Усилитель биопотенциалов Советский патент 1990 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано в каналах усиления устройства для исследования биоэлектрической активности человека и животных. .

Целью изобретения является уменьшение времени переходного процесса в усилителе путем компенсации помехи на входе..

На чертеже приведена структурная схема усилителя биопотенциалов.

Устройство содержит усилители 1 и 2 постоянного тока, разделительную RC-цепь З, ключ 4, блок 5 вычитания, двухпороговый компаратор 6, одновибратор 7 и цифровой генератор 8 спу- пенчатого напряжения. В свою очередь, блок 5 вычитания содержит операцион- ный усилитель 9, резисторы 10 и 11, диодные оптроны 12 и 13, включающие

в себя светодиоды 14 и 15 и фотодиоды 16 и 17, а цифровой генератор 8 ступенчатого напряжения содержит генератор 18 импульсов, элемент И 19, счетчик 20 импульсов и двуполярный цифро- аналоговый преобразователь ЦАП 21.

Усилитель биопотенциалов работает следующим образом.

обратной связи операционного усилителя 9 и работает следующим образом. Сигнал с выхода генератора 8 ступенчатого напряжения через резистор 10 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 9, в цепь обратной связи которого включены соединенные встречно-параллельно све

Изобретение позволяет уменьшить время переходного процесса в усилителе путем компенсации помехи на входе. Смесь полезного сигнала и медленно изменяющейся помехи поступает на вход усилителя 1 постоянного тока через блок 5 вычитания, в котором из входного сигнала вычитается напряжение, пропорциональное выходному напряжению цифрового генератора 8 ступенчатого напряжения. Если уровень выходного сигнала усилителя 1 находится в заданных порогами срабатывания двухуровневого компаратора 6, то в разделительной RC-цепи 3 медленно изменяющаяся помеха подавляется, и полезный биосигнал через усилитель 2 постоянного тока проходит на выход устройства. Если уровень выходного сигнала усилителя 1 выходит за заданные пределы, срабатывает компаратор 6 и включает генератор 8 ступенчатого напряжения, напряжение на выходе которого начинает изменяться и изменяется до тех пор, пока напряжение на выходе усилителя 1 не войдет в заданные границы, после чего компаратор 6 вернется в исходное состояние, выключится генератор 8 и запустится одновибратор 7, замыкающий ключ 4 на некоторое время, в течение которого происходит разряд конденсатора в RC-цепи 3 для успокоения усилителя биопотенциалов. Блок 5 вычитания содержит операционный усилитель 9, резисторы 10 и 11 и диодные оптроны 12 и 13, а генератор 8- генератор 18 импульсов, элемент 19 И, счетчик 20 импульсов и двуполярный ЦАП 21. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

На вход усилителя поступают иссле- JQ тодиоды 14 и 15 диодных оптронов 12

дуемые биопотенциалы в совокупности с медленно изменяющейся помехой. Если амплитуда суммарного входного сигнала такова, что после его усиления усилителем 1 компаратор 6 не - срабатывает, то в разделительной RC-цепи 3, которая выполняет функции фильтра верхних частот, происходит подавление помехи, а исследуемые биопотенциалы усиливаются усилителем 2 и поступают на выход устройства.

При увеличении уровня сигнала на выходе усилителя 1, например до положительного уровня срабатывания двухпорогового компаратора 6 на его выходе устанавливается уровень 1 включающий цифровой генератор 8 ступенчатого напряжения, напряжение на выходе которого начинает возрастать и, поступая на вход блока 5 вычитания осуществляет постепенную компенсацию входного сигнала до тех пор, пока компаратор 6 не вернется в исходное состояние. При этом генератор 8 отключается и запускается одновибратор 7, замыкающий ключ 4, который осуществляет разряд конденсатора, входящий в состав разделительной RC-цепи З, за счет чего осуществляется успокоение усилителя. То же самое происходит, если входное суммарное напряжение усилителя 1 имеет отрицательную полярность и превышает уровень отрицательного порога срабатывания двухпорогового компаратора 6. Таким образом, сначала на входе усилителя 1 за счет вычитания из входного сигнала в блоке 5 напряжения с выхода генератора 8, компенсирующего действие медленно изменя- ющейся помехи, происходит уменьшение величины выходного сигнала усилителя 1 До уровня, исключающего его ограничение, а затем осуществляется разряд конденсатора в разделительной RC-цепи З для успокоения усилителя.

Блок 5 вычитания выполнен на диодных оптронах 12 и 13, включенных в цепь

20

25

30

и 13. При таком включении компенсируется нелинейность вольт-амперных характеристик светодиодов, и их ток оказывается пропорциональным вы- J5 ходному напряжению генератора 8, при положительной полярности которого работает светодиод 15, а при отрицательной - светодиод 14. В результате на резисторе 11, который включен параллельно фотодиодам 16 и 17, выделяется напряжение, прямо пропорциональное выходному напряжению гене ратора 8 ступенчатого напряжения, которое вычитается из напряжения входного сигнала устройства, поддерживая напряжение на входе и выходе усилителя 1 постоянного тока в заданных пределах.

Цифровой генератор 8 ступенчатого напряжения работает следующим образом.

При поступлении на его вход уров- ня 1 с выхода компаратора 6 элемен И 19 начинает пропускать импульсы с выхода генератора 18 на вход счетчика 20 импульсов, выходной сигнал (код) которого поступает на вход двуполярного ЦДЛ 21. Выходное напряжение ЦАП отрегурировано таким образом, что нулевой уровень соответству ет среднему значению кода с выхода счетчика 20 импульсов, в результате чего на выходе ЦАП 21 формируется двуполярное ступенчатое напряжение, что позволяет компенсировать входную помеху любой полярности.

Уменьшение напряжения на конденсаторе RC-цепи перед его разрядом уменьшает время успокоения усилителя за счет ослабления влияния процес сов адсорбции в конденсаторе.

Формула изобретения

35

40

45

50

55

тодиоды 14 и 15 диодных оптронов 12

0

0

и 13. При таком включении компенсируется нелинейность вольт-амперных характеристик светодиодов, и их ток оказывается пропорциональным вы- ходному напряжению генератора 8, при положительной полярности которого работает светодиод 15, а при отрицательной - светодиод 14. В результате на резисторе 11, который включен параллельно фотодиодам 16 и 17, выделяется напряжение, прямо пропорциональное выходному напряжению генератора 8 ступенчатого напряжения, которое вычитается из напряжения входного сигнала устройства, поддерживая напряжение на входе и выходе усилителя 1 постоянного тока в заданных пределах.

Цифровой генератор 8 ступенчатого напряжения работает следующим образом.

При поступлении на его вход уров- ня 1 с выхода компаратора 6 элемент И 19 начинает пропускать импульсы с выхода генератора 18 на вход счетчика 20 импульсов, выходной сигнал (код) которого поступает на вход двуполярного ЦДЛ 21. Выходное напряжение ЦАП отрегурировано таким образом, что нулевой уровень соответствует среднему значению кода с выхода счетчика 20 импульсов, в результате чего на выходе ЦАП 21 формируется двуполярное ступенчатое напряжение, что позволяет компенсировать входную помеху любой полярности.

Уменьшение напряжения на конденсаторе RC-цепи перед его разрядом уменьшает время успокоения усилителя за счет ослабления влияния процессов адсорбции в конденсаторе.

Формула изобретения

5

0

5

0

1. Усилитель биопотенциалов, содержащий последовательно соединенные первый усилитель постоянного тока, разделительную RC-цепь и второй усилитель постоянного тока, выход