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基于EDA技术的人体微弱信号检测与抗噪研究--信号检测部分的设计与实现 基于EDA技术的人体微弱信号检测与抗噪研究--信号检测部分的设计与实现

格式:word 上传:2022-06-25 14:56:28

《基于EDA技术的人体微弱信号检测与抗噪研究--信号检测部分的设计与实现》修改意见稿

1、“.....制造工艺不同,电阻器中存在不连续性,当电流流过不连续的导体时,就产生过剩噪声又叫电流噪声。电阻中的过剩噪声电压的经验公式是式中常数,与电阻材料和制作方法有关。电阻器越均匀,值越小加在电阻上的直流电压流经的信号频率。就电阻类型而言,碳质电阻过剩噪声最大,在低频时远大于热噪声,碳膜电阻小些,金属膜电阻再小些,线绕电阻最小。电容器的噪声如前所述,电阻的热噪声为,其噪声大小与温度阻值噪声带宽有关,不可忽视。如图所示是实际有耗电容器的等效电路,其输出电压可见,越大,噪声越小。所以电容器不是个热噪声源,其噪声很小。在些情况下,用电容器去旁路电阻的噪声,能得到较好的效果。前置放大器与输入源阻抗的合理匹配如图所示,放大器的等效输入噪声为式中为信号源电阻产生的热噪声,和分别为放大器等效到输入端的噪声电压和电流......”

2、“.....对求偏导,得此时在检测生物电时,人体内阻与电极阻抗之和为放大器源阻抗,选择放大器在最佳源阻抗附近可获得较小噪声系数。反馈放大器噪声分析如图所示分别是反馈放大器原理图及其热噪声等效电路图。其总等效输入噪声为可见反馈电阻和的噪声不可忽视。仪用放大器的第级是两个并联同相输入的反馈放大器,其反馈电阻产生的噪声亦不可忽视,此处根据和各自的噪声特性,加入旁路电容,可有效降低噪声。第章抗干扰技术干扰是指影响仪表或系统正常工作不期望信号。干扰的来源很多,归纳起来有内部干扰源和外部干扰源之分。内部干扰源来自元器件内部的干扰,它是由元件内部物理性的无规则波动所产生的,包括热噪声散弹噪声低频噪声和接触噪声等。来自仪表或系统内部的干扰,它是由系统的结构和工艺决定的。例如多点接地引起的电位差干扰等。外部干扰源主要来自自然界的干扰和工业现场各种电器设备的干扰。例如自然界的雷电......”

3、“.....电源工频干扰等。由于以上众多干扰源的存在,为了使系统能够正常工作,必须加入抗干扰技术。屏蔽技术屏蔽技术是指利用低电阻的导电材料或高导磁率的铁磁材料制成容器,对易受干扰的部分实行屏蔽,以达到阻断或抑制各种场干扰的技术。屏蔽可分为静电屏蔽电磁屏蔽和磁屏蔽三类。静电屏蔽由于处于静电平衡状态下的导体内部,各点的等电位,即导体内部无电力线,所以静电场的电力线就在接地的金属导体处中断,起到隔离静电场的作用,这就是静电屏蔽的基本原理。可见,用个金属屏蔽盒罩住被干扰的电路,且将金属盒接地,则可清除外部的静电干扰。为了达到较好的静电屏蔽效果,应选用低电阻材料做屏蔽盒如铜或铝。屏蔽盒都应有良好的接地,伸出屏蔽盒以外的导线应越短越好。电磁屏蔽电磁屏蔽主要是抑制高频电磁场的干扰。高频电磁场能在导电性能良好的金属导体内产生涡电流,利用涡电流产生的反相磁场来抵消高频干扰磁场......”

4、“.....其材料也应选用低内阻的金属材料如铜铝等,屏蔽盒上的缝隙会破坏涡流的回路,会使屏蔽效果严重下降,应尽量设法避免,例如可以用导电硅胶加入的金属粉末填充,既保证了弹性,又保证了导电性。接地技术所谓接地就是将点与个等电位面之间用低电阻导体连接起来,构成个基准电位。如果将基准电位与大地连接,则称为共地连接,若不与大地连接,称为浮地连接。在低频电路中,布线与元件间的电感较小,但在接地回路中,由于各种地电流的流通,会使同接地线上的各点电位不致,给电路引进了内部干扰,采用点接地,可有效地削弱这些干扰。生物医学信号频率较低,故应采用点接地。图表示种改进的单点接地系统。具有相同噪声特性的电路连接在起,敏感的电路离单点地最近。这种装置减少了所需地线的总数,但共阻抗耦合略有增加。当电路板上有分开的模拟地和数字地时,应当将二样管背靠背互连图中的和以防止电路板上的静电积累......”

5、“.....如果电源系统没有经过净化,都会对检测系统产生干扰。例如电源的进线和输出线很容易受到工业现场以至天电的各种噪声干扰,这些干扰噪声经电源线传导耦合到电路中去,对系统产生干扰。为了保证系统可靠工作,应采取措施,抑制来自电源的各种干扰。如图所示是种常用的电源滤波器,其中,可以滤除共模干扰,可滤除串模干扰。图给出推荐的多级放大器的去耦电容器,和有助于抑制耦合进第级的电源线噪声。为了减小进入输入级的电源线噪声和发生振荡的可能性,电源输入端应尽可能靠近输出级。多级放大器的理想布局为直线,使输入级和输出级尽可能远离图多级放大器的去耦电路图第章工作电源电路如图所示为供电电源电路,其中输入端的电压是来自整流电路的输出电源给前置放大器,可控增益放大器,高通滤波器供电供换能器,低通滤波器等电路使用。图工作电源电路为了保持,的稳定工作,输入电压不易过高,这里取。二极管......”

6、“.....或的输入端短路时,输出端充满电荷的大电解电容对,反向放电造成,的损坏。,的作用是防止输入端电压接反使电路供电电压的反向,造成电路中器件的烧毁。第章结论论文根据生物医学信号的特点,设计出具有高输阻抗高共模抑制比高增益低噪声抗干扰的前置放大器,其设计性能满足生物医学信号的采集要求,由于采用了高性能的仪表放大器和系列抗干扰技术,共模抑制比达到了。输入阻抗达到了。增益范围是倍。均达到了任务书要求。在这个基础上,我将任务书做了扩展。即添加了滤波和可控增益放大等功能。前置放大器采集到的信号经过高通滤波器的滤波可控增益放大器的放大低通滤波器的滤波等系列处理后。得到了纯净的生物电信号,参见图。最终我们制成了前置放大器和其他部分的板。经过整机联调,性能良好,能够在强噪声背景下检测到较好的人体微弱医学信号。在设计过程中我们产生了很多提高系统性能和完善系统功能的想法。例如......”

7、“.....从理论上提出了种模拟自适应滤波器的实现方法。这种滤波器根据生物电信号的特征用纯的就是纯净的信号分量了。这个基本原理将是笔者提出的模拟自适应滤波器的理论出发点。通过分析脉搏和心音信号的时域波形和频谱图,发现信号在个周期内,只有很短的时间段内含有的信号分量,而在整个周期内都含有工频干扰成分工频干扰的幅度在脉搏或心音信号的个周期内基本不变。基于这两个事实,我们提出了如下图所示的滤波器。工频跟踪带通滤波器从含有工频噪声的信号中取出的工频噪声和生物电信号分量,通过鉴幅器取出其平均幅度,根据前述的两个事实,检测出的平均幅度近似等于干扰的幅度。鉴幅器的输出作为放大器的控制信号,控制其增益,使放大器的输出工频信号的幅度等于前置放大器输出的信号中工频信号分量的幅度。再通过个减法器将中的减去既,得到纯净的信号纯净的生物电信号其中,是完整的生物电信号。是生物电信号中与工频干扰同频率的分量......”

8、“.....而跟踪带通滤波器能够跟踪工频的频率变化。所以总是能取出工频信号,当然,也不定就是。是放大器输出的工频信号,其幅度与相等。是减法器的输出。滤波器原理的波形示意图整个电路最关键的部分是鉴幅器,也是设计的难点所在。跟踪带通滤波器可以有多种实现方案,但是要保证它的通带增益是,并且通带越窄越好。以上只是我通过观察实验结果,在理论上作出的种推导。在具体实现时,肯定会存在很多问题。但有点是毋庸质疑的,模拟自适应滤波器肯定是能够被设计出来的。模拟的方法实现自适应滤波,在消除的工频干扰的同时保留的信号分量,详见附录。但由于时间和经验的缺乏,我们还没有从硬件上实现他,另外系统的功能还不够完善,我们准备在后续工作中将模拟自适应滤波器设计出来,同时改进和完善系统的功能,加入显示器,增加通道数。使之成为个完整的人体生物医学信号采集平台。第章结束语毕业设计是次综合性的实践......”

9、“.....通过本次毕业实际实践,我有了很大的收获首先锻炼了我分析问题,解决问题的能力,我学会了如何收集资料,查阅文献,学会了如何根据实际需要,查阅数据手册,进行元器件选型其次使我巩固了所学的知识,同时又掌握了些新的内容,最重要的是增强了我的动手能力,使我学会了许多应用技能,学会了在面包板上搭建电路,验证电路功能,分析出现的问题学会了使用工具制作实际板图,并亲手制作装配焊接了两块板再次就是实际设计出了生物医学信号采集与处理系统中关键的前置放大器和部分其他电路。这过程使我深刻明白了理论设计与具体实现是有定距离的,总之,近半年的毕业设计中我的不懈努力为我今后的工作学习打下了坚实的基础。第章致谢词本文是在导师谭敏副教授的精心指导下完成的,在这近半年的毕业设计过程中,导师深邃的专业眼光严谨的治学态度和兢兢业业的工作作风使我受益匪浅,导师的教诲与启迪使我受益终身。在此谨向谭老师以最衷心的感谢......”

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