生物电信号检测装置的制造方法
专利名称:生物电信号检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种生物电信号检测装置，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，所述单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。本实用新型结构简单、能够对生物电信号进行有效的检查。
【专利说明】
生物电信号检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种生物电信号检测装置，可以做成用于医院或疗养机构等的大型生物电信号探测设备。
【背景技术】
[0002]生物信号是从生物体中测量到的信号，也通常被用来特指生物电信号，组织、器官或神经系统等细胞系统间存在电位差而产生电流，产生了生物电信号。典型的生物电信号有心电、脑电、肌电、胃电、子宫肌电及眼电信号等等，生物电信号与人体健康有着密切的关系，是人类认知过程和诊断疾患的重要手段，也是实现人与外界事物交互的新途径，所以对生物电信号的探测也逐步受到了人们的重视。
[0003]目前国内生物电检测技术虽已经相对成熟，但是生物电信号一般为低频信号，幅值在毫伏到微伏量级，且相差悬殊。因此，构造一个“通用”的生物电检测系统，首先必须具有较宽的动态范围，还需要有很强的噪声抑制能力。所以像ERP脑电信号检测装置这样的高端设备还要依靠国外进口，价格昂贵，所以尽快研制出价格便宜、性能优越的生物电信号检测装置是当务之急。
【发明内容】
[0004]针对上述的技术问题，本实用新型的提供一种检测性能好的生物电信号检测装置。
[0005]实现本实用新型目的的技术方案如下:
[0006]生物电信号检测装置，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，所述单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。
[0007]进一步地，所述A/D转换电路输出端连接有串口转并电路，串口转并电路的输出端通过数据总线与一数据汇集电路连接，所述单片机对数据汇集电路汇集的数据进行处理。
[0008]进一步地，所述单片机连接有缓存电路，所述单片机处理后的数据通过并口转串口电路传输给上位机。
[0009]进一步地，所述单片机连接有72进制计数器、帧头信号输入电路、时序电路，所述时序电路、帧头信号输入电路与数据汇集电路连接，帧头信号输入电路与72进制计数器，72进制计数器与串口转并电路连接。
[0010]进一步地，所述单片机与两个电极之间连接有2路双向4通道模拟开关。
[00?1 ]进一步地，所述尚通滤波电路为0.5Hz的尚通滤波电路。
[0012]进一步地，所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路。
[0013]进一步地，所述检测装置还包括为检测装置进行供电的电源电路。
[0014]采用了上述技术方案，生物电信号通过电极连接到电路的输入端，经过弱信号放大电路进一步放大，再经过高通滤波电路，去除直流成分;然后经过低通滤波电路后加到A/D转换电路的输入端，A/D转换电路输出的信号，经过串并转换电路传输给数据汇集电路，最终以一定的时序通过数据汇集电路一起发送至单片机;单片机将接收到的数据进行解析，取出有用信号;再经过并串口转换电路发送到上位机，在显示装置上进行实时显示。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的原理框图；
[0016]图2为本实用新型采用5V电源电路的电路图；
[0017]图3为本实用新型采用2.5V电源电路的电路图；
[0018]图4为本实用新型中钳位电路的电路图；
[0019]图5为本实用新型中72进制计数器的电路图；
[0020]图6为本实用新型中2路双向4通道模拟开关的电路图；
[0021]图7为本实用新型中弱信号放大电路的电路图；
[0022]图8为本实用新型中高通滤波电路、低通滤波电路的电路图。
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]本实用新型实施中可以同时采集70通道生物电信号，通过光纤将信号发送至上位机进行图形化显示。为了减少外界干扰，显示装置和检测装置可以放置在不同的房间，通过光纤连接。本实用新型已应用于ERP脑电信号的检测中，也可以稍作改进用于其他的生物电信号的检测中。系统需要采集70通道生物电信号，每个通道生物电信号检测电路框图如图1所示:生物电信号检测装置，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。A/D转换电路输出端连接有串口转并电路，串口转并电路的输出端通过数据总线与一数据汇集电路连接，所述单片机对数据汇集电路汇集的数据进行处理。
[0025]单片机连接有缓存电路，对数据进行缓存，单片机处理后的数据通过并口转串口电路传输给上位机。所述单片机连接有72进制计数器、帧头信号输入电路、时序电路，所述时序电路、帧头信号输入电路与数据汇集电路连接，帧头信号输入电路与72进制计数器，72进制计数器与串口转并电路连接。单片机与两个电极之间连接有2路双向4通道模拟开关。具体实施中，高通滤波电路为0.5Hz的高通滤波电路，低通滤波电路为二阶低通滤波电路。检测装置还包括为检测装置进行供电的电源电路。
[0026]系统功能如下:70通道生物电信号通过电极接到电路的输入端;经过弱信号放大电路进一步放大;再经过0.5HZ的高通滤波电路，去除直流成分，然后经过二阶低通滤波电路后加到24位A/D的输入端;输出信号经过串并转换电路，发送到24位数据总线上；70帧数据连同2帧(每帧24位)帧头，最终以一定的时序通过数据汇集电路一起发送至数据总线;单片机将接收到的数据进行解析，取出70帧有用信号;再经过并串口转换电路和光纤驱动电路，通过光纤发送到上位机实时显示。
[0027]图2、3为电源电路的两种需要电压，5V和2.5V两种电源供电，且5V电源电压波动时，另一个电源电压始终为其电压的一半。
[0028]图4为钳位电路的电路图，钳位电路是将信号电压控制在0-5V之间，防止直流输入过大致使电路饱和。
[0029]图5为72进制计数器的电路图，系统最终要将70通道的数据(每个通道24bit)按照一定的顺序排列，形成一定格式的数据帧，再加上帧头(48bit)，通过光纤传输到上位机。所以要设计一个72进制的计数器控制电路有序的进行数据采集和传输。
[0030]图6为2路双向4通道模拟开关的电路图，⑶4052为2路双向4通道模拟开关，利用单片机控制使能端，可以用于定标信号的测试、输入阻抗的测试、电极信号的测试。其中，输入定标信号(方波)，是为了测试电路的性能，如果得到的输出信号较输入信号没有失真，表示电路稳定可靠。阻抗测试电路作用是测试电路的输入阻抗，将2个电极分别加在人体头皮上，输出信号经单片机A/D采样后通过串口输出到上位机，计算出输入阻抗大小。
[0031]图7为弱信号放大电路的电路图，生物电信号大多数幅值较低，为微伏级信号，当其接入到前置放大电路，伴随着生物电信号的会有很多干扰和伪迹，这些无用信号往往比有用信号大几百甚至上千倍，这就要求前置放大电路既能放大有用信号又能抑制干扰信号。因此选择了高共模抑制比和高输入阻抗的仪表放大器AD620。
[0032]图8为高通滤波电路、低通滤波电路的电路图，为了使后面的A/D转换电路工作在1KHz采样率下满足抽样定理，必须限制输入信号的频率范围，系统采用了一个截止频率为
0.5Hz的高通滤波器和一个二阶低通有源滤波器串联后共同组成滤波电路，将输出信号的频带限制在0-2KHz。
【主权项】
1.生物电信号检测装置，其特征在于，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，所述单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。2.根据权利要求1所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述A/D转换电路输出端连接有串口转并电路，串口转并电路的输出端通过数据总线与一数据汇集电路连接，所述单片机对数据汇集电路汇集的数据进行处理。3.根据权利要求2所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述单片机连接有缓存电路，所述单片机处理后的数据通过并口转串口电路传输给上位机。4.根据权利要求3所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述单片机连接有72进制计数器、帧头信号输入电路、时序电路，所述时序电路、帧头信号输入电路与数据汇集电路连接，帧头信号输入电路与72进制计数器，72进制计数器与串口转并电路连接。5.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述单片机与两个电极之间连接有2路双向4通道模拟开关。6.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述高通滤波电路为0.5Hz的高通滤波电路。7.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路。8.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括为检测装置进行供电的电源电路。
【文档编号】A61B5/04GK205697751SQ201620208681
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】王芳, 花怀海, 李路
【申请人】三江学院
【专利摘要】本实用新型涉及一种生物电信号检测装置，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，所述单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。本实用新型结构简单、能够对生物电信号进行有效的检查。
【专利说明】
生物电信号检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种生物电信号检测装置，可以做成用于医院或疗养机构等的大型生物电信号探测设备。
【背景技术】
[0002]生物信号是从生物体中测量到的信号，也通常被用来特指生物电信号，组织、器官或神经系统等细胞系统间存在电位差而产生电流，产生了生物电信号。典型的生物电信号有心电、脑电、肌电、胃电、子宫肌电及眼电信号等等，生物电信号与人体健康有着密切的关系，是人类认知过程和诊断疾患的重要手段，也是实现人与外界事物交互的新途径，所以对生物电信号的探测也逐步受到了人们的重视。
[0003]目前国内生物电检测技术虽已经相对成熟，但是生物电信号一般为低频信号，幅值在毫伏到微伏量级，且相差悬殊。因此，构造一个“通用”的生物电检测系统，首先必须具有较宽的动态范围，还需要有很强的噪声抑制能力。所以像ERP脑电信号检测装置这样的高端设备还要依靠国外进口，价格昂贵，所以尽快研制出价格便宜、性能优越的生物电信号检测装置是当务之急。
【发明内容】
[0004]针对上述的技术问题，本实用新型的提供一种检测性能好的生物电信号检测装置。
[0005]实现本实用新型目的的技术方案如下:
[0006]生物电信号检测装置，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，所述单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。
[0007]进一步地，所述A/D转换电路输出端连接有串口转并电路，串口转并电路的输出端通过数据总线与一数据汇集电路连接，所述单片机对数据汇集电路汇集的数据进行处理。
[0008]进一步地，所述单片机连接有缓存电路，所述单片机处理后的数据通过并口转串口电路传输给上位机。
[0009]进一步地，所述单片机连接有72进制计数器、帧头信号输入电路、时序电路，所述时序电路、帧头信号输入电路与数据汇集电路连接，帧头信号输入电路与72进制计数器，72进制计数器与串口转并电路连接。
[0010]进一步地，所述单片机与两个电极之间连接有2路双向4通道模拟开关。
[00?1 ]进一步地，所述尚通滤波电路为0.5Hz的尚通滤波电路。
[0012]进一步地，所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路。
[0013]进一步地，所述检测装置还包括为检测装置进行供电的电源电路。
[0014]采用了上述技术方案，生物电信号通过电极连接到电路的输入端，经过弱信号放大电路进一步放大，再经过高通滤波电路，去除直流成分;然后经过低通滤波电路后加到A/D转换电路的输入端，A/D转换电路输出的信号，经过串并转换电路传输给数据汇集电路，最终以一定的时序通过数据汇集电路一起发送至单片机;单片机将接收到的数据进行解析，取出有用信号;再经过并串口转换电路发送到上位机，在显示装置上进行实时显示。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的原理框图；
[0016]图2为本实用新型采用5V电源电路的电路图；
[0017]图3为本实用新型采用2.5V电源电路的电路图；
[0018]图4为本实用新型中钳位电路的电路图；
[0019]图5为本实用新型中72进制计数器的电路图；
[0020]图6为本实用新型中2路双向4通道模拟开关的电路图；
[0021]图7为本实用新型中弱信号放大电路的电路图；
[0022]图8为本实用新型中高通滤波电路、低通滤波电路的电路图。
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]本实用新型实施中可以同时采集70通道生物电信号，通过光纤将信号发送至上位机进行图形化显示。为了减少外界干扰，显示装置和检测装置可以放置在不同的房间，通过光纤连接。本实用新型已应用于ERP脑电信号的检测中，也可以稍作改进用于其他的生物电信号的检测中。系统需要采集70通道生物电信号，每个通道生物电信号检测电路框图如图1所示:生物电信号检测装置，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。A/D转换电路输出端连接有串口转并电路，串口转并电路的输出端通过数据总线与一数据汇集电路连接，所述单片机对数据汇集电路汇集的数据进行处理。
[0025]单片机连接有缓存电路，对数据进行缓存，单片机处理后的数据通过并口转串口电路传输给上位机。所述单片机连接有72进制计数器、帧头信号输入电路、时序电路，所述时序电路、帧头信号输入电路与数据汇集电路连接，帧头信号输入电路与72进制计数器，72进制计数器与串口转并电路连接。单片机与两个电极之间连接有2路双向4通道模拟开关。具体实施中，高通滤波电路为0.5Hz的高通滤波电路，低通滤波电路为二阶低通滤波电路。检测装置还包括为检测装置进行供电的电源电路。
[0026]系统功能如下:70通道生物电信号通过电极接到电路的输入端;经过弱信号放大电路进一步放大;再经过0.5HZ的高通滤波电路，去除直流成分，然后经过二阶低通滤波电路后加到24位A/D的输入端;输出信号经过串并转换电路，发送到24位数据总线上；70帧数据连同2帧(每帧24位)帧头，最终以一定的时序通过数据汇集电路一起发送至数据总线;单片机将接收到的数据进行解析，取出70帧有用信号;再经过并串口转换电路和光纤驱动电路，通过光纤发送到上位机实时显示。
[0027]图2、3为电源电路的两种需要电压，5V和2.5V两种电源供电，且5V电源电压波动时，另一个电源电压始终为其电压的一半。
[0028]图4为钳位电路的电路图，钳位电路是将信号电压控制在0-5V之间，防止直流输入过大致使电路饱和。
[0029]图5为72进制计数器的电路图，系统最终要将70通道的数据(每个通道24bit)按照一定的顺序排列，形成一定格式的数据帧，再加上帧头(48bit)，通过光纤传输到上位机。所以要设计一个72进制的计数器控制电路有序的进行数据采集和传输。
[0030]图6为2路双向4通道模拟开关的电路图，⑶4052为2路双向4通道模拟开关，利用单片机控制使能端，可以用于定标信号的测试、输入阻抗的测试、电极信号的测试。其中，输入定标信号(方波)，是为了测试电路的性能，如果得到的输出信号较输入信号没有失真，表示电路稳定可靠。阻抗测试电路作用是测试电路的输入阻抗，将2个电极分别加在人体头皮上，输出信号经单片机A/D采样后通过串口输出到上位机，计算出输入阻抗大小。
[0031]图7为弱信号放大电路的电路图，生物电信号大多数幅值较低，为微伏级信号，当其接入到前置放大电路，伴随着生物电信号的会有很多干扰和伪迹，这些无用信号往往比有用信号大几百甚至上千倍，这就要求前置放大电路既能放大有用信号又能抑制干扰信号。因此选择了高共模抑制比和高输入阻抗的仪表放大器AD620。
[0032]图8为高通滤波电路、低通滤波电路的电路图，为了使后面的A/D转换电路工作在1KHz采样率下满足抽样定理，必须限制输入信号的频率范围，系统采用了一个截止频率为
0.5Hz的高通滤波器和一个二阶低通有源滤波器串联后共同组成滤波电路，将输出信号的频带限制在0-2KHz。
【主权项】
1.生物电信号检测装置，其特征在于，包括两个电极，与两个电极连接的钳位电路，与钳位电路输出端连接的弱信号放大电路，与弱信号放大电路输出端连接的高通滤波电路，与高通滤波电路输出端连接的低通滤波电路，与低通滤波电路输出端连接的A/D转换电路，以及用于接收A/D转换电路输出数据的单片机，所述单片机将接收到的数据进行处理并传输给上位机并通过显示装置以图形化进行显示。2.根据权利要求1所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述A/D转换电路输出端连接有串口转并电路，串口转并电路的输出端通过数据总线与一数据汇集电路连接，所述单片机对数据汇集电路汇集的数据进行处理。3.根据权利要求2所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述单片机连接有缓存电路，所述单片机处理后的数据通过并口转串口电路传输给上位机。4.根据权利要求3所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述单片机连接有72进制计数器、帧头信号输入电路、时序电路，所述时序电路、帧头信号输入电路与数据汇集电路连接，帧头信号输入电路与72进制计数器，72进制计数器与串口转并电路连接。5.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述单片机与两个电极之间连接有2路双向4通道模拟开关。6.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述高通滤波电路为0.5Hz的高通滤波电路。7.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述低通滤波电路为二阶低通滤波电路。8.根据权利要求1一4中任一项所述的生物电信号检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括为检测装置进行供电的电源电路。
【文档编号】A61B5/04GK205697751SQ201620208681
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】王芳, 花怀海, 李路
【申请人】三江学院
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