【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号采集领域，具体涉及一种无扰式微弱信号采集电路。
技术介绍
1、信息技术关系国家的命脉，脑机接口是人类未来战争、医疗、控制领域的重点发展方向之一，如何更准确采集人体前端微弱信号是目前所面临的主要问题之一。
2、近年来关于人体微弱信号(脑电、心电、心冲击、呼吸、经颅磁等)采集取得了一定的成果，但是这些成果通常只采集单一信号进行研究，没有兼顾多种信号之间的互补性，并且多种信号同时采集时不能做到无扰式。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种无扰式微弱信号采集电路，克服现有信号采集方案在互补性和抗干扰方面所存在的问题。
2、为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种无扰式微弱信号采集电路，包括电源管理单元以及依次连接的模拟前端采集单元、静电防护单元、模拟前端放大及滤波单元以及数字电路单元，其中：
4、模拟前端采集单元用于采集人体生理信号，并对生理信号之间进行隔离处理；静电防护单元用于实现信号采集过程的静电防护；模拟前端放大及滤波单元用于对采集的生理信号进行放大、滤波以及模数转换处理，以减少噪声干扰；数字电路单元用于对数字化的生理信号进行去伪迹处理，以得到纯净的生理信号；电源管理单元用于提供其他单元的工作电压。
5、进一步地，所述模拟前端采集单元包括采集电极和信号隔离单元，其中，采集电极布置在人体上的待采集部位进行生理信号采集，所述信号隔离单元布置在每个采集电极上，信号隔离单元采用光耦隔离的方式
6、进一步地，所述静电防护单元连接在采集电极以及电源管理单元上，静电防护单元采用esd器件，以对生理信号采集过程进行静电防护。
7、进一步地，模拟前端放大及滤波单元包括仪表放大电路、共模抑制电路、直流伺服电路、低通滤波电路、双t陷波器、模数转换器。
8、进一步地，所述仪表放大电路包括运算放大器a1和a2、差动放大器a3、电阻rg、电阻r1至r6，其中：
9、运算放大器a1的正输入端vin1接入各个采集电极所采集的生理信号，a2的正输入端vin2接入参考地信号；a1的输出端依次连接电阻r1、r2并输出未放大信号vs，a2的输出端依次连接电阻r3、r4并输出参考信号vb；r5连接在a1的负输入端和a1的输出端之间，r6连接在a2的负输入端和a2的输出端之间，电阻rg设置在电阻r5、电阻r6之间；差动放大器a3的负输入端连接在电阻r1、r2之间，a3的正输入端连接在电阻r3、r4之间；a3的输出端得到输出信号va。
10、进一步地，所述共模抑制电路包括：运算放大器a4，a5，a6，电阻r7至r17，电容c1至c5，其中：
11、a4的负输入端通过电阻r7、r10接入所述的输入信号va，a4的正输入端通过电阻r8、r9接入所述的参考信号vb，a4的输出端通过电容c4输出去除共模信号后的信号vc；电阻r11、r12串联后连接在r13的两端，r13的两端连接在a4的正、负输出端；a5的正输入端连接至r11、r12之间，a5的负输入端连接至a5的输出端，a5的输出端通过电阻r17连接至a6的负输入端，a6的正输入端接地，a6的输出端通过电阻r15、r16后利用电极连接到人体；电阻r14连接在a6的负输入端以及输出端之间，电容c5并联在r14两端；电容c2的一端连接在r7和a4的负输入端之间并连接电容c1的一端，c1的另一端接地；电容c2的另一端连接在r8和a4的正输入端之间并连接电容c3的一端，c3的另一端接地。
12、进一步地，所述直流伺服电路包括运算放大器a7和a8，电阻r18至r23，电容c6、c7，其中：a7的正输入端接入去除共模信号后的信号vc，输出端通过电阻r20后得到去除直流分量的输出信号vd；a7的负输入端通过电阻r22连接在a8的输出端，a7的输出端通过电阻r21连接在a8的正输入端并连接电容c6的一端，c6的另一端接地；电阻r23的一端接地，另一端连接a8的负输入端，电容c7连接在a8的负输入端和a8的输出端之间；电阻r18的一端接地，另一端通过电阻r19连接在电阻r21和a7的输出端之间。
13、进一步地，所述低通滤波电路包括运算放大器a9和a10、电阻r24至r29、反馈电阻rf1和rf2、电容c8至c11，其中：
14、a9的负输入端通过电阻r26接地，并通过反馈电阻rf1连接a9的输出端；a9的正输入端通过电阻r25、r24后接入去除直流分量的输出信号vd，电容c8一端连接a9的正输入端，另一端接地；电容c9一端连接在r24、r25之间，另一端连接a9的输出端；a9的输出端经过电阻r27、r28后连接a10的正输入端，电容c10一端连接a10的正输入端，另一端接地；电容c11的一端连接在r27、r28之间，另一端连接a10的输出端；a10的负输入端通过电阻r29接地，并通过反馈电阻rf2连接a10的输出端，a10的输出端输出经低通滤波后的生理信号ve。
15、进一步地，所述双t型陷波器包括运算放大器a11和a12，电阻r30至r34，电容c12至c14，其中：
16、低通滤波后的信号ve经过电容c12、c13后连接至a11的正输入端，a11的负输入端连接a11的输出端，a11的输出端输出滤除工频干扰后的生理信号vout；a11的输出端经过电阻r33、r34后接地，a12的正输入端连接在r33、r34之间，a12的负输入端连接a12的输出端；电阻r30、电容c14以及电阻r32依次串联后，并联在c12的两端；r31的一端连接r30，另一端连接a11的正输入端；a12的输出端连接至c14与r32之间。
17、进一步地，所述数字电路单元包括微控制器、数据传输单元以及终端上位机，其中：
18、微控制器将经过模数转换的数字化后的生理信号按照规定的帧协议发送给数据传输单元，数据传输单元将生理信号无线发送至终端上位机进行去伪迹处理，包括：
19、筛选出生理信号中存在伪迹的区域，对此区域进行小波分解，进而重构出该区域的伪迹，然后再利用卡尔曼滤波对该区域伪迹进行预测和校正，最后在该区域减去经校准后的伪迹，得到最终纯净的生理信号。
20、进一步地，首先，设置一个检测阈值，将生理信号的每个采样点与检测阈值对比，超出阈值的部分进行标记，所有标记的采样点构成存在伪迹的区域；
21、其次，针对存在伪迹的区域进行小波多尺度分解以进行信号重构；在小波多尺度分解时，选用db4小波作为母小波，将信号分解为4层；
22、最后，因此利用ar模型对伪迹区域的伪迹进行表示，之后通过建立空间状态方程，利用卡尔曼滤波算法进行伪迹的预测，得到纯净的伪迹；将生理信号存在伪迹的区域减去所述纯净的伪迹，即可得到纯净的生理信号。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点：
24、本专利技术相比于现有技术，针对微弱信号采集做了相关针对性设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，包括电源管理单元以及依次连接的模拟前端采集单元、静电防护单元、模拟前端放大及滤波单元以及数字电路单元，其中：
2.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述模拟前端采集单元包括采集电极和信号隔离单元，其中，采集电极布置在人体上的待采集部位进行生理信号采集，所述信号隔离单元布置在每个采集电极上，信号隔离单元采用光耦隔离的方式，实现生理信号之间的隔离。
3.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，模拟前端放大及滤波单元包括仪表放大电路、共模抑制电路、直流伺服电路、低通滤波电路、双T陷波器、模数转换器。
4.根据权利要求3所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述仪表放大电路包括运算放大器A1和A2、差动放大器A3、电阻RG、电阻R1至R6，其中：
5.根据权利要求3所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述共模抑制电路包括：运算放大器A4，A5，A6，电阻R7至R17，电容C1至C5，其中：
6.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，
7.根据权利要求3所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括运算放大器A9和A10、电阻R24至R29、反馈电阻Rf1和Rf2、电容C8至C11，其中：
8.根据权利要求3所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述双T型陷波器包括运算放大器A11和A12，电阻R30至R34，电容C12至C14，其中：
9.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述数字电路单元包括微控制器、数据传输单元以及终端上位机，其中：
10.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，首先，设置一个检测阈值，将生理信号的每个采样点与检测阈值对比，超出阈值的部分进行标记，所有标记的采样点构成存在伪迹的区域；
...【技术特征摘要】
1.一种无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，包括电源管理单元以及依次连接的模拟前端采集单元、静电防护单元、模拟前端放大及滤波单元以及数字电路单元，其中：
2.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述模拟前端采集单元包括采集电极和信号隔离单元，其中，采集电极布置在人体上的待采集部位进行生理信号采集，所述信号隔离单元布置在每个采集电极上，信号隔离单元采用光耦隔离的方式，实现生理信号之间的隔离。
3.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，模拟前端放大及滤波单元包括仪表放大电路、共模抑制电路、直流伺服电路、低通滤波电路、双t陷波器、模数转换器。
4.根据权利要求3所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述仪表放大电路包括运算放大器a1和a2、差动放大器a3、电阻rg、电阻r1至r6，其中：
5.根据权利要求3所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述共模抑制电路包括：运算放大器a4，a5，a6，电阻r7至r17，电容c1至c5，其中：
6.根据权利要求1所述的无扰式微弱信号采集电路，其特征在于，所述直流伺服电路包括运算放大器a7和a8，电阻r18至r23，电容c6、c7，其中：a...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨得武，马捷，张志鹏，郭高峰，吕耀奇，杨升琦，耿小虎，
申请(专利权)人：西北机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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