信號測量的基本條件-抗干擾

信號測量的基本條件生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)(BME)Review電極電位電極的極化選擇電極6條原則RL1E1Rs1Cs1前面課程人體測量的特點人體信號的特征人體信號拾取方法生物信號的特征是什么？信號檢測系統(tǒng)由哪些基本模塊組成？所要解決的問題生物信號的特征是什么？信號拾取由哪些基本模塊？弱信號、強(qiáng)噪聲背景、頻率低、離散性電極/傳感器預(yù)處理采集后處理電信號

要獲取微弱的生物信號，要求測量系統(tǒng)應(yīng)具備的基本條件是什么？以及如何達(dá)到這些基本條件？難簡單分析第一個問題第二個問題信號弱信號最終處理方式高靈敏度檢測電路有用信號噪聲電信號干擾信號-----電磁信號50Hz干擾其它電磁干擾很難屏蔽對噪聲及干擾也很敏感干擾和噪聲陪伴你我終身！Interfere&noisealwayswithyou!Moresensitive,mucheasiertobehurt?!低噪聲抗干擾生物信號測量的基本條件電子設(shè)計開始時必須要考慮的環(huán)節(jié)噪聲系統(tǒng)固有噪聲來自外界噪聲低噪聲抗干擾隨著生產(chǎn)的進(jìn)展，可采取的抗干擾的措施越來越少，而所需的成本在逐漸增加。措施成本設(shè)計階段研制階段投產(chǎn)

t存在哪些干擾及噪聲？抗干擾的方法有哪些？如何進(jìn)行低噪聲設(shè)計？由噪聲和干擾引出的三大問題干擾及干擾的引入干擾:干預(yù)或妨礙一個行動或程序的行為列舉自己在生活中遇到的干擾現(xiàn)象？以休息時被“噪音”干擾為例：噪音源通道易感知敏感回路耦合通道干擾源生物信號檢測干擾引入的三個環(huán)節(jié)：詳細(xì)了解各環(huán)節(jié)的特征，有助于在抑制干擾中找到相應(yīng)的解決辦法。認(rèn)識干擾解決干擾產(chǎn)生干擾的源頭傳輸干擾的通路干擾后會受危害或其性能下降的系統(tǒng)一、干擾的引入①研究的是電信號②對電信號直接或間接影響的干擾干擾源：能產(chǎn)生一定電磁能量而影響周圍電路正常工作的物體或設(shè)備。大家想一下生活中或自然界什么能夠產(chǎn)生電磁信號？法拉第電磁感應(yīng)：變化的磁場會在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢麥克斯韋方程組：變化的電場產(chǎn)生變化的磁場電磁場的互相激發(fā)并在空間傳播，是電磁干擾存在的基礎(chǔ)。（1）自然界的宇宙射線、太陽輻射、太陽黑子產(chǎn)生的周期電擾動等；（2）由周圍電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生的各種放電現(xiàn)象；電容電感的瞬變電壓（電流）、廣播、雷達(dá)、發(fā)射塔等。包括兩大類周圍市電220V，50Hz工頻干擾最普遍，而且也最為嚴(yán)重。生物信號及干擾源的頻率分布0.1110501001k10k 100k 1M10M100M1GHzAEPSEPVEP心音圖PCG視網(wǎng)膜電圖ERG眼震電圖ENG視覺眼電圖EOGEMGEEGECG開關(guān)電源無線電高頻治療、超聲診斷、手術(shù)電刀、電療醫(yī)用遙測宇宙噪聲燈管放電電刷火花雷電示波器觀察電磁干擾現(xiàn)象

用手接觸示波器探頭示波器探頭連接一根長導(dǎo)線示波器探頭和地短接測量系統(tǒng)的外部干擾（1）周圍空間電磁信號無處不在（2）50Hz工頻干擾最為嚴(yán)重測量系統(tǒng)的內(nèi)部干擾測量系統(tǒng)本身也是電子設(shè)備，各模塊之間也會形成干擾，而且對外界其它設(shè)備也會形成電磁干擾。電子系統(tǒng)設(shè)計外部干擾內(nèi)部干擾其它電子系統(tǒng)在電子系統(tǒng)之間，實現(xiàn)不互相干擾、協(xié)調(diào)混同工作的考慮，稱為電磁兼容性設(shè)計EMC(Electro-MagneticCompatibility)它包括抑制來自外部的干擾（有時還有系統(tǒng)內(nèi)部生成的干擾）和抑制系統(tǒng)本身對外界其他設(shè)備產(chǎn)生的干擾兩個方面。這一設(shè)計原則，是提高測試系統(tǒng)可靠性的一個重要方面。

電磁兼容性設(shè)計（EMC）

美國IEEETrans.RFI分冊于1964年改名為EMC分冊，以此作為電磁兼容學(xué)科形成的標(biāo)志，距今已40多年。和諧的體現(xiàn)干擾源是指什么？什么干擾最為嚴(yán)重？

EMC二、干擾耦合途徑：第二個環(huán)節(jié)傳導(dǎo)耦合公共阻抗耦合電磁場耦合干擾信號的特征及檢測系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境（一）傳導(dǎo)耦合經(jīng)導(dǎo)線傳播把干擾引入測量系統(tǒng)如：交流電源線引入電網(wǎng)中的干擾；測試系統(tǒng)中的長導(dǎo)線、電極線，都具有天線的效果。天線可以拾取附近設(shè)備或空間的電磁波干擾。舉例：長導(dǎo)線具有天線的效果如HTCHD2把耳機(jī)線作為FM的天線（二）經(jīng)公共阻抗耦合

各測量模塊不獨立存在，使用公共的電源供電，或者使用公共的地線。由于導(dǎo)線本身存在阻抗，所以不同模塊之間存在公共阻抗。電路之間互相影響某電路出故障V0（三）電磁場耦合1、場的性質(zhì)場源的性質(zhì)場源附近遠(yuǎn)離場源場特性場周圍介質(zhì)場特性近場（距離<λ/2π）遠(yuǎn)場（距離>λ/2π）C=λ*fC=3.0*108m/s（電磁波傳播速度）對于f為1MHz的設(shè)備，其近場范圍在50m以內(nèi)；對于f為30kHz的設(shè)備，其近場范圍在1.6*104m以內(nèi)；一般由工作環(huán)境附近設(shè)備造成的干擾均可視為近場耦合形成。波阻抗隨離開場源的距離變化而發(fā)生變化E/H：場的波阻抗距離遠(yuǎn)場

E/H=377（周圍介質(zhì)的特性阻抗）近場E/H>377電場特性E/H<377磁場特性自由空間中電磁波Z0=（μ0/ε0）1/2=376.7Ω

μ0=4πX10-7H/mε0=8.854X10-12F/m

拉桿天線環(huán)形天線遠(yuǎn)場

自由空間中的各種電磁波近場

電場特性

磁場特性電容性耦合引入干擾分布電容(StrayCapacitor)電感性耦合引入干擾互感(M12=Φ12/I1)長導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合引入干擾2、電磁場耦合引入的干擾類型要想解決問題，必須先認(rèn)識問題形成信號檢測干擾的三個環(huán)節(jié)重點是耦合