心电检测电路的感抗调节电路及心电检测设备.pdf

本发明公开了一种心电检测电路的感抗调节电路，该心电检测电路的感抗调节电路包括电压比较电路及感抗变换电路，电压比较电路的输入端与前置放大电路的输出端连接，电压比较电路的输出端与感抗变换电路的输入端连接，感抗变换电路的输出端与前置放大电路的输入端连接。本发明还公开了一种心电检测设备。本发明解决了心电检测电路的输入感抗不稳定的技术问题，提高了电路的稳定性，并能够提高电路输出的心电信号的准确性。

1.  一种心电检测电路的感抗调节电路，所述心电检测电路包括心电检测电极及前置放大电路，所述前置放大电路接收心电检测电极采集到的心电信号，并对接收到的所述心电信号进行信号跟随后输出；其特征在于，所述心电检测电路的感抗调节电路包括电压比较电路及感抗变换电路，所述电压比较电路的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述电压比较电路的输出端与所述感抗变换电路的输入端连接，所述感抗变换电路的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；其中，
所述电压比较电路用于检测所述前置放大电路处理后输出的心电信号，并将检测到的心电信号与基准电压信号进行电压值比较，然后输出比较后生成的电压控制信号；所述感抗变换电路跟随所述电压控制信号的电压变化而输出相应大小的感抗信号补偿至所述前置放大电路的输入端。

2.  如权利要求1所述的心电检测电路的感抗调节电路，其特征在于，所述电压比较电路包括比较器，所述比较器的正向输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述比较器的反向输入端输入所述基准电压信号，所述比较器的输出端与所述感抗变换电路的输入端连接。

3.  如权利要求2所述的心电检测电路的感抗调节电路，其特征在于，所述电压比较电路还包括信号放大器，所述信号放大器的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述信号放大器的输出端与所述比较器的正向输入端连接，所述信号放大器将前置放大电路输出的电压信号放大后输送至所述比较器进行电压比较。

4.  如权利要求3所述的心电检测电路的感抗调节电路，其特征在于，所述信号放大器包括第一运放、第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一运放的反向输入端为所述信号放大器的输入端，所述第一运放的输出端为所述信号放大器的输出端；所述第一运放的正向输入端经所述第一电阻接地，所述第一运放的反向输入端经所述第二电阻与所述前置放大电路的输出端连 接，所述第一运放的输出端与所述比较器的正向输入端连接，同时经所述第三电阻与所述第一运放的反向输入端连接。

5.  如权利要求3所述的心电检测电路的感抗调节电路，其特征在于，所述感抗变换电路包括可变电容、第二运放、第三运放、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻及第十电阻，所述心电检测电极依次经所述第四电阻、第五电阻及第六电阻与所述前置放大电路的正向输入端连接；所述第二运放的反向输入端连接于所述第四电阻和第五电阻之间，所述第二运放的输出端连接于所述第五电阻和第六电阻之间，所述第二运放的正向输入端连接于第六电阻和所述前置放大电路的正向输入端之间，且所述第二运放的正向输入端还经所述第七电阻与所述第三运放的反向输入端连接；所述第三运放的正向输入端与所述可变电容的阴极连接，所述第三运放的输出端分别与所述第八电阻的第一端和所述第九电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端连接于所述第七电阻和所述第三运放的反向输入端之间，所述第九电阻的第二端分别与所述第三运放的正向输入端、所述可变电容的阴极及所述第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端接地；所述可变电容的阳极连接于所述心电检测电极和第四电阻之间。

6.  如权利要求5所述的心电检测电路的感抗调节电路，其特征在于，所述可变电容为变容二极管。

7.  一种心电检测设备，其特征在于，所述心电检测设备包括用于采集被测体的心电信号的心电检测电极、对所述心电检测电极采集到心电信号进行信号跟随处理的前置放大电路，及如权利要求1-6任一项所述的心电检测电路的感抗调节电路；所述前置放大电路的输入端与所述心电检测电极和所述心电检测电路的感抗调节电路的感抗变换电路的输出端连接，所述前置放大电路的输出端与所述心电检测电路的感抗调节电路的电压比较电路的输入端连接。

8.  如权利要求7所述的心电检测设备，其特征在于，所述前置放大电路 包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端为所述前置放大电路的输入端，所述运算放大器的输出端为所述前置放大电路的输出端，所述运算放大器的输出端还与其反向输入端连接。

9.  如权利要求7所述的心电检测设备，其特征在于，所述心电检测电极包括绝缘体，该绝缘体包括相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设有感应被测体心电信号的第一电感线圈，所述第二侧面上对应所述第一电感线圈的位置设有第二电感线圈；在所述第一电感线圈感应到被测体的心电信号时，所述第二电感线圈与所述第一电感线圈形成互感，并在该第二电感线圈上形成与所述第一电感线圈上的心电信号对应的电信号。

10.  如权利要求9所述的心电检测设备，其特征在于，所述第一电感线圈为高磁导率金属丝呈平面螺旋状设置形成。

心电检测电路的感抗调节电路及心电检测设备
技术领域
本发明涉及心电检测技术领域，尤其涉及一种心电检测电路的感抗调节电路及心电检测设备。
背景技术
心血管疾病作为威胁人类健康的三大疾病之一(心血管疾病、脑血管疾病、癌症)，一直以来备受医学界关注。随着社会的进步和人们生活水平的提高，普通大众对于心脏健康状况监控的需求量也呈爆炸式增长，心血管疾病的诊断和心脏状况的监控已经是当今社会的热门话题。
人体表面波导理论告诉我们，心脏在除极和复极的过程中产生变化的电势会在人体表面形成变化的电场，我们通过监控该电场的变化，将该变化趋势显示在图纸或屏幕上，这就是我们在医院常见的心电图监测(ECG)。而现有的心电监测设备多是基于电阻耦合、电容耦合或电感耦合来监测心电。这些新技术给人们动态监测心电和家庭使用带来了很大的方便，在实际临床和健康护理中已经得到了广泛的应用。
基于现有的电感耦合式心电监测系统，其信号处理方式是将心电传感器采集到的心电信号直接输送至前置放大电路，进行信号跟随处理后输出至后级处理电路。然而，由于这种电感耦合式心电监测系统的输入级感抗比较小，再加上人体表面的感抗特性十分复杂，并非一成不变，在监测的过程中如果心电传感器的检测电极滑动或者被测体的表面皮肤湿度和盐碱度变化，就有可能导致电感耦合式心电监测系统输出的电感发生无规律的变化，而这种变化会影响后级电路读取心电数据的准确性，使得心电检测效果大打折扣，甚至会误导医生的判断。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种心电检测电路的感抗调节电路，旨在解决电感耦合式心电检测电路的输入电感易变化的技术问题，提高心电检测的准确性。
为实现上述目的，本发明提供一种心电检测电路的感抗调节电路，所述心电检测电路包括心电检测电极及前置放大电路，所述前置放大电路接收心电检测电极采集到的心电信号，并对接收到的所述心电信号进行信号跟随后输出；所述心电检测电路的感抗调节电路包括电压比较电路及感抗变换电路，所述电压比较电路的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述电压比较电路的输出端与所述感抗变换电路的输入端连接，所述感抗变换电路的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；其中，
所述电压比较电路用于检测所述前置放大电路处理后输出的心电信号，并将检测到的心电信号与基准电压信号进行电压值比较，然后输出比较后生成的电压控制信号；所述感抗变换电路跟随所述电压控制信号的电压变化而输出相应大小的感抗信号补偿至所述述前置放大电路的输入端。
优选地，所述电压比较电路包括比较器，所述比较器的正向输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述比较器的反向输入端输入所述基准电压信号，所述比较器的输出端与所述感抗变换电路的输入端连接。
优选地，所述电压比较电路还包括信号放大器，所述信号放大器的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述信号放大器的输出端与所述比较器的正向输入端连接，所述信号放大器将前置放大电路输出的电压信号放大后输送至所述比较器进行电压比较。
优选地，所述信号放大器包括第一运放、第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一运放的反向输入端为所述信号放大器的输入端，所述第一运放的输出端为所述信号放大器的输出端；所述第一运放的正向输入端经所述第一电阻接地，所述第一运放的反向输入端经所述第二电阻与所述前置放大电路的输出端连接，所述第一运放的输出端与所述比较器的正向输入端连接，同时经所述第三电阻与所述第一运放的反向输入端连接。
优选地，所述感抗变换电路包括可变电容、第二运放、第三运放、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻及第十电阻，所述心电检测电极依次经所述第四电阻、第五电阻及第六电阻与所述前置放大电路的正向输入端连接；所述第二运放的反向输入端连接于所述第四电阻和第五电阻之间，所述第二运放的输出端连接于所述第五电阻和第六电阻之间，所述第二运放的正向输入端连接于第六电阻和所述前置放大电路的正向 输入端之间，且所述第二运放的正向输入端还经所述第七电阻与所述第三运放的反向输入端连接；所述第三运放的正向输入端与所述可变电容的阴极连接，所述第三运放的输出端分别与所述第八电阻的第一端和所述第九电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端连接于所述第七电阻和所述第三运放的反向输入端之间，所述第九电阻的第二端分别与所述第三运放的正向输入端、所述可变电容的阴极及所述第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端接地；所述可变电容的阳极连接于所述心电检测电极和第四电阻之间。
优选地，所述可变电容为变容二极管。
为实现上述目的，本发明提供一种心电检测设备，所述心电检测设备包括用于采集被测体的心电信号的心电检测电极、对所述心电检测电极采集到心电信号进行信号跟随处理的前置放大电路，及如上所述的心电检测电路的感抗调节电路；所述心电检测电路的感抗调节电路包括电压比较电路及感抗变换电路，所述电压比较电路的输入端与所述前置放大电路的输出端连接，所述电压比较电路的输出端与所述感抗变换电路的输入端连接，所述感抗变换电路的输出端与所述前置放大电路的输入端连接；其中，所述电压比较电路用于检测所述前置放大电路处理后输出的心电信号，并将检测到的心电信号与基准电压信号进行电压值比较，然后输出比较后生成的电压控制信号；所述感抗变换电路跟随所述电压控制信号的电压变化而输出相应大小的感抗信号补偿至所述述前置放大电路的输入端；所述前置放大电路的输入端与所述心电检测电极和所述心电检测电路的感抗调节电路的感抗变换电路的输出端连接，所述前置放大电路的输出端与所述心电检测电路的感抗调节电路的电压比较电路的输入端连接。
优选地，所述前置放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端为所述前置放大电路的输入端，所述运算放大器的输出端为所述前置放大电路的输出端，所述运算放大器输出端还与其反向输入端连接。
优选地，所述心电检测电极包括绝缘体，该绝缘体包括相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设有感应被测体心电信号的第一电感线圈，所述第二侧面上对应所述第一电感线圈的位置设有第二电感线圈；在所述第一电感线圈感应到被测体的心电信号时，所述第二电感线圈与所述第一电感线圈 形成互感，并在该第二电感线圈上形成与所述第一电感线圈上的心电信号对应的电信号。
优选地，所述第一电感线圈为高磁导率金属丝呈平面螺旋状设置形成。
本发明通过设置电压比较电路检测该心电检测电路的前置放大电路处理后输出的心电信号，然后将检测到的心电信号与基准电压信号进行电压值比较，然后将比较后生成的电压控制信号输送至感抗变换电路，使得感抗变换电路跟随电压比较电路输出的电压控制信号的大小而输出相应大小的感抗信号至所述述前置放大电路的输入端，以补偿该心电检测电路的感抗，从而起到自适应调节心电检测电路感抗的目的，提高电路的稳定性以及输出的心电信号的准确性。
附图说明
图1为本发明心电检测电路的感抗调节电路较佳实施例的电路框图；
图2为本发明心电检测电路的感抗调节电路较佳实施例的电路结构示意图；
图3为本发明心电检测设备中心电检测电极的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种心电检测电路的感抗调节电路，用于对心电检测电路中的感抗进行调节，心电检测电路包括心电检测电极及前置放大电路，前置放大电路的输入端与心电检测电极连接，以接收心电检测电极采集到的心电信号，并对接收到的所述心电信号进行信号跟随后输出至后级处理电路，进行进一步处理。
参照图1及图2，在一实施例中，所述心电检测电路的感抗调节电路包括电压比较电路100及感抗变换电路200，所述电压比较电路100的输入端与所 述前置放大电路300的输出端连接，所述电压比较电路100的输出端与所述感抗变换电路200的输入端连接，所述感抗变换电路200的输出端与所述前置放大电路300的输入端连接。
其中，所述电压比较电路100用于检测前置放大电路300处理后输出的心电信号，并将检测到的心电信号与基准电压信号VREF进行电压值比较，然后输出比较后生成的电压控制信号；所述感抗变换电路200跟随所述电压控制信号的电压变化而输出相应大小的感抗信号补偿至所述述前置放大电路300的输入端，以调节前置放大电路300的输入感抗。
需要说明的是，心电检测电路中感应的心电信号会随着输入感抗的波动而相应变化，即当输入感抗上升时，感应到的心电信号(电压)随之升高，当输入感抗下降时，感应到的心电信号(电压)也会随之降低，因此，检测前置放大电路300输出的心电信号的电压变化就可以知道前置放大电路的输入感抗的变化，并且，根据心电信号的电压变化调节心电检测电路的输入感抗，就能够保证最终输出的心电信号的准确性。
本实施例中，所述电压比较电路100包括比较器11，所述比较器11的正向输入端与所述前置放大电路300的输出端连接，所述比较器11的反向输入端输入所述基准电压信号VREF，所述比较器11的输出端与所述感抗变换电路200的输入端连接。
可以理解的是，比较器11的正向输入端输入的心电信号为交流信号，基准电压信号VREF为直流电平信号，根据脉宽调制理论，将检测到的心电信号与基准电压信号VREF进行比较，分析心电信号(交流信号)在一个周期内处于基准电压信号VREF(固定的电平)之上的高电平和处于该基准电压信号VREF之下的低电平所占的比例，而比较器11的输出端输出与高电平的占空比对应的等效电压，该等效电压即为电压比较器11将心电信号和基准电压信号VREF比较后生成的电压控制信号。
该实施例中，由于心电检测电极400采集到的信号比较小，还可进一步设置信号放大器12将心电信号放大后再进行比较，以提高信号检测的准确性；其中，所述信号放大器12的输入端与所述前置放大电路300的输出端连接，所述信号放大器12的输出端与所述比较器11的正向输入端连接，所述信号放大器12将前置放大电路300输出的电压信号放大后输送至所述比较器11 进行电压比较。
其中，所述信号放大器12包括第一运放U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，所述第一运放U1的反向输入端为所述信号放大器12的输入端，所述第一运放U1的输出端为所述信号放大器12的输出端；所述第一运放U1的正向输入端经所述第一电阻R1接地，所述第一运放U1的反向输入端经所述第二电阻R2与所述前置放大电路300的输出端连接，所述第一运放U1的输出端分为两路，一路与所述比较器11的反向输入端连接，另一路经所述第三电阻R3与所述第一运放U1的反向输入端连接。
本实施例中，所述感抗变换电路200包括可变电容C1、第二运放U2、第三运放U3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9及第十电阻R10，所述心电检测电极400依次经所述感抗变换电路200的第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6与所述前置放大电路300的正向输入端连接；所述第二运放U2的反向输入端连接于所述第四电阻R4和第五电阻R5之间，所述第二运放U2的输出端连接于所述第五电阻R5和第六电阻R6之间，所述第二运放U2的正向输入端连接于第六电阻R6和所述前置放大电路300的正向输入端之间，且所述第二运放U2的正向输入端还经所述第七电阻R7与所述第三运放U3的反向输入端连接；所述第三运放U3的正向输入端与所述可变电容C1的阴极连接，所述第三运放U3的输出端分别与所述第八电阻R8的第一端和所述第九电阻R9的第一端连接，所述第八电阻R8的第二端连接于所述第七电阻R7和所述第三运放U3的反向输入端之间，所述第九电阻R9的第二端分别与所述第三运放U3的正向输入端、所述可变电容C1的阴极及所述第十电阻R10的第一端连接，所述第十电阻R10的第二端接地；所述可变电容C1的阳极连接于所述心电检测电极400和第四电阻R4之间。
其中，第二运放U2和第三运放U3通过其外围偏置电阻组成回转器，该回转器的输出感抗跟随可变电容C1的电容量的变化而相应变化，且这种变化是：可变电容C1的电容量越大时，回转器的输出感抗就越大，可变电容C1的电容量越小时，回转器的输出感抗就越小。其中，可变电容C1可选择变容二极管实现，其中，变容二极管的反偏电压越大时，结电容越小。因此，当可变电容C1的阴极接收到所述电压比较电路100输出的电压控制信号时，该 可变电容C1的电容量就随着电压比较电路100输出的电压升高而变少，且随着电压比较电路100输出的电压降低而变大。
可以理解的是，当电压比较电路100检测到心电检测电路的前置放大电路300输出的心电信号对应的电压较高时(表示该心电检测电路中输入感抗较高)，通过电压比较电路100中的比较器11比较后，比较器11的输出端输出较高电平的电压控制信号，那么可变电容C1的电容量就会相应减小，继而第二运放U2和第三运放U3通过其外围偏置电阻组成的回转器的输出感抗也相应减小，使得该回转器补偿到心电检测电路中的感抗减小，进而降低心电检测电路的输入感抗，使得电路趋于稳定，保证心电信号的准确性。同理，当电压比较电路100检测到心电检测电路的前置放大电路300输出的心电信号对应的电压较低时(表示该心电检测电路中输入感抗较低)，通过电压比较电路100中的比较器11比较后，比较器11的输出端输出较低电平的电压控制信号，那么可变电容C1的电容量就会相应增大，继而第二运放U2和第三运放U3通过其外围偏置电阻组成的回转器的输出感抗也相应增大，使得该回转器补偿到心电检测电路中的感抗增大，进而增大心电检测电路的输入感抗，使得电路趋于稳定，保证心电信号的准确性。
综上，本发明提供的心电检测电路的感抗调节电路通过电压比较电路100检测该心电检测电路的前置放大电路300处理后输出的心电信号，然后将检测到的心电信号与基准电压信号VREF进行电压值比较，然后将比较后生成的电压控制信号输送至感抗变换电路200，使得感抗变换电路200跟随电压比较电路100输出的电压控制信号的大小而输出相应大小的感抗信号至所述述前置放大电路300的输入端，以补偿该心电检测电路的输入感抗，从而起到自适应调节心电检测电路输入感抗的目的，提高电路的稳定性以及输出的心电信号的准确性。
本发明还提供一种心电检测设备，参照图1、图2及图3，在一实施例中，该心电检测设备包括心电检测电极400、前置放大电路300及前述心电检测电路的感抗调节电路500；所述前置放大电路300的输入端与所述心电检测电极400和所述心电检测电路的感抗调节电路500的感抗变换电路200的输出端连接，所述前置放大电路300的输出端与所述心电检测电路的感抗调节电路500 的电压比较电路100的输入端连接。
其中，所述心电检测电极400用于采集被测体的心电信号；所述前置放大电路300用于对心电检测电极400采集到心电信号进行信号跟随处理，以提高心电信号的稳定性；所述心电检测电路的感抗调节电路500用于对前置放大电路300输出的心电信号进行检测，并根据信号电压的大小相应调节其输入感抗的大小，以在输入感抗较高时，减少电路的输入感抗，在电路输入感抗较低时，增大电路的输入感抗，从而保证电路的稳定性。其中，所述心电检测电路的感抗调节电路500的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在心电检测设备中使用了上述心电检测电路的感抗调节电路500，因此，该心电检测设备的实施例包括上述心电检测电路的感抗调节电路500全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
本实施例中，所述前置放大电路300包括运算放大器U4，所述运算放大器U4的正向输入端为所述前置放大电路300的输入端，所述运算放大器U4的输出端为所述前置放大电路300的输出端，所述运算放大器300输出端还与其反向输入端连接。
本实施例中，所述心电检测电极400包括绝缘体41，该绝缘体41包括相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设有感应被测体心电信号的第一电感线圈42，所述第二侧面上对应所述第一电感线圈42的位置设有第二电感线圈43；在所述第一电感线圈42感应到被测体的心电信号时，所述第二电感线圈43与所述第一电感线圈42形成互感，并在该第二电感线圈43上形成与所述第一电感线圈42上的心电信号对应的电信号。其中，所述第一电感线圈42优选采用高磁导率的金属丝呈平面螺旋状设置形成。
应当理解的是，该第一电感线圈42与被测体表面接触或者靠近时，与被测体表面形成一次侧电感谐振回路，从而能够采集到被测体微弱的心电信号；当第一电感线圈42上产生微弱的心电信号时，第二电感线圈43与所述第一电感线圈42形成互感，而在第二电感线圈43上形成同样的电信号，这样就实现了对被测体心电信号的采集。
本实施例中，所述第一电感线圈42可采用各种金属导体材料制成，而本实施例的优选方案是采用高磁导率的金属丝呈平面螺旋状设置形成。其中螺 旋状的结构可以是圆弧形的螺旋结构，也可以是其他，例如矩形形状的螺旋结构或者是椭圆形状的螺旋结构。而这种材质和螺旋结构的第一电感线圈42对人体等被测体的心电信号比较敏感，能够在靠近被测体皮肤表面且不直接接触被测体皮肤的情况下就能感应到被测体上微弱的心电信号。需要说明的是，电感信号对人体影响较小，不会使人体产生不适感觉，方便动态监听人体心电状态。同样的，第二电感线圈43与第一电感线圈42一样可采用各种金属导体材料制成，优选的是，第二电感线圈43与第一电感线圈42采用的材质一样，且结构一样，这样能够保证第二电感线圈43上生成的电感应信号与第一电感线圈42上感应到的信号的一致性。
可以理解的是，由于通过电感线圈采集被测体的心电信号，则无需导电膏，信号受干扰少、稳定，且实现了在不直接接触被测体表面皮肤的情况下就能采集到被测体的心电信号。值得一提的是，本实施例提供的心电检测设备可适用于动态心电监测和家庭使用，且使用时，不需要直接接触人体皮肤(也可接触监测)，对人体亲和，具有非常高的实用性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。