专利名称：电脑内置式信号放大器与声卡采集多道生物信号的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物信号采集技术领域，尤其涉及一种电脑内置 式信号放大器与声卡采集多道生物信号的系统。
背景技术：
生物体器官或组织可在体内自发产生或被外部某一能量刺激诱 发产生多种不同能量的生物信号，包括脑电、心电、心音、呼吸音、 血管压力、体热、体味等声、光、电、磁物理和化学多种能量信号。 生物信号反映生物体的机能状况，包括生理或病理状态。
现有的基于声卡的数据采集系统，包括输入接口电路、时序发生 电路、时分复用电路、双边带生产电路，输出接口电路和自校准电路， 时分复用电路可以将多路输入接口电路的信号进行复用，然后将复用 信号发送到声卡进行模数转换，从而通过声卡实现多通道信号的采 集。
由于生物信号很微弱，信号大小为有的属毫伏级，有的属微伏级， 甚至微伏级以下，生物信号在采集和放大的过程中，容易受外界电磁
场的干扰，直接导致后续的声卡无法进行有效的模数转换；现有的基 于声卡的数据采集系统用于采集生物信号时，误差很大，数据采集准 确率低。 实用新型内容本实用新型提供一种成本低、误差小的电脑内置式信号放大器与 声卡采集多道生物信号的系统。
一种电脑内置式信号放大器与声卡采集多道生物信号的系统，包 括多个用于采集生物信号的传感器、多个用于放大生物信号的信号放 大器、用于处理信号放大器的放大信号的时分多路复用单元、用于将 复用信号发送到声卡的第一光电耦合器、用于对复用信号进行模数转 换的声卡、用于向时分多路复用单元发送控制信号的第二光电耦合 器、用于向信号放大器发送控制信号的第三光电耦合器、用于控制采 集系统运行的处理器；信号放大器和时分多路复用单元置于屏蔽罩 中，传感器与信号放大器连接，信号放大器与时分多路复用单元连接， 时分多路复用单元与第一光电耦合器连接，第一光电耦合器与声卡连 接，第二光电耦合器与时分多路复用单元连接，第三光电耦合器与信 号放大器连接，处理器通过总线与声卡、第二光电耦合器、第三光电 耦合器连接。
其中，传感器为压力传感器、热敏传感器、光敏传感器、声电传
感器、化学电传感器或磁电传感器。
其中，屏蔽罩为六面外表镀金金属板或镀银金属板。
其中，光电耦合器元件脚与时分多路复用单元元件脚涂敷有绝缘
隔层的导电漆。
从以上的技术方案可以看出，本技术方案将信号放大器和时分多 路复用单元置于屏蔽罩中，从而有效地屏蔽了外界的电磁场干扰；本 技术方案通过光电耦合器与屏蔽罩内面的信号放大器和时分多路复用单元进行通信，减小电磁干扰；本技术方案利用现有电脑的硬件资
源，使用声卡进行模数转换，因为声卡处理数据具有易用性、廉价性、 及数据存储格式标准化的易读性和统一交互性，相对于使用专业处理
芯片的生物信号采集系统来说，降低了成本；故本实用新型系统成本
低、误差小、数据采集准确率高。
图1为本实用新型实施例二的系统结构示意图； 图2为本实用新型实施例二的带屏蔽罩电路板的侧视图； 图3为本实用新型实施例二的系统运行方法流程图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的电脑内置式信号放大器与声卡采集多道生物信号的 系统，包括多个用于采集生物信号的传感器、多个用于放大生物信号 的信号放大器、用于处理信号放大器的放大信号的时分多路复用单 元、用于将复用信号发送到声卡的第一光电耦合器、用于对复用信号 进行模数转换的声卡、用于向时分多路复用单元发送控制信号的第二 光电耦合器、用于向信号放大器发送控制信号的第三光电耦合器、用 于控制采集系统运行的处理器；信号放大器和时分多路复用单元置于 屏蔽罩中，传感器与信号放大器连接，信号放大器与时分多路复用单 元连接，时分多路复用单元与第一光电耦合器连接，第一光电耦合器 与声卡连接，第二光电耦合器与时分多路复用单元连接，第三光电耦 合器与信号放大器连接，处理器通过总线与声卡、第二光电耦合器、第三光电耦合器连接。
本实施例的传感器为压力传感器、热敏传感器、光敏传感器、声 电传感器、化学电传感器或磁电传感器。传感器和信号放大器的数量
均为2个以上，传感器和信号放大器一一对应连接。需要说明的是， 还可以为其它的传感器；传感器的数量可以根据实际数据采集需求进 行调整。
时分多路复用(TDM)技术中，将一条物理信道按时间分成若 干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信 号占用，这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信 道上传输多个信号。本实施例中，时分多路复用单元用于将多路放大 后的信号转换成声卡单路模数转换(A/D)的输入信号。声卡的数量 也可以根据实际数据采集需要进行调整。
屏蔽罩是为了防止或者减少电磁波侵入内部空间的一种措施，常 选择有较高的电导率和磁导率的导体作为屏蔽罩的材料。因为高导电 性材料在电磁波的作用下将产生较大的感应电流，这些电流按照楞次 定律将削弱电磁波的透入，采用的金属网孔愈密，直到采用整体的金 属壳，屏蔽的效果愈好，但所费材料愈多。在本实施例中，采用屏蔽 罩后，有效地屏蔽了外界的电磁场干扰，提高数据采集准确率及提高 产品质量。
光电隔离器是把发光器件与光敏接收器件集成在一起，或用一根 光导纤维把两部分连接起来的器件。通常发光器件为发光二极管，光 接收器件为光敏晶体管等。加在发光器件上的电信号为耦合器的输入信号，接收器件输出的信号为隔离器的输出信号。当有输入信号加在 光电隔离器的输入端时，发光器件发光，光敏管受光照射产生光电流， 使输出端产生相应的电信号，于是实现了光电的传输和转换。其主要 特点是以光为媒介实现电信号的传输，而且器件的输入和输出之间在 电气上完全是绝缘的。在本实施例中，使用光电隔离器可以减小干扰。 实施例二
本实施例介绍一个具体应用例。参考图l。在现有电脑主机上增
加传感器ll、信号放大器12、时分多路复用单元13、第一光电耦合 器14、第二光电耦合器15、第三光电耦合器16。除上述部件外，本 系统还包括声卡17、存储器18、处理器19、输入设备20、输出设备 22。其中传感器11和信号放大器12的数目均为12个。声卡17的数 据输入端口与第一光电耦合器14连接，第二光电耦合器15和第三光 电耦合器16可以通过ISA或PCI等主板插槽或主板输入/输出(I/O) 接口与主板连接。
参考图2。信号放大器12和时分多路复用单元13置于屏蔽罩23 中，屏蔽罩23和3个光电耦合器焊接在一块包括4层复铜板24的电 路板上。屏蔽罩23为六面外表镀金金属板或镀银金属板。利用屏蔽 表面的电磁传导特性把电脑机箱和机壳内的多种模拟和数字干扰信 号，包括机箱内部的金属连线和器件引脚可能带有的电磁场干扰信 号，引导到"零电位"的屏蔽罩23的围布式接地脚；通过三个光电 耦合器减小外部信号对屏蔽罩23里面信号的影响，从而保证较高的 数据采集准确率。第二光电耦合器15和第三光电耦合器16将来自数据总线的控制 信号分别耦合到时分多路复用单元13的控制端口和信号放大器12的 控制端口，考虑到时分多路复用单元13控制端口会处于较高频率的位 控电平高低转换状态，时分多路复用单元13控制端口的元件脚涂敷有 绝缘隔层的导电漆，以屏蔽电磁场干扰，并将时分多路复用单元13 控制端口置于紧邻屏蔽罩23壁内侧，以便时分多路复用单元13的元件 脚伸出屏蔽罩23壁夕卜。第二光电耦合器15紧贴屏蔽罩23壁外，以便与 时分多路复用单元13的元件脚连接，第二光电耦合器15的元件脚也可 以涂上导电漆以屏蔽电磁场干扰。第三光电耦合器16可以处理多路信 号。
上述的电脑包括个人电脑、笔记本电脑、掌上型电脑及口袋型电 脑。采用上述的方法对现有电脑进行改进，实现生物信号采集处理设 备一体化、同步化、简便化和网络化，有利于更好地开展脑电、心电、 心音、呼吸音、肌电、体温、血压、中医五脏相音、耳穴和经络皮电 等实验研究、健康体检、辅助临床检查诊，有助于促进提高基础理论 研究、群众预防保健和医疗临床诊断水平。需要说明的是，本实用新 型的思想也可应用于带声卡的测试仪器，即按上述的思想，可以把测 试仪器改变成采集多道生物信号的系统。 ' 系统的工作过程如下。参考图3。
步骤101，系统通过第三光电耦合器16向信号放大器12发送参 数命令，包括放大的倍数等；系统通过第二光电耦合器15向时分多 路复用单元13发送参数命令，包括采样周期T、时间间隙At等。步骤102，各传感器ll采集微弱的生物信号后，转换为电信号， 并将电信号传输到对应的信号放大器12。
步骤103，信号放大器12对该信号进行放大，并发送到时分多 路复用单元13。
步骤104，时分多路复用单元13周期性对各信号放大器12的放 大信号进行选通，并将该采样信号发送到声卡17。
步骤105，声卡17对信号进行量化，编码，编码后的数据保存 在存储器18中。
步骤106，系统根据复用周期，对存储器18数据进行处理，转 换为通道信息。
步骤107，当接收到查看信息的命令时，系统将处理后的信息输 出到输出设备上。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术 人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有 改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1. 一种电脑内置式信号放大器与声卡采集多道生物信号的系统，其特征在于，包括多个用于采集生物信号的传感器、多个用于放大所述生物信号的信号放大器、用于处理所述信号放大器的放大信号的时分多路复用单元、用于将复用信号发送到声卡的第一光电耦合器、用于对所述复用信号进行模数转换的声卡、用于向所述时分多路复用单元发送控制信号的第二光电耦合器、用于向所述信号放大器发送控制信号的第三光电耦合器、用于控制采集系统运行的处理器；信号放大器和时分多路复用单元置于屏蔽罩中，传感器与信号放大器连接，信号放大器与时分多路复用单元连接，时分多路复用单元与第一光电耦合器连接，第一光电耦合器与声卡连接，第二光电耦合器与时分多路复用单元连接，第三光电耦合器与信号放大器连接，处理器通过总线与声卡、第二光电耦合器、第三光电耦合器连接。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器为压力 传感器、热敏传感器、光敏传感器、声电传感器、化学电传感器或磁 电传感器。
3. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述屏蔽罩为六面外表镀金金属板或镀银金属板。
4. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述光电耦合 器的元件脚与时分多路复用单元的元件脚涂敷有绝缘隔层的导电漆。
专利摘要本实用新型涉及生物信号采集技术领域，尤其涉及一种电脑内置式信号放大器与声卡采集多道生物信号的系统。该系统包括用于采集生物信号的传感器、用于放大生物信号的信号放大器、用于处理信号放大器的放大信号的时分多路复用单元、用于将复用信号发送到声卡的第一光电耦合器、用于对复用信号进行模数转换的声卡、用于向时分多路复用单元发送控制信号的第二光电耦合器、用于向信号放大器发送控制信号的第三光电耦合器、用于控制采集系统运行的处理器，信号放大器和时分多路复用单元置于屏蔽罩中。本实用新型的系统成本低、误差小、数据采集准确率高。
文档编号A61B5/00GK201271244SQ20082020093
公开日2009年7月15日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者张新云, 梁志伟, 王永运, 赖小平, 阮永队, 陆妍灵, 黄伟年 申请人:东莞广州中医药大学中医药数理工程研究院