Инструментальный усилитель

Входные цепи аппарата ЭКГ должны усиливать довольно слабый сигнал в диапазоне напряжений 0,5-50 мВ в сочетании с постоянной составляющей ±400 мВ, которая возникает при контакте электродов с кожей, плюс синфазная составляющая величиной до 1,5 В между электродами и общим (земляным) проводом. Полоса частот, подлежащих обработке и анализу, составляет от 0,5 Гц до 35 Гц.

На сигналы ЭКГ могут накладываться следующие помехи:

· Влияние сетевых помех с частотой 50 Гц (или 60 Гц) и гармоник сетевого напряжения;

· Влияние изменения параметров контакта электродов с кожей, приводящее к дрейфу постоянной составляющей;

· Мышечные сокращения: при этом на сигнал ЭКГ накладываются сигналы типа миограммы (ЭМГ);

· Дыхательные движения вызывают смещения постоянной составляющей;

· Высокочастотные шумы от других электронных устройств.

Для точной и достоверной регистрации ЭКГ необходимо принять все меры для отфильтровывания или устранения всех перечисленных шумов.

Для предварительного усиления сигнала ЭКГ целесообразно использовать инструментальный усилитель (ИУ).

Инструментальный усилитель - прецизионное устройство для усиления дифференциальных напряжений, которое оптимизировано для работы в тяжелых условиях (большие уровни шумов и перепады температур) и предназначено для выполнения высокоточных измерений. Данные устройства имеют сверхвысокие входные сопротивления, что позволяет им работать с датчиками, имеющими малое значение выходного напряжения или большое выходное сопротивление. Входные токи и напряжения смещения ИУ имеют малые и относительно стабильные значения. Для минимизации шумов и провалов напряжений, характерных для удаленных датчиков, инструментальные усилители имеют высокую способность подавления синфазных входных напряжений.

В данном приборе используется инструментальный усилитель INA118 производства компании Burr Brown. Данный инструментальный усилитель потребляет существенно меньше энергии при прочих равных параметрах. Этот критерий является решающим при выборе инструментального усилителя, так как питание кардиомонитора осуществляется от шины USB и в связи с этим потребляемая прибором мощность сильно ограничена. Внутреннее устройство ИУ INA118 представлено на рисунке 3.

Резистором R_G устанавливается коэффициент усиления. Усилитель питается двуполярным напряжением ±5 В.

Краткие характеристики ИУ INA118:

· Напряжение питание минимальное ±1,35 В

· Напряжение питание максимальное ±18 В

· Максимальное напряжение на входе ±40 В

· Коэффициент усиления 1÷10000

· Коэффициент ослабления синфазного сигнала 80÷125 дБ

Расчет коэффициента усиления

Зависимость коэффициента усиления (КУ) от номинала резистора R_G представлена в таблице 3.

Таблица 3