Rimozione del rumore a 50 Hz dall'alimentatore ECG

Attualmente stiamo lavorando a un progetto di bio-medicina che è una macchina ECG. C'è un problema che non siamo in grado di risolvere dal punto di vista del software è la rimozione del rumore a 50 Hz. Ora stiamo cercando di rimuovere il rumore a 50 Hz utilizzando i filtri analogici. Qualcuno ha un'idea di rimuovere il rumore a 50 Hz utilizzando componenti analogici.

(il titolo originale affermava che il problema era nel segnale - Steven )

(nota: la domanda diceva che il rumore era nel segnale. Sembra essere l'alimentatore; vedi la mia modifica più in basso.)

Un filtro Notch da 50 o 60 Hz viene generalmente eseguito come filtro Twin-T. Un gemello T passivo ha tuttavia un fattore Q scarso, il che significa che anche le frequenze vicine verranno attenuate, il che può causare la distorsione del profilo ECG.

Un filtro notch attivo potrebbe essere simile al seguente:

Non dimenticare di ricalcolare i valori della resistenza per 50 Hz; R1 sarà 11,8 MΩ. Qualsiasi opamp lo farà. La differenza con il filtro passivo è mostrata in questo grafico:

Forse non è così chiaro, ma il grafico del filtro attivo è la linea verticale a 60 Hz. Molto meglio del filtro passivo.

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Se il 50 Hz è sull'alimentazione come dici tu, deve essere disaccoppiato. Innanzitutto l'alimentatore stesso. Un buon regolatore non avrà un'increspatura di 50 Hz sulla sua uscita, quindi forse i condensatori di livellamento sugli ingressi sono troppo piccoli. ( A seconda di ciò, l'ondulazione dovrebbe essere di 100 Hz. Un diodo difettoso nel ponte del raddrizzatore spiegherebbe sia 50 Hz sia un'increspatura troppo alta. ) Se l'ondulazione di ingresso è troppo grande, potrebbe andare al di sotto della tensione di ingresso minima del regolatore. Puoi pubblicare uno schema dell'alimentatore con i valori dei componenti? È anche possibile posizionare un condensatore da 100 µF sull'uscita.

Utilizzare anche un 100 µF in parallelo con un 1 µF sugli ingressi di alimentazione degli IC. Se sono a bassa potenza, è possibile posizionare una resistenza da 10 Ω a 100 Ω in serie con la linea di alimentazione, prima dei condensatori. Quindi i condensatori sono direttamente ai pin dell'IC. Si noti che i resistori causeranno una caduta di tensione sui 5 V, quindi utilizzare i 100 Ω solo se la corrente di alimentazione è inferiore a 1 mA. Fino a 10 mA è possibile utilizzare 10 Ω. Più in alto è meglio, dovrai vedere cosa puoi permetterti. 10 mA attraverso una resistenza da 10 Ω provocheranno una caduta di 100 mV, pari al 2%, il che è probabilmente accettabile.

Come studente, abbiamo progettato e testato il nostro amplificatore discreto per strumenti (IA), utilizzando uno standard 3x op. Amp. per esperimenti di laboratorio di ingegneria biomedica nel 1974. Lo abbiamo usato per ECG, segnale EEG e controllo protesico. Inoltre abbiamo applicato elettrodi sulla mia tempia e l'abbiamo usato per monitorare il movimento degli occhi. Ha creato un dente di sega con movimento laterale dell'occhio, che ha afferrato le ragazze di monitoraggio dell'attenzione che camminavano e alcuni si sono fermati a fare volontariato per i test ECG. (con elettrodi applicati sul torace) Una volta compresi i requisiti di progettazione per la CMRR, il ronzio di 50 / 60Hz è scomparso.

Ecco la mia lista di controllo di debug per te;

• Il tuo progetto soddisfa i criteri consigliati di 120 dB o solo il minimo di 100 dB?
• Usi un singolo amplificatore operazionale o il triplo design dell'amplificatore operazionale?
• Riesci a provare il metodo di back-drive galleggiante o la "tecnica di guardia" nota nell'industria medica per ECG come "drive della gamba destra"
• Hai una risposta di errore DC dell'alta pelle galvanica che satura l'amplificatore ad alto guadagno o compromette la CMMR?
• Potete fornire alcuni risultati delle misure di prova?

Quando un ingresso in campo E da 100 V viene sovrapposto a un segnale da 100 uV e se si dispone di un buon rapporto di reiezione di modo comune di 120 dB, si ottiene un livello di rumore di 100 uV.

Modi per migliorare il ronzio 50/60 HZ relativo alla CMMR sono:

1. Usa uno strumento di design di alta qualità (IA) (ma a costi molto bassi)

2. Segnale di guardia con tecnica "leg leg drive". (noto come metodo di protezione analogico) in cui si bufferizza il segnale in modalità comune per creare un riferimento di modalità comune a bassa impedenza sulla gamba che è ancora fluttuante ma sopprime la tensione dei campi E elevati di 50 / 60Hz in base al rapporto di impedenza.

3. Schermare i cavi della sonda

4. Usa superiore CMMR progettato Instrument Amp > 130dB

5. Utilizzare un filtro Notch sintonizzabile attivo con Q = 100 (come riportato in precedenza)

6. Utilizzare lo starter CM Ferrite attorno ai cavi. (tipo di manica ad alta permeabilità)

7. Assicurati che l'alimentazione V + sia priva di rumore con il regolatore lineare, il tappo ESR basso su ingresso e uscita. e usa cavi corti tra V + e amp.

Le mie preferenze in grassetto

Cercare di filtrare il rumore a 50 Hz dovrebbe essere solo l'ultima risorsa, in parte perché l'intervallo di frequenza del segnale valido include 50 Hz. Tutto ciò che fai per ridurre i 50 Hz distorcerà anche il segnale desiderato.

La risposta migliore è progettare il front-end analogico per ridurre al minimo il pickup della frequenza di linea. I 50 Hz provengono dall'accoppiamento capacitivo della linea di alimentazione, che è tutto intorno alla stanza. Tuttavia, si sta misurando la differenza tra le tensioni su diversi elettrodi sul corpo e il ronzio della linea di alimentazione a 50 Hz sarà in gran parte un segnale di modalità comune.

Le estremità anteriori dell'ECG devono essere estremamente pulite sull'eliminazione della modalità comune. Ciò significa che la completa gestione del segnale differenziale supera i 50 Hz, assicurandosi che ogni gamba abbia la stessa impedenza, utilizzando amplificatori di strumentazione con un buon rifiuto del modo comune, assolutamente nessun riferimento a terra per un lato della misurazione, ecc. Il rumore del modo comune della linea di alimentazione può essere molte volte l'ampiezza dei segnali che stai cercando di captare, quindi devi davvero svegliarti e prestare attenzione a questo problema.

Un'altra cosa che la maggior parte dei sistemi ECG fa è mettere un elettrodo sulla gamba opposta al cuore, che di solito è la gamba destra. Questo è usato puramente per captare il segnale di modo comune, amplificato, e quindi diventa una sorta di riferimento di terra flottante per i circuiti differenziali del primo stadio fino a quando il segnale differenziale può essere amplificato e la sua impedenza ridotta.

Se fai tutto bene e hai ancora troppo rumore sulla linea di alimentazione, puoi considerare la riduzione della frequenza della linea di alimentazione del segnale finale. Tuttavia, è meglio farlo nel software in modo da poter rendere stretto il filtro senza imbattersi nelle tolleranze dei componenti analogici. Ciò consente anche di misurare la linea di alimentazione e rendere sincrono un filtro. La tacca molto stretta risultante avrà un impatto minore sul segnale reale rispetto a un filtro analogico con parti convenienti. Il filtro analogico deve essere più ampio a causa delle sole tolleranze del pezzo per garantire un'attenuazione sufficiente di 50 Hz anche se la frequenza centrale è un po 'disattivata.

Quindi, in sintesi, in ordine di precedenza dovresti attaccare il problema

1. Progettare con cura il front-end analogico per un'ottimale reiezione del rumore in modalità comune.

2. Progettare con cura il front-end analogico per un'ottimale reiezione del rumore in modalità comune.

3. Progettare con cura il front-end analogico per un'ottimale reiezione del rumore in modalità comune.

4. No, non è abbastanza buono. Torna indietro e ripara il tuo front-end analogico per una migliore reiezione del rumore in modalità comune.

5. Utilizzare un pickup in modalità comune sulla gamba opposta per annullare il rumore in modalità comune, quindi ripetere dal passaggio 1.

6. Elimina il rumore residuo dell'alimentatore con un filtro software sincrono alla linea di alimentazione.