數(shù)字心電圖機(jī)定標(biāo)電路原理及故障排除

黃一清

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.047

摘 要：心電圖機(jī)能將心臟活動(dòng)時(shí)心肌激動(dòng)產(chǎn)生的生物電信號(hào)（心電信號(hào)）自動(dòng)記錄下來(lái)，為臨床診斷和科研常用的醫(yī)療電子儀器，在臨床范疇正被廣泛采納。在探討了數(shù)字心電圖機(jī)及其定標(biāo)電路的重要性后，該文通過(guò)對(duì)1 mV定標(biāo)電路分析，在基于理解原理的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)字心電圖機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)詳述定標(biāo)誤差故障排除方法。

關(guān)鍵詞：心電圖機(jī) 定標(biāo)電路 故障排除

中圖分類(lèi)號(hào)：R197 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（a）-0047-02

數(shù)字心電圖機(jī)能夠自動(dòng)檢測(cè)心臟活動(dòng)時(shí)心肌細(xì)胞激動(dòng)所產(chǎn)生的生物電信號(hào)，用于查驗(yàn)患者是否具有早搏、心臟傳導(dǎo)阻滯等病理特性，是為醫(yī)學(xué)臨床和醫(yī)學(xué)研究所常用的醫(yī)療電子設(shè)備[1]。其利用體表電極提取人體電信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸入緩沖放大器、威爾遜網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)聯(lián)選擇電路送入前置放大、濾波電路，再由A/D轉(zhuǎn)換后傳入主控電路進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)處理并送至終端，從而獲得心電波形[2]。為了確保心電波形幅值的準(zhǔn)確性，一般在使用心電圖機(jī)之前需進(jìn)行定標(biāo)，而定標(biāo)電路故障則會(huì)造成對(duì)比測(cè)量出心電信號(hào)幅度的偏差影響檢測(cè)結(jié)果。該次定標(biāo)電路原理分析及故障排除借助數(shù)字心電圖機(jī)實(shí)驗(yàn)箱（上海譜康電子科技有限公司）。該實(shí)驗(yàn)箱參考ECG-6951D型心電圖機(jī)相關(guān)電路設(shè)計(jì)，電路對(duì)外開(kāi)放，便于學(xué)生對(duì)心電圖機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理有更直觀的認(rèn)識(shí)。

1 定標(biāo)電路原理

圖1為定標(biāo)電路原理圖。TLP521-4為可控光電耦合器件，其利用光為媒介傳輸電信號(hào)，將對(duì)紅外線(xiàn)發(fā)光二極管與光敏半導(dǎo)體管封裝在同一管殼內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)前端與負(fù)載的隔離，增強(qiáng)電路的安全性[3]。當(dāng)按下實(shí)驗(yàn)箱定標(biāo)鍵后，即在芯片輸入端加上定標(biāo)電信號(hào)發(fā)光二極管發(fā)射光線(xiàn)，光敏半導(dǎo)體接收光線(xiàn)產(chǎn)生光電流，經(jīng)過(guò)R115電阻在Q10三極管的基極產(chǎn)生電壓，使Q10導(dǎo)通。

TL431ACD為具有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)精密集成穩(wěn)壓器，其性能可靠，參數(shù)優(yōu)越故而廣泛應(yīng)用于各電源電路中[4]。其輸出電壓范圍在2.5～36 V之間，可以通過(guò)兩個(gè)電阻任意設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其引腳表示分別為K端為控制端，A端為接地端，Ref端為采樣端，當(dāng)將Ref端與K端進(jìn)行短接，則能夠獲得輸出電壓為2.5 V。

INA128U為雙電源儀用放大器，即三運(yùn)放差分運(yùn)算放大電路，其輸入偏置電流小、功耗低、精度高、增益調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單故而獲得廣泛應(yīng)用[5]。其增益通過(guò)INA128U芯片1腳與8腳之間的RG電阻來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中，Uo= Ui×（1+50K/RG）+VRef=Ui×[1+50/（0.43+2.2）]+VRef=20Ui+Vref。調(diào)整R146電阻，使Vref電壓值為20 mV，若此時(shí)芯片IN±端無(wú)輸入信號(hào)即Ui=0 V，則Uo=20×0V+20mV=20mV。換而言之也相當(dāng)于在無(wú)VRef電壓值的情況下，在芯片IN±輸入端加上了一個(gè)幅值為1 mV的電壓，即為定標(biāo)電壓。因此，只要保證芯片Ref參考端電壓值為20 mV就等效于輸入端輸入1 mV的信號(hào)。

2 定標(biāo)電路故障排除

1 mV定標(biāo)電壓主要用于比較心電信號(hào)幅值大小，也可用于校正放大器增益、時(shí)間常數(shù)、頻率響應(yīng)等參數(shù)，定標(biāo)誤差大則會(huì)造成所記心電波形的失真，致使所測(cè)數(shù)據(jù)失去臨床診斷意義，故定標(biāo)電壓的準(zhǔn)確性必須獲得保障。在數(shù)字心電圖機(jī)中定標(biāo)電路常見(jiàn)故障現(xiàn)象為定標(biāo)誤差大。以該實(shí)驗(yàn)箱為例，打開(kāi)左上角電源總開(kāi)關(guān)，電源指示燈亮表明系統(tǒng)供電正常，液晶屏顯示相應(yīng)內(nèi)容。操作控制面板功能鍵，調(diào)節(jié)靈敏度為“1”（即10 mm/mV），將導(dǎo)聯(lián)工作模式切換為T(mén)EST導(dǎo)聯(lián)，顯示方式設(shè)置為手動(dòng)模式，走紙速度選擇為25 mm/s。連續(xù)按下“定標(biāo)”鍵，通過(guò)液晶屏可觀察定標(biāo)脈沖幅度，按下“打印”按鍵，使打印機(jī)開(kāi)始走紙并打印波形，記錄波形偏轉(zhuǎn)幅度值H0（代表格數(shù)），根據(jù)誤差公式：δ=[（H0-10）/10]×100%計(jì)算定標(biāo)誤差，當(dāng)誤差值大于5%時(shí)，則調(diào)節(jié)電位器R146，并重復(fù)上述過(guò)程，直至定標(biāo)誤差在允許范圍內(nèi)，也可以直接通過(guò)測(cè)定INA128U芯片5腳（Ref）電壓來(lái)排除定標(biāo)電路故障，根據(jù)之前原理所述只要保證該芯片5腳電壓為20 mV，即相當(dāng)于輸入端給予1 mV定標(biāo)電壓，故可用數(shù)字萬(wàn)用表DC檔測(cè)定該腳電壓，調(diào)節(jié)R146電阻使其電壓值為20 mV即可。

3 結(jié)語(yǔ)

定標(biāo)電路是數(shù)字心電圖機(jī)的重要組成部分。電路主要由TL431ACD、INA128U等核心芯片構(gòu)成，通過(guò)TL431芯片產(chǎn)生2.5 V基準(zhǔn)電壓，經(jīng)過(guò)R146、R103、R104等電阻分壓在INA128U芯片（增益20）5腳產(chǎn)生20 mV的電壓，即等效于輸入端為1mV的定標(biāo)電壓。在使用數(shù)字心電圖機(jī)之前，必須首先進(jìn)行定標(biāo)，定標(biāo)誤差大會(huì)造成心電波形的失真。定標(biāo)誤差故障排除可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R146實(shí)現(xiàn)，指標(biāo)可以參考描記波形幅度值誤差δ（δ<5%，視為正常）或是儀用放大器芯片（INA128U）5腳電壓20 mV。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王舉.醫(yī)用數(shù)字心電圖機(jī)檢定工作中的不確定度評(píng)析[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2014（41）：9-10.

[3] 張倫玠，陳吉紅.實(shí)驗(yàn)型AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2006（11）：119-121.

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