.
Выходное напряжение дифференциального усилителя 3 преобразуется транзистором 4 с включенным в цепь его эмиттера резистором 5 в ток светодиода 6, входящего в состав оптрона 7. Излучение светодиода 6 попадает на фотодиод 8 оптрона 7 и изменяет протекающий через него ток. Нагрузкой фотодиода 8 является фоторезистор 9, входящий в состав оптрона 10, На фоторезисторе 9 выделяется сигнал, который поступает на входы выходного усилителя 11 и интегратора 12, нагруженного на светодиод 13 оптрона 10. Постоянная времени интегратора 12 выбирается намного большей низшей частоты в спектре усиливаемого сигнала. Наличие указанным образом включенных интегратора 12, фоторезистора 9 и светодиода 13 приводит к появлению отрицательной обратной связи по постоянному току, в результате действия которой постоянная составляющая напряжения на входах интегратора 12 и выходного усилителя 11 автоматически устанавливается равной нулю, при этом переменная составляющая напряжения на этих входам, пропорциональная модулированному полезному сигналу, усиливается выходным усилителем 11 и детектируется синхронным детектором 14, на который поступает опорное напряжение с генератора 2 опорного напряжения.
Экспериментальные исследования зависимости коэффициента передачи предлагаемого усилителя от температуры при использовании оптрона АОД-130 показали, что нестабильность коэффициента передачи в диапазоне температур 10-40*С не превышает 0, 5%.

 

Комментарии