一种可穿戴生物电信号共模干扰消除的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种可穿戴生物电信号共模干扰消除的装置及方法。该装置包括电容C1、电容C2、电容C3或电阻R1与电阻R2、电容C4、电容C5、高阻电路A、高阻电路B、共模信号获取单元、共模信号处理单元和共模信号消除单元。本发明专利技术的显著特征在于：通过两条可选的共模信号获取路径，在可穿戴生物电检测电路输入端通过匹配来消除共模干扰，可有效解决右腿驱动方法中电极面积大，驱动电路易饱和等不足，且可以很好地解决输入耦合电容差异引起的伪差模信号输入影响生物电信号检测问题。

A device and method for wearable bioelectrical signal common mode interference cancellation

The invention provides a device and a method for eliminating common mode interference of wearable bioelectrical signals. The device includes capacitor C1, capacitor C2, capacitor C3 or resistor R1 with resistor R2, capacitor C4, capacitor C5, high resistance circuit A, high resistance circuit B, common mode signal acquisition unit, common mode signal processing unit and common mode signal cancellation unit. The invention has the remarkable characteristics that the common mode interference can be eliminated by matching the input end of the wearable bioelectric detection circuit through two optional common mode signal acquisition paths, and the shortcomings of large electrode area and easy saturation of the driving circuit in the right leg driving method can be effectively solved, and the differential inducing of the input coupling capacitance can be well solved. The pseudo mode signal input affects the detection of bioelectrical signals.

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴生物电信号共模干扰消除的装置及方法
本专利技术涉及生物电信号共模干扰消除的装置与方法，特别涉及一种可穿戴生物电信号共模干扰消除的装置及方法。
技术介绍
生物电(0.01Hz—200Hz，0.05mV—30mV)信号的检测方式有接触式和非接触式两大类，其中接触式又分为湿性接触和干性接触。可穿戴生物电信号的检测方式主要为干性接触和非接触两种，且两种检测方式都可以等效成电容耦合方式。其中，干性接触式的输入耦合电容为纳法量级，非接触式的输入耦合电容为皮法量级。被测生物体受到电网形成的交流电场作用会在生物体体表产生交流电位，这个电位在体表各部分是相同的，是一个共模干扰。共模干扰大小通常能达到几伏，远大于待检测的生物电信号毫伏或微伏幅度，这对生物电检测电路和后端处理电路的共模抑制比提出了很高要求。生物电信号一般以差分方式来检测，生物电检测电路中通常使用仪用放大器来降低共模干扰。仪用放大器对整个电路元器件的匹配度要求很高，通常能实现的共模抑制比有限，且只能对输入端的共模干扰进行消除。在可穿戴生物电信号检测中，尤其是以非接触方式检测生物电信号时，会不可避免地存在输入耦合电容差异，此时，仪用放大器两输入端的原本共模干扰会变为伪差模信号，经仪用放大器后该信号依然存在，这将影响输出端有用生物电信号检测，此时采用提高电路共模抑制比的方法无法很好解决该问题。在生物电检测中，通常采用增加右腿驱动来进一步降低共模干扰。此种方式通过电阻网络取出平均共模信号送入右腿驱动放大器，又通过右腿驱动电极将反相放大后的共模信号耦合到生物体体表，通过降低体表本身共模干扰大小来进一步降低检测电路输出端共模干扰。实际检测中，尤其是非接触生物电信号检测中，因为共模干扰幅度很大，该方法通常需要较大的右腿驱动电极面积以及很高的放大器反馈增益才能有效的降低共模干扰。很大的反馈电极对于可穿戴生物电信号检测应用是不利的，较大的增益容易引起驱动电路饱和，并且该方法无法很好地解决输入耦合电容差异引起的伪差模信号输入问题。中国专利CN104720786A通过在每个生物电采集电路后设置工频陷波器，同时通过右腿驱动电路以及将单端输入信号转换为差分输出信号来降低共模干扰。中国专利CN101809863A通过模数转换器将输入端生物电模拟信号转变为数字信号，提取其中的共模信号，再由数模转换为模拟信号输回输入端。以上两种技术通过多种方法并用可以减缓右腿驱动电路电极面积和驱动电路饱和问题，但依然无法很好地解决输入耦合电容差异引起的伪差模信号输入问题，且存在电路复杂，信号时延等不足。综上所述，现有技术中常使用的右腿驱动方法存在电极面积大，驱动电路易饱和等不足，且无法很好地解决输入耦合电容差异引起的伪差模信号输入影响生物电信号检测的问题。为此，需要一种可穿戴生物电信号共模干扰消除的新技术。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提出一种在可穿戴生物电检测电路输入端通过匹配来消除共模干扰的装置及方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提出的技术方案为：一种可穿戴生物电信号共模干扰消除装置，该装置包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、高阻电路A、高阻电路B、共模信号获取单元、共模信号处理单元和共模信号消除单元；所述电容C3、电容C4和电容C5均为非接触耦合电容，它们的一端连接生物体体表生物电信号，另一端为电极；所述电容C4的电极端连接到所述高阻电路A的输入端，所述电容C5的电极端连接到所述高阻电路B的输入端，所述电容C3的电极端连接到共模信号获取单元输入端；所述共模信号获取单元的输出端与所述共模信号处理单元的输入端相连，所述共模信号处理单元的输出端与所述共模信号消除单元的输入端相连；所述电容C1的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路A输入端；所述电容C2的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路B输入端；所述共模信号获取单元获取生物体体表含有共模干扰的生物电信号，所述共模信号处理单元获取所述生物电信号的共模干扰信号并使得其相位反相，所述共模信号消除单元调节反相的共模干扰信号幅值。进一步地，所述共模信号获取单元包括高阻电路C，所述高阻电路C的输入端连接到所述电容C3的电极端，输出端连接到所述共模信号处理单元的输入端。本专利技术另外一种可穿戴生物电信号共模干扰消除装置，该装置包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电容C4、电容C5、高阻电路A、高阻电路B、共模信号获取单元、共模信号处理单元和共模信号消除单元；所述电容C4和电容C5均为非接触耦合电容，它们的一端连接生物体体表生物电信号，另一端为电极；所述电容C4的电极端连接到所述高阻电路A的输入端，所述电容C5的电极端连接到所述高阻电路B的输入端；所述电阻R1的一端连接到所述共模信号获取单元输入端，另一端连接到所述高阻电路A输出端，所述电阻R2的一端连接到所述共模信号获取单元输入端，另一端连接到所述高阻电路B输出端；所述共模信号获取单元的输出端与所述共模信号处理单元的输入端相连，所述共模信号处理单元的输出端与所述共模信号消除单元的输入端相连；所述电容C1的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路A输入端；所述电容C2的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路B输入端；所述共模信号获取单元获取生物体体表含有共模干扰的生物电信号，所述共模信号处理单元获取所述生物电信号的共模干扰信号并使得其相位反相，所述共模信号消除单元调节反相的共模干扰信号幅值。进一步地，所述共模信号获取单元包括电压跟随器，所述电压跟随器输入端与所述电阻R1和电阻R2的一端相连，所述电阻R1另一端与所述高阻电路A输出端相连，所述电阻R2另一端与所述高阻电路B输出端相连。所述共模信号处理单元包括带通滤波电路和反相放大电路，所述带通滤波电路的输入端与共模信号获取单元的输出端相连，所述带通滤波电路的输出端与反相放大电路的输入端相连，所述反相放大电路的输出端与共模消除单元的输入端相连。所述共模信号消除单元包括增益调节电路，所述增益调节电路的输入端与所述共模信号处理单元的输出端相连，所述增益调节电路的输出端与所述电容C1和电容C2的一端相连。本专利技术的一种可穿戴生物电信号共模干扰消除的方法，包括如下步骤：(1)共模信号获取：获取生物电信号的共模干扰信号，可以利用高阻电路从生物体体表获得共模干扰信号，或者从检测生物电的高阻电路输出端获得共模干扰信号；(2)共模信号处理：对步骤(1)获得的共模干扰信号进行处理，产生消除共模干扰所需的共模干扰消除信号；(3)共模信号消除：将步骤(2)中产生的共模干扰消除信号经过增益调节后通过电容接入到高阻电路的输入端；(4)共模信号消除确认：获取高阻电路的输出信号，检测经步骤(3)后高阻电路输出端的共模信号分量，如果共模信号分量消除程度不够，则重复步骤(3)至(4)直到满足要求。可穿戴生物电检测电路输入端共模干扰过大以及输入耦合电容不匹配导致的伪差模信号是难以有效消除生物电共模干扰而获得高质量生物电信号的两个主要原因。本专利技术的显著特征在于：通过两条可选的共模信号获取路径，在可穿戴生物电检测电路输入端通过匹配来消除共模干扰，可有效解决右腿驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可穿戴生物电信号共模干扰消除装置，其特征在于，该装置包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、高阻电路A、高阻电路B、共模信号获取单元、共模信号处理单元和共模信号消除单元；所述电容C3、电容C4和电容C5均为非接触耦合电容，它们的一端连接生物体体表生物电信号，另一端为电极；所述电容C4的电极端连接到所述高阻电路A的输入端，所述电容C5的电极端连接到所述高阻电路B的输入端，所述电容C3的电极端连接到共模信号获取单元输入端；所述共模信号获取单元的输出端与所述共模信号处理单元的输入端相连，所述共模信号处理单元的输出端与所述共模信号消除单元的输入端相连；所述电容C1的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路A输入端；所述电容C2的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路B输入端；所述共模信号获取单元获取生物体体表含有共模干扰的生物电信号，所述共模信号处理单元获取所述生物电信号的共模干扰信号并使得其相位反相，所述共模信号消除单元调节反相的共模干扰信号幅值。

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴生物电信号共模干扰消除装置，其特征在于，该装置包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、高阻电路A、高阻电路B、共模信号获取单元、共模信号处理单元和共模信号消除单元；所述电容C3、电容C4和电容C5均为非接触耦合电容，它们的一端连接生物体体表生物电信号，另一端为电极；所述电容C4的电极端连接到所述高阻电路A的输入端，所述电容C5的电极端连接到所述高阻电路B的输入端，所述电容C3的电极端连接到共模信号获取单元输入端；所述共模信号获取单元的输出端与所述共模信号处理单元的输入端相连，所述共模信号处理单元的输出端与所述共模信号消除单元的输入端相连；所述电容C1的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路A输入端；所述电容C2的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到所述高阻电路B输入端；所述共模信号获取单元获取生物体体表含有共模干扰的生物电信号，所述共模信号处理单元获取所述生物电信号的共模干扰信号并使得其相位反相，所述共模信号消除单元调节反相的共模干扰信号幅值。2.根据权利要求1所述的一种可穿戴生物电信号共模干扰消除装置，其特征在于，所述共模信号获取单元包括高阻电路C，所述高阻电路C的输入端连接到所述电容C3的电极端，输出端连接到所述共模信号处理单元的输入端。3.一种可穿戴生物电信号共模干扰消除装置，其特征在于，该装置包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电容C4、电容C5、高阻电路A、高阻电路B、共模信号获取单元、共模信号处理单元和共模信号消除单元；所述电容C4和电容C5均为非接触耦合电容，它们的一端连接生物体体表生物电信号，另一端为电极；所述电容C4的电极端连接到所述高阻电路A的输入端，所述电容C5的电极端连接到所述高阻电路B的输入端；所述电阻R1的一端连接到所述共模信号获取单元输入端，另一端连接到所述高阻电路A输出端，所述电阻R2的一端连接到所述共模信号获取单元输入端，另一端连接到所述高阻电路B输出端；所述共模信号获取单元的输出端与所述共模信号处理单元的输入端相连，所述共模信号处理单元的输出端与所述共模信号消除单元的输入端相连；所述电容C1的一端连接到所述共模信号消除单元输出端，另一端连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽敏，唐跃，吴绒绒，胡佳伟，闫锋，
申请(专利权)人：闫锋，张丽敏，
类型：发明
国别省市：江苏,32